DE19951342A1

DE19951342A1 - Füllstandsanzeiger

Info

Publication number: DE19951342A1
Application number: DE1999151342
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Barth; Fritz Goecke
Original assignee: Schulz & Rackow Gastechnik Gmb
Current assignee: Schulz & Rackow Gastechnik Gmb
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2001-04-26

Abstract

Zur Pegelanzeige an Flüssigkeits- und Flüssiggas-Behältern ist ein Gerät (10) mit einem GMR-Sensor (40) ausgestattet, der eine Magnetfeldrichtung berührungslos erfaßt, die an bzw. in einem Lagerteil (26) eines Schwimmergestänges (22) dessen Winkelposition je nach Füllstand entspricht. Der GMR-Sensor (40) sitzt am Ende eines Stabes (16), der drehfest in einem mittels eines Flansches (11) an einem Behälter befestigten Rohr (14) geführt ist. Daran ist am unteren Ende für das Schwimmergestänge (22) eine Achse (25) mit einem Lagerbolzen (28) zwischen z. B. zwei Magneten (50), die sich an oder in dem Lagerteil (26) befinden. Vom GMR-Sensor (40) erzeugte elektrische Signale sind an einem Display als Nah- oder Fernanzeige darstellbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Füllstandsanzeiger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Übliche Behälter für Flüssigkeiten und unter Druck stehendes Flüssiggas wie Propan, Butan oder Gemische davon haben Armaturen mit gesonderten Anschlüssen und Ventilen; allgemein sind Füll-, Sicherheits- und Entnahmeventile vorhanden. Außerdem benötigt man Anzeigemittel, um den Füllpegel bzw. das aktuelle Volumen erkennbar zu machen. Bei einem bewährten Gerät haltert ein am Behälter befestigter Flansch ein einwärts ragendes Rohr zur Führung eines Stabes, dessen unteres (inneres) Ende über ein Getriebe mit einem Schwimmergestänge verbunden ist und dessen oberes (äußeres) Ende eine Sichtkapsel tragen kann, in der einer drehbar gelagerten Anzeige nadel eine Ableseskala gegenübersteht.

Man hat auch am Schwimmerschaft ein Gelenk mit einer Gelenkwelle vorgesehen, an der Magnete befestigt sind, um die Schwimmerposition auf eine magnetisch steuerbare Anzeigekapsel zu übertragen. In DE 39 04 824 A1 ist eine Vorrichtung dieser Art be schrieben, die zusätzlich einen elektronischen Standaufnehmer oder einen Ultraschall sensor und ein Höchststand-Peilrohr aufweist, um mechanische Störungen weitest gehend zu unterdrücken und notfalls eine Befüllung abzubrechen bzw. nicht erst in Gang zu setzen. Zur Inhalts-Fernanzeige wurden lange Meßsonden eingesetzt, z. B. gemäß DE 12 65 444 B1 und DE 14 73 132 A1.

Bei den bekannten Vorrichtungen ist es nachteilig, daß der Schwimmer mit dem Halte rohr über ein Getriebe verbunden ist, das nicht bloß ein unvermeidliches Bewegungs spiel hat, sondern auch verschmutzungsanfällig ist. Dadurch entstehen zwangsläufig Meßunsicherheiten; irreguläre Abweichungen lassen sich nicht ausschließen.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen verbesserten Füllstandsanzeiger zu schaffen, der bei einfachem Aufbau, wirtschaftlicher Herstellbarkeit und bