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NiveatLanzeige- und -kontrollinstrumente
Die Erfindung bezieht sich
auf Niveauanzeige-und -kontrollinstrumente. Sie ist nicht beschränkt auf solche
Instrumente für die Anzeige bzw. Kontrolle des Niveaus bestimmter Materialien. Besondere
Vorteile bietet sie jedoch für Vorrichtungen zur Anzeige und Kontrolle des Niveaus
von. ge, schmolzenem Glas. Sie kann sowohl als Niveauanzeiger allein wie, vorzugsweise,
gleichzeitig als Kontrollinstrument verwendet werden.
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Es sind Anzeige- und Kontrollinstrumente für diese Zwecke bekannt,
bei denen ein Sondenglied und das geschmolzene Glas Teile eines elektrischen Stromkreises
bilden. Sobald die Sonde in Kontakt mit dem geschmolzenen Glas gelangt, wird der
Stromkreis geschlossen und dadurch der Impuls für die Anzeige gegeben.
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Ein Nachteil von nach diesem Prinzip arbeitenden Instrumenten besteht
darin, daß sich aus der Glasschmelze verflüchtigte Stoffe auf der Sonde oder sonstigen
Elektrode niederschlagen und hierdurch Kurzschlüsse hervorrufen können. Ferner bleibt,
wenn das Glas, dessen Niveau gemessen wird, steif und zähflüssig ist, jeweils etwas
davon an der Spitze der Sonde hängen und sammelt sich
nach wiederholtem
Eintauchen derselben dort an.
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Dies verhindert eine genaue Anzeige des Zeitpunktes, in dem die Spitze
der Sonde das Niveau der Schmelze erreicht.
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Die ebenfalls bekannten pneumatischen. Anzeige apparate besitzen
ebenfalls Nachteile. Diese Anzeigeapparate arbeiten üblicherweise so, daß sie ansprechen,
sobald das Ende eines hohlen Sondengliedes beim Absenken auf das das zu messende-Niveau
bildende Material durch dieses abgedichtet wird und demzufolge ein Gegendruck innerhalb
des Sondengliedes entsteht. Auch bei diesen Vorrichtungen ergeben sich wegen des
wiederholten Kontaktes der Sonde mit dem geschmolzenen Glas, der erforderlich ist,
falsche Ergebnisse. Ferner besitzt ein Körper aus geschmolzenem Gläs und ähnlichen
flüssigen Stoffen, dessen Niveau zu bestimmen ist, keine ausreichende Festigkeit,
um einen Gegendruck zu erzeugen, der ohne Verformung des Glases der beträchtlichen
Kraft und dem hohen Druck der normalerweise bei solchen pneumatischen Arzeigern
verwendeten großen Gasstromvolumina Widerstand leisten kann. Vielmehr wölbt sich
die Oberfläclie des geschmolzenen Glases unter der Wirkung des starken Gasstrahles
ein, ohne überhaupt oder zum wenigsten rechtzeitig den Gegendruck zu entwickeln,
der für eine genaue Bestimmung des Niveaus - mittels einer solchen Vorrichtu.rs
notwendig ist.
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Ferner erfolgt häufig bei diesen Vorrichtungen, sobald schließlich
das abwärts bewegte Sondenglied genügend abgedichtet wird, um einen Gegendruck entstehen
zu lassen, ein Austreten von Blasen um die Spitze herum. Dies trägt weiter dazu
bei, daß die abzulesenden Werte unregelmäßig und ungenau werden.
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Durch die Erfindung wird ein Niveauanzeige-und -kontrollapparat von
gegenüber den bisher bekannten und angewendeten Konstruktionen von solchen verbesserter
Genauigkeit und Empfindlichkeit geschaffen, dessen besondere Vorteile darauf beruhen,
daß er bei seiner Verwendung nicht in tatsächliche Berührung mit dem Material, dessen
Niveau bestimmt bzw. kontrolliert werden soll, zu kommen braucht.
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Der Niveauanzeiger gemäß der Erfindung ermöglicht ferner auch eine
periodische Ablesung, d. h. die Feststellung von Niveauänderungen im zeitlichen
Abstand voneinander und die Aufzeichnung der Meßwerte zwischen den Ablesungen zwecks
Kontrolle.
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Die Anzeige- und Kontrollvorrichtung gemäß der Erfindung besteht
aus einem pneumatischen Rohr, dessen eines Ende offen ist und durch das hindurch
Gas gegen ein zu messendes Materialniveau strömen kann. Dieses Meßrohr wird in Zeitabständen
auf das Materialniveau zu und von diesem fort bewegt, wobei sich bei der Bewegung
der Sonde bis dicht in die Nähe oder bis zur Berührung mit dem Material ein vorbestimmtes
Druckdifferential ergibt Ist dieses vorherbestimmte Druckdiffe rential einmal hergestellt,
so ist das Zurückziehen der Sonde aus dem entsprechenden Niveau.unabhängig von dem
Material selbst Selbst dadurch, daß etwa beim Zurückziehen Material an der Sonde
hängenbleibt, wird die Genauigkeit der Messung nicht beeinflußt Da die Zeit der
Hin- und Herbewegung der Sonde verlängert werden kann, um zu ermöglichen, daß der
abgelesene Wert registriert und für Kontrollzwecke festgehalten wird, steht ausreichende
Zeit zur Verfügung, um jedes an der Sonde etwa anhaftende Material durch die Wirkung'
der Schwerkraft sowie des aus der Sonde selbst dagegen blasenden Gases zu entfernen.
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Die Sonde hat in der Regel die Form eines hohlen zylindrischen Körpers,
der eine Bewegung zu dem zu messenden Niveau hin und von diesem fort ausführen kann.
Ein Gas, und zwar vorzugsweise ein gegenüber dem das Niveau bildenden Material inaktives
Gas, strömt durch den hohlen Teil dieses Körpers hindurch. Als Gas wird üblicherweise
Luft verwendet, jedoch können auch andere Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxyd u.
dgl., benutzt werden.
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Eine besonders große Empfindlichkeit und Ge näuigkeit des. neuen
Niveauanzeige- und -kontrollapparats ergibt sich bei Verwendung eines hohlen länglichen
Körpers, tandem nahe seiner Spitze ein geschlossenes Seitenrohr angebracht ist,
als Sonde.
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Für die Funktion dieser Anordnung sind wegen des Verhältnisses zwischen
dem hohlen länglichen Glied und dem geschlossenen Rohr nur sehr niedrige Drücke
und kleine Volumina erforderlich.
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Deshalb treten die oben beschriebenen Schwierigkeiten, die bei den
bekannten pneumatischen Anzeigevorrichtungen vorhanden sind, nicht auf. Die Notwendigkeit
einer tatsächlichen Berührung von Sonde und Niveau kommt völlig in Fortfall.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein hohles
längliches Sondenglied in Verbindung mit einem Hilfsrohr mit offenem Ende verwendet,
das in unmittelbarer Nähe der Sonde angeordnet ist, wo es den gleichen allgemeinen
statischen Druckverhältnissen ausgesetzt ist wie die Sonde selbst. Bei einer solchen
Ausbildung konnten Niveauanzeigen von großer Genauigkeit mit verhältnistiiäßig kleinen
Gasdrücken und -mengen durch Bestimmung des Druckdifferentials zwischen der Sonde
und dem Hilfsrohr in einem pneumatischen Kreis erzielt werden, der mit Ausnahme
des Zeitpunktes, in dem die Sonde in dichte Nähe des zu messenden Materialniveaus
kommt, ausgeglichen ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders vorteilhaft
zur Verwendung unter Messungsbedingungen, bei denen die Atmosphäre, in der das Niveau
zu messen ist, gegenüber der Außenatmosphäre so isoliert oder getrennt ist, daß
das Material einem anderen statischen Druck als dem der allgemeinen Atmosphäre ausgesetzt
ist, -ferner unter Bedingungen, bei denen die die Sonde umgebende Atmosphäre von
veränderlicher Natur ist, wie dies häufig bei unter hoher Temperatur durchgeführten
Glasschmelzyorgängen der Fall ist.
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Wenn Druckänderungen innerhalb eines einige schlossenen Raumes durch
einen gegen atmosphärischen Druck ausgeglichenen pneumatischen Anzeiger bestimmt
werden sollen so führen -Änderungen dieses atmosphärischen Druckes oder des sta-
tischen
Druckes, der innerhalb des eingeschlossenen Raumes herrscht, zu ungenauen Anzeigen
aus der Sondenstellung und demzufolge auch der Niveauanzeige. Die Gefahr solcher
ungenauen Anzeigen wird bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der
der pneumatische Kreis durch Drücke in der unmittelbaren Nähe des Sondenendes selbst
ausgeglichen wird, ausgeschaltet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Drnckdifferentiaf
zwischen Teilen eines mit einer einzigen rohrförmigen Sonde verbundenen Venturirohrabschnitts
benutzt, um das zu messende Materialniveau zu bestimmen Bei dieser Anordnung ergibt
das als Folge einer Volumen änderung des durch die Sonde hindurchströmenden Gases
entstehende Druckdifferential eine Zustandsänderung, die für die Betätigung einer
druckempfindlichen Vorrichtung ausgenutzt wird, die anzeigt, daß die Sonde sich
in der Nähe des Materialniveaus befindet. Wie bei der zweiten Ausführungsform der
Erfindung wird auch in diesem Falle die Genauigkeit der durch den pneumatischen
Kreis gelieferten Anzeige durch atmosphärische Druckänderungen nicht beeinflußt,
weil die innerhalb der Sonde gemessenen Druckdifferenzen gegeneinander und nicht
gegen den atmosphärischen Druck aus geglichen werden.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden
Einzelbeschreibung an Hand der Figuren von Ausführungsbeispielen hervor.
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Von diesen ist Fig. I eine schematische Darstellung der mechanischen
und Luftkrei slaufverbindungen bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig.
2 eine vergrößerte Seitenansicht der bei der Ausführungsform gemäß Fig. I verwendeten
Sonde, in einem Wandbereich eines Glasschmelzofens angeordnet, Fig. 3 ein vertikaler
Längsschnitt der in Fig. 2 dargestellten Sonde, Fig. 4 ein vertikaler Querschnitt
gemäß Linie 4-4 der Fig. 2, Fig. 5 ein Schaltschema des elektrischen Stromkreises,
das für alle Ausführungsformen der Erfindung im wesentlichen gleich ist; Fig. 6
zeigt in schematischer Darstellung einen Schmelzbehälter mit einer darin angeordneten
Sonde in Kombination mit einer Steuervorrichtung, welche die Speisung des Behälters
mit Gemenge in Abhängigkeit von den von der Sonde und der zugehörigen Aufzeichnungsvorrichtung
gelieferten Niveauanzeigen bewirkt; Fig. 7 zeigt schematisch mechanische, elektrische
und Luftanschlüsse sowie eine Sondenkonstruktion gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 8 in gleicher Darstellungsweise die mechanischen Luft- und elektrischen
Verbindungen. sowie eine Sondenkonstruktion gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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In Fig. I ist ein. Glasschmelzbehälter 10 zarge stellt, der ein Bad
11 von geschmolzenem Glas enthält. Eine Sonde 12, die einen einarmigen bei I3 drehbar
gelagerten Hebel bildet, erstreckt sich durch eine Öffnung 14 in der Wand 15 des
Schmelzbehälters hindurch, um das Glas zu erreichen. Mit der Sonde ist ein geschlossenes
Rohr I6 verbunden, das mit dem Innern der Sonde an einem Punkt 17 in der Nähe ihrer
Spitze in Verbindung steht. Das andere Ende der Sonde ist über ein geeignetes Glied
I8 mit einem anderen einarmigen Hebel 19 mit Drehpunkt 20 verbunden. Das freie Ende
dieses zweiten Hebels ist an einen Schaft 2I angeschlossen, in den eine Zahnstange
22 eingeschaltet ist. Mit dieser Zahnstange kämmt z. B. ein Ritzel 23, das durch
einen umsteuerbaren Motor N angetrieben wird, wie aus dem Schaltschema gemäß Fig.
5 ersichtlich ist. Mit der Zahnstange ist eine Armatur 24 verbunden, die mit einem
Ubertragungsmittel 25 zusammenarbeitet, das, wie in Fig. 5 dargestellt, einen elektrischen
Impuls zu der Aufzeichnungsvorrichtung sendet.
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Beim Arbeiten wird Druckluft durch das Ventil 26 zugeleitet. Die
Druckluft durchströmt ein Filter 27 und einen Druckregler 28 und wird durch einen
biegsamen Schlauch, der die dauernden vertikalen Bewegungen der Sonde zuläßt, zu
der hohlen Sonde.
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I2 geleitet. Erwünschtenfalls kann zur Kontrolle des Drucks der eintretenden
Luft ein Manometer 29 vorgesehen werden.
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Bei Abwärtsbewegung der Sonde wird der Strom der aus der Sondenspitze
ausfließenden Luft gedrosselt, wenn die Spitze sich dem Glasniveau nähert. Dies
hat einen Druckanstieg innerhalb der Sonde zur Folge. Der Druck im Innern des geschlossenen
Rohres I6 wird, da er statisch ist, von solchen Druckänderungen in der Sonde beeinflußt
und wirkt demgemäß als ein sofort ansprechendes Mittel, welches jede Drucksteigerung
rasch als einen Impuls nach der Diaphragmasteuerung 30 weiterleitet. Dieser Druck
kann durch ein Manometer 3I angezeigt werden. Der Druckimpuls dehnt die Membran
aus, und diese schließt demzufolge einen elektrischen Stromkreis, der die Vorrichtungen
zum Aufzeichnen der Sondenstellung und für die Umkehrung ihrer Bewegung in vertikaler
Richtung betätigt. Diese Bewegung beginnt, sobald der Motor N die Zahnstange 22
hebt, und wird. über den Hebel 19 auf die Sonde übertragen.
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Die Sonde hebt sich entsprechend der Aufwärtsbewegung des Schaftes
21 weiter, bis ein Finger 31 an der Zahnstange 22 einen Endschalter 32 auslöst,
der in der nachstehend beschriebenen Weise die Richtung der vertikalen Bewegung
der Welle 21 und damit auch der Sonde umsteuert. Darauf wiederholt sich der beschriebene
Zyklus. Wenn das pneumatische System versagen oder das Glasniveau bis außer Reichweite
des Anzeigers absinken sollte, so löst der Finger 3I den Endschalter 33 aus, der
in der weiter unten beschriebenen Weise die ganze Apparatur stillsetzt.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird das Lager 13, um das der die
Sonde tragende Balken kippt, von Seitenblechen 34 getragen, die in etwa gleicher
Ebene mit der Öffnung 14 der Wand I5 von außen
anliegen. Ein auf
das äußere Ende des Sondenbalkens aufgeklemmter Bund 35 ist bei 36 drehbar mit dem
Verbindungsglied I8 verbunden.
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Die im einzelnen in Fig. 3 dargestellte Sonde 12 besteht vorzugsweise
aus einer hohlen zylindrischen Röhre mit einem Eintrittsstutzen 37 für die Einleitung
des - Gases und einem Auslaßrohr 38, das nach dem Glasniveau hin gerichtet ist Das
geschlossene Hilfsrohr i6 ist oben auf dem Sondenrohr I2 gelagert und steht ili
dessen Innerem nahe dem Ende oder der Spitze der Sonde sowie mit dem. Auslaßrohr
bei I7 in Verbindung.
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Die Sonde und das geschlossene Rohr bestehen vorzugsweise aus einem
Metall, das gegenüber geschmolzenem Glas beständig ist, wie z. B. Platin, Platin-Rhodium-Legierungen,
Platin-Nickel-Legierungen u. dgl. Es ist erwünscht, diese Teile gegenüber den Klemmvorrichtungen
zu isolieren, die die Sonde und das geschlossene Rohr umgeben und den Drehpunkt
bilden. Zum Beispiel sind in Fig. 4 die Sonde I2 und das Rohr I6 mit Quarzfasern,
entspannten Glasfasern oder einer anderen gegen hohe Temperatur beständigen Isolierung
39 umhüllt, um eine unmittelbare Berührung mit der Klemme 40 zu vermeiden: Die Klemme
ist ein Teil einer Welle 4I, die drehbar in Schlitzen der Seitenbleche 34 gelagert
ist,.die ihrerseits von einer -Bodenplatte 42 getragen werden.
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Nachstehend werden nunmehr die Schaltvorgänge der elektrischen Stromkreise
gemäß Fig. 5 in chronologischer Reihenfolge erläutert. Die Sonde wird in einem kontinuierlichen
Zyklus bewegt innerhalb dessen das Aufzeichnen der Niveauanzelge erfolgt, sobald
die Sondenspitze das untere Ende ihres vertikalen Hubs erreicht. Die Beschreibung
dieses Bewegigszyklus beginnt mit der, Absenkbewegung der Sonde.
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I. Wenn das statisch geschlossene Rohr I6, das anspricht, sobald
die Sondenspitze das zu messende Niveau erreicht, einen Impuls auf die Diaphragmasteuerung
30 überträgt, schließt diese ein Paar Druckschalterkontakte 43 und schließt einen
normalerweise offenen Haltekontakt 45a eines Relais 45 kurz, das deshalb erregt
wird und den Kontakt 45b schließt, so daß das Relais 45 so lange erregt bleibt,
bis, wie weiter unten beschrieben, der Kontakt60 geöffnet wird.
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2. Der normalerweise offene Kontakt 45b des Relais 45 schließt dann
a) ein übliches Verzögerungsrelais 47 (wie z. B. ein Verzögerungsrelais von elektropneumatischer
Bauart) mit einem normalerweise geschlossenen Kontakt 47a und einem normalerweise
offenen Kontakt 471,, b)' ein Relais 50 mit einem normalerweise offenen Kontakt
50a und einem normalerweise geschlossenen' Kontakt 5°b und c) das Relais 53, das
über den Kontakt 50a betätigt wird und einen normalerweise geschlossenen Kontakt
53a und einen normalerweise offenen Kontakt 53o besitzt.
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Durch das Schließen des Kontaktes 45b des Relais 45 wird die Sonde
zum Stillstand- gebracht.
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Das Verzögerungsrelais 47 bewirkt nach seiner Erregung und vor der
Betätigung seiner Kontakte eine Verzögerung, während der die Aufzeichnungsvorrichtung
in die Aufzeichnungsstellung gelangt.
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Zwischen den jeweiligen Aufzeichnungen des Niveaus wird die Schreibfeder
verriegelt und durch ein Bremskissen, das in dem Anker eines einpoligen Zwergrelais
57 befestigt ist, in der durch das gemessene Niveau festgelegten Stellung gehalten,
um eine Bewegung der Feder als Folge von äußeren Vibrationen zu verhindern.
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3. Wenn das Relais 53 unter Strom gesetzt wird, so öffnet sich der
Kontakt 53a, unterbricht dadurch das Federbremsrelais 57 und gibt die Feder 56 frei.
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4. Gleichzeitig schließt sich der Kontakt 53b und setzt einen üblichen
Aufzeichnungsstromkreis unter Strom, der in dem gestrichelten Viereck58 liegt und
in diesem Augenblick auf in geeigneter Weise kalibriertem Papier die Höhenlage der
Sondenspitze aufzeichnet, die dann dem zu messenden Niveau entspricht. In dem dargestellten
Stromkreis wird eine Reihenschaltungs-Resonanzbrücke in Zusammenarbeit mit dem Anker
24 und dem Ueber trager 25 benutzt, um die Aufzeichnung zu bewirken (s. Fig. I),
jedoch können auch andere übliche Aufzeichnungsstromkreise benutzt werden.
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5. Kurz nachdem die Aufzeichnung erfolgt ist, ist die durch das Verzögerungsrelais
47 bewirkte Verzögerung nach dem Erregungszeitpunkt beendet, und der normalerweise
geschlossene Kontakt 47a öffnet sich.
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6. Die Kontakte 53a und 53b kehren dann in ihre normalen Stellungen
zurück, verriegeln die Federbremse erneut- und machen die Resonanzbrúcke des Aufzeichaungs
stromkreises stromlos.
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7. Die Beendigung der durch das Relais 47 be wirkten Verzögerung
bewirkt über den Kontakt 471, auch eine Umkehr der Drehrichtung des Motors N, da
bei dem Relais 50, als es ursprünglich unter Strom gesetzt wurde, durch Schließen
des'Kontaktes 45b auch der Kontakt S0a geschlossen und der Kontakt 501, geöffnet
wurde, bis die Verzögerungszeit-des Relais beendet war. Nun wird die Sondenspitze
angehoben.
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8. Das Relais 45 wird über den Kontakt 45a weiter erregt, während
die Sonde sich hebt, bis der obere Endschalter 32 durch den Finger 3 1a an der Zahnstange
22 betätigt wird, wie dies aus Fig. I ersichtlich ist.
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9. Der Schalter 32 hat einen normalerweise offenen Kontakt 59 und
einen normalerweise geschlossenen Kontakt 60. Durch seine Betätigung wird der Kontakt
59 geschlossen und läßt eine Kontrollampe 61 aufleuchten, die brennt, bis die Sonde
sich abwärts bewegt und der Schalter freigegeben wird.
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10. Durch Betätigung des Schalters 32 wird ferner der Kontakt 60
geöffnet und das Relais 45 stromlos gemacht. Der Kontakt 45b kehrt daraufhin in
seine normale offene Stellung zurück und macht das Verzögerungsrelais 47 wie das
Relais 50 stromlos.
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II. Der Kontakt 5°b des Relais 50 kehrt daraufhin in seine normale
geschlossene Stellung zurück.
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Der Kontakt 47b bewirkt durch seine normalerweise geöffnete Stellung,
daß der Motors seine Dreh-
richtung umkehrt und das Glied 21 wie
die Sonde sich erneut nach unten bewegen.
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Der ganze Arbeitszyklus verläuft also kurz zusammengefaßt wie folgt:
Die Sonde bewegt sich nach unten auf das Glasniveau zu bis zu einem Punkt, an dem
der von dem Glas ausgehende Gegendruck ausreicht, um den mit dem geschlossenen Hilfsrohr
I6 in Verbindung stehenden Druckschalter 30 zu betätigen. Dies verursacht ein momentanes
Anhalten und dann eine Umkehr der Bewegung der Sonde, die von dem Glasniveau bis
zu einem Punkt zurückbewegt wird, an dem sie den Endschalter 32 betätigt. Hierdurch
wird eine erneute Umkehr der Bewegung der Sonde in Richtung nach unten, d. h. der
folgende Zyklus von Arbeitsvorgängen eingeleitet. Während des momentanen Anhaltens
der Bewegung der Sonde vor ihrem Zurückziehen von dem Glas erfolgt die Ablesung.
Der entsprechende Wert wird aufgezeichnet und festgehalten, bis eine spätere erneute
Ablesung erfolgt.
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Falls das Glasniveau bis unterhalb des Bereichs des Instruments absinkt
oder das pneumatische System versagt, setzen die Sonde und der Schaft2I in der Abwärtsphase
des Bewegungszyklus ihre Abwärtsbewegung so lange fort, bis der Finger 3Ia an der
Zahnstange 22 (Fig. I) an den unteren Endschalter 33 anschlägt.
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Dieser Schalter erregt, wenn er geschlossen ist, ein Motorsteuerrelais
62 mit einem normalerweise offenen Kontakt 62b und einem normalerweise geschlossenen
Kontakt 62a Der Kontakt62 schließt sich nun und bringt eine rote Warukontrollampe
65 zum Aufleuchten, während der Kontakt62a sich öffnet, den MotorN stillsetzt und
den ganzen Vorgang zum Stillstand bringt.
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Wenn der Bedienungsmann, sobald er das rote Licht bemerkt, die Apparatur
nachprüfen will, drückt er auf einen Druckknopf mit einem normalerweise geschlossenen
Kontakt und einem normalerweise offenen Kontakt 66a, öffnet hierdurch den Kontakt
66b und macht dadurch das Relais 62 stromlos. Durch das gleichzeitige Schließen
des Kontaktes 66a wird das Relais 45 erregt. Demzufolge durchläuft das Instrument
einen erneuten Bewegungszyklus, der, auch wenn tatsächlich ein Versagen des pneumatischen
Systems vorliegt oder das Glasniveau unter den Bereich des Instruments gefallen
ist, das gleiche Aufzeichnungsergebnis erbringt.
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In dem letzteren Falle, wenn z. B. die Schmelzanlage mit einem neuen
niedrigeren Niveau betrieben werden soll, brauchen nur die mechanischen Verbindungen
oder Hebelarmverhältnisse des Instruments geändert zu werden, um dieses niedrigere
Niveau zu erreichen und zu messen.
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In den beschriebenen Stromkreisen können, wie aus der Abbildung ersichtlich,
ein Hauptschalter68 und eine Schmelzsicherung 69 vorgesehen sein.
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Die beschriebene Sondeneinrichtung arbeitet so, daß die Kontrolle
der Bewegung der Sonde I2 auf den elektrischen Stromkreis übergeleitet wird, sobald
die Druckschalterkontakte 43 betätigt werden.
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Dadurch wird sichergestellt, daß der Meßvorgang nicht durch an der
Sonde anhaftendes Gut oder durch Störungen an der Oberfläche des zu messenden Niveaus
beeinflußt wird. Durch die Betätigung der Druckschalterkontakte 43 wird das Relais
45, das seine eigenen Haltekontakte 45a besitzt, erregt und bewegt die Sonde 12
so lange, bis der obere Endschalter 59 in Tätigkeit tritt, um das Relais 45 stromlos
zu machen. Mit dem Stromloswerden des Relais 45 wird auch das Richtungsrelais 50
stromlos und schließt dadurch dessen Kontakte 50b> mit dem Ergebnis, daß der
Motor M die Sonde auf das Materialniveau absenkt.
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Die gemäß der Erfindung verwendete Aufzeichnungsvorrichtung weist
zusätzlich zu einer solchen üblichen Bauart die Federbremse 57 auf, die den Federarm
56 jedesmal in der Ablesestellung verriegelt, wenn eine neue Ablesung vorgenommen
wird. Da die Sondenstellung durch den Federarm 56 aufgezeichnet und dieser während
des ganzen Zyklus des Zurückziehens und Absenkens der-Sonde durch die Federbremse
57 gehalten wird, können die Ablesungen mit besonderem Vorteil dazu dienen, um.
die Speisung des Glasschmelzbehälters mit Gemenge zu kontrollieren, ohne daß Rücksicht
darauf genommen zu werden braucht, ob sich etwa Material an der Sondenspitze ablagern
könnte.
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Da der Zustand der Sonde' zwischen den Ablesungen oder Messungen
die Aufzeichnungseinrichtung in keiner Weise beeinflußt, ist es möglich, einen Zeitraum
für die Bewegung der Sonde von dem Materialniveau fort und zu ihm hin einzuschalten,
der die natürliche Beseitigung von etwaigen Ablagerungen um die Sonde herum unter
der Einwirkung der Schwerkraft und des Hindurchblasens von Gas ermöglicht. Das kann
erfolgen, indem die Stellung des oberen Endschalters 32 entsprechend eingeregelt
oder die Geschwindigkeit des Motors N geändert wird. Wenn das -Material, das sich
an der Sonde angesammelt hat, zähflüssig ist, so kann unter Umständen ein längerer
Zeitraum notwendig sein, um es zu beseitigen, bevor eine weitere Ablesung vorgenommen
wird. Umgekehrt kann, wenn das Gut sich in vergleichsweise flüssigem Zustand befindet,
die Zeit der Bewegung der Sonde verkürzt werden, und es kann auf diese Weise eine
größere Zahl von Ablesungen innerhalb einer gegebenen Zeit vorgenommen werden.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann so benutzt werden, daß jegliche
Berührung mit dem zu messenden Niveau vermieden wird oder nur eine leichte Berührung
erfolgt, was in der Hauptsache von der Empfindlichkeit der Sonde in den jeweiligen
Stellungen und dem Punkt abhängt, an dem das geschlossene Rohr mit der Sonde in
Verbindung steht.
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Wenn ein steifes, zähflüssiges Glas oder sonstiges Material, das einen
gewissen stabilen Gegendruck auszuüben vermag, das zu messende Niveau bildet, so
kann der Gasdruck im Innern der Sonde etwas verstärkt werden, um die Wirkung auf
das geschlossene Rohr zu erhöhen.
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In diesem Falle ist nur eine dichte Annäherung der Sonde an das Niveau
erforderlich, um der Wirkung des Luftstroms entgegenzuwirken und
einen
niedrigeren subatmosphärischen oder atmosphärischen Druck in dem geschlossenen Rohr
wiederherstellen. Wenn dies geschieht, so können die Stromkreise in der gleichen
Weise arbeiten, wie vorher erläutert.
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Falls die Vorrichtung nach der Erfindung sowohl als Niveaukontrollapparat
wie auch als Anzeiger verwendet werden soll, so werden mit ihr geeignete Vorrichtungen
kombiniert, die ihrerseits Vorrichtungen betätigen, die z. B. im Falle einer Glasschmelzanlage
neues Gemenge zuführen. So kann z. B. das Erreichen eines vorbestimmten Mindestniveaus
bewirken, daß ein Relais erregt wird, das einen Stromkreis schließt, in dem ein
Motor liegt, der seinerseits eine Speisevorrichtung, z. B. eine archimedische Schraube,
betätigt, die das Gemenge in die Schmelzanlage einfördert. Wenn das Niveau im Schmelzbehälter
wieder bis oberhalb des vorbestimmten Mindestniveaus angestiegen ist, so wird der
Stromkreis unterbrochen, und der Motor kommt zum Stillstand.
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Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht ferner eine besonders deutliche
Niveauanzeige dadurch, daß mit ihr Einrichtungen, die bei bestimmten Stellungen
der Sonde Druckimpulse geben, mit der üblichen Aufzeichnungsvorrichtung kombiniert
werden - gemäß dem-Ausführungsbeispiel ein durch die Feder 56 betätigter pneumatischer
Drucksteuerapparat 70, der je nach der von dem Federarm eingenommenen Stellung die
pneumatischen Druckimpulse gibt. Die diesem Kontrollapparat zugeführte Luff wird
über eine Leitung 7I zugeführt, über die je nach der Stellung des Federarms 56 z.
B. Drucksignale in dem Bereich von 0,0021 bis O;OI kg/mm2 gegeben werden können.
Diese Impulse werden einem Druckzylinder 72 zugeführt, der einen Hebelarm 74 eines
geschwindigkeitsveränderlichen Antriebs 73 in Gestalt eines Elektromotors oder eines'
anderen entsprechend wirkendeii Treibmittels betätigt. Die Einstellung des Hebelarmes
74 regelt die Umlaufgeschwindigkeit des Antriebs 73, der die die Masse aus dem Vorratsbehälter
76 zuführende Schnecke 75 betätigt. Diese Vorrichtung ist so eingestellt, daß, wenn
die Sonde 12 einen bestimmten Niedrigwert des Niveaus anzeigt und aufzeichnet, die
entsprechende Einstellung des Federarms 56 einen Hochdruckimpuls sendet, der den
Antrieb 73 auf hohe~ Geschwindigkeit einstellt, mit dem Ergebnis, daß die Schnecke
75 dem Schmelzbehälter mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit Gemenge zuführt.
Wenn der gemessene Niveauwert hoch liegt und sich einem vorbestimmten gewünschten
Niveau nähert, so ist der Druckimpuls in der Luftleitung 71 niedrig und stellt .dadurch
den Schneckenantrieb 73 so ein, daß dem Schmelzbehälter Masse mit nur verhältnismäßig
geringer Gescliwindigkeit zugeführt wird.
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Mit anderen Worten wird ein niedriges Niveau in dem Glasschmelzbehälter
schnell durch Zuführung son Gemenge mit einer erhöhten Geschwindigkeit ausgeglichen,
die allmählich absinkt, bis das gewünscht Niveau erreicht ist, worauf die Sonde
ihre Hin- und Herbewegung fortsetzt und -Ablesungen in Abständen vorgenommen werden,
damit die Zuführung von neuem Gemenge in den Behälter mit einer Geschwindigkeit
erfolgt, die gerade ausreicht, um das gewünschte Niveau zu halten. Zum Heben und
Senken der Sonde kann sie mit der Zahnstange 22 und dem Ritzelantrieb 23 statt durch
die in Fig. 1 dargestellte Hebeleinrichtung über eine zweite Zahnstange 77 und ein
kleineres Ritzel 78 verbunden werden.
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Bei der in Fig. 7 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung
wird eine Sonde 80 mit offenem Ende in Verbindung mit einem Hilfsrohr 8I mit offenem
Ende verwendet. Der Sonde wie dem Hilfsrohr wird aus einer gemeinsamen Quelle über
ein Kontrollventil 87, ein Filter 88 und einen Druckregler 89 Luft zugeführt. Von
dem letzteren wird die Luft über zwei Leitungen einerseits der Sonde, andererseits
dem Hilfsrohr zugeführt. In diesen Leitungen sind Einzelnadelventile 82 bzw. 84
vorgesehen. Von den zu der Sonde und dem Hilfsrohr führenden Leitungen gehen Abzweigungen
83 bzw.
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85 aus, die beide zu einem Elektromanometer 95 führen, das eine elektrisch
leitende Flüssigkeit 92 enthält. Der von dem Hilfsrohr8I kommende Rohrabzweig 85
wird so in das Manometer eingeführt, daß sein Ende unterhalb der elektrisch leitenden
Flüssigkeit liegt, während der Abzweig 83 der Leitung von der Sonde 80 an einem
Punkt oberhalb des Niveaus der darin eingeschlossenen Flüssigkeit in das Manometer
einmündet. In dem Endteil des Rohrabzweigs 85, das nach unten in die Flüssigkeit
92 hineinragt, ist ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten Elektroden 93
und 94 so angeordnet, daß die Flüssigkeit in dem Manometer normalerweise mit der
unteren Elektrode 93 in Berührung steht, jedoch die obere Elektrode 94 nicht berührt.
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Die Elektroden sind so geschaltet, daß hierdurch ein elektrischer
Detektor 96 betätigt wird, der seinerseits die Schalterkontakte 43 des elektrischen
Stromkreises der Fig. 3 betätigt.
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Das die Flüssigkeit 92 aufnehmende Gehäuse ist groß im Vergleich
zu dem Raurn im Ende des Abzweigrohres 85, innerhalb dessen die Elektroden angeordnet
sind, so daß, wenn der Druck innerhalb der Sondenabzweigung 83 -sich, sobald die
Sonde 8I das Materialniveau erreicht, erhöht und der Gegendruck des Materials den
Spiegel der Flüssigkeit 92 absenkt, diese in dem Abzweigrohr 85 ansteigt und dadurch
den elektrischen Stromkreis für die Betätigung des Detektors 96 schließt. Ein besonderer
Vorteil eines Manometers dieser Art besteht darin, daß Druckdifferentiale zwischen
der Sonde und dem Hilfsrohr schnell angezeigt werden, da wegen des Unterschieds
in den Querschnittsflächen der beiden Teile das Niveau in dem kleineren Abzweigrohr
85 erheblich schneller steigt, als das Niveau in dem Gehäuse 95 fällt, Beim Schließen
der Schalterkontakte 43 bewirkt der umsteuerbare Motor M (Fig. 5), der das Ritzel
23 und die Zahnstange 22 antreibt, das Zurückziehen der Sonde von dem Glasniveau.
Dadurch wird der pneumatische Stromkreis wieder aus-
geglichen,
bis im Laufe des nächsten Bewegungszyklus der Sonde die Niveauablesung erneut erfolgt.
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Diese Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung besitzt
den Vorteil, daß sie nicht durch Änderungen in den Druckverhältnissen entweder in
der Nähe der Sonde selbst oder des atmosphärischen Drucks beeinflußt wird. Der atmosphärische
Druck spielt keine Knolle für den pneumatischen Stromkreis, da kein Ausgleich des
Drucks innerhalb des Rohres gegen den atmosphärischen Druck erfolgt. Da die Drücke
innerhalb der Sonde 80 und des Hilfsrohres 8I gegeneinander ausgeglichen sind und
deren Enden so dicht beieinanderliegen, daß beide den gleichen allgemeinen statischen
Drücken unterworfen sind, haben irgendwelche Änderungen dieser statischen Drücke
keinen Einfluß auf den Ausgleich der Drücke in dem Manometer.
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Bei der in Fig. 8 dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung
wird für die Niveaumessung eine mit einer Venturieinschnürung 103 versehene röhrenförmige
Sonde 100 benutzt, der -Luft über ein Kontrollventil I06, ein Filter 105, einen
Druckregler 104 und den Venturiabschnitt 103 zugeführt und aus dem Sondenende auf
das zu messende Materialniveau hin gerichtet wird.
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Das Manometer, das zur Feststellung des Druckdifterentials an dem
Venturiabschnitt benutzt wird, kann ein solches der gleichen Bauart sein, wie es
bei der in Fig. 7 dargestellten zweiten Ausführungsform verwendet wird. Statt dessen
kann aber auch jedes andere Manometer benutzt werden, das genügend empfindlich ist,
um den Druckunterschied zwischen den kleinen und großen Abschnitten des Venturiteils
anzuzeigen, und das für die Betätigung der Schalterkontakte 43 des mit der Sonde
verbundenen elektrischen Stromkreises, um deren Hin-und Herbewegung zu bewirken,
geeignet ist. Die Sonde wird an der Kante des Schmelzbehälters abgestützt, wo ein
Drehpunkt geschaffen wird, während das Lufteintrittsende der Sonde in geeigneter
Weise mit der Zahnstange22 verbunden ist, mit der das durch den umsteuerbaren Motor
M angetriebene Ritzel 23 in Kontakt steht. Die Sondenstellungen, die den Niveauablesungen
entsprechen, werden durch den Geber 25 angezeigt, in der gleichen Weise, wie für
das Arbeiten der Anordnung der in Fig. I dargestellten ersten Ausführungsform der
Erfindung beschrieben, der einen durch die Stellung des mit der Zahnstange zusammenarbeitenden
Ankers 24 gegebenen elektrischen Impuls zu dem Aufzeichnungsgerät sendet.
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Bei normalem Strömen des Gases durch die Sonde ist der dynamische
Druck am höchsten an der Verengung IOI des Venturirohres 103 mit einer sich daraus
ergebenden geringeren statischen Druckhöhe, die auf das zugehörige Manometer übertragen
wird. Der Flüssigkeitsspiegel in dem Gehäuse ist infolgedessen hoch, so daß der
Spalt zwischen den Elektroden 93 und 94 offen bleibt und der Detektor 106 nicht
erregt wird. Sobald jedoch das Ende der Sonde das zu messende Niveau erreicht, wird
der Strom des Gases durch die Sonde gedrosselt und der statische Druck an der Verengung
IOI entsprechend erhöht. Der dem Manometer als Ergebnis dieser Erhöhung des statischen
Druckes zugeführte Druck bewirkt, daß das Flüssigkeitsniveau in dem Gehäuse 95 des
Manometers abgesenkt wird und der Spiegel der elektrisch leitenden Flüssigkeit 92
innerhalb des Endes des Rohres2 ansteigt. Die Erhöhung des Flüssigkeitsspiegels
in dieser Abzweigung bewirkt das Schließen des Spalts zwischen den Elektroden 93
und 94, erregt dadurch den Detektor 106 und schließt die Kontakte 43. Wie bei der
ersten und zweiten Ansführungsform der Erfindung bewirkt die Schließung der Kontakte
43 das Anlaufen des umsteuerbaren Motors M, so daß dieser die Sonde IOO zur Vorbereitung
eines erneuten Absenkens derselben auf das Materialniveau zwecks einer folgenden
Aufzeichnung des Niveaus bis zu einem vorbestimmten Punkt anhebt.
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Wenn auch in den Figuren die Enden der Sonden bei der ersten und
zweiten Ausführungsform -der Erfindung als gerade zylindrische Teile dargestellt
sind, so hat es sich doch als vorteilhafter herausgestellt, diesen Enden eine sich
erweiternde Form zu geben, wie sie aus Fig. 8 ersichtlich ist. Bei einer solchen
Form werden aus der Sonde austretende Gase über eine größere Fläche verteilt. Dies
führt zu einem niedrigeren Druck dieser Gase auf die Flächeneinheit des Materials,
gegen das der Gasstrom gerichtet ist, und damit zu einer Verringerung von Turbulenzerscheinungen
oder Blasenbildung in dem Gut, wenn die Sonde in dessen Nähe gelangt.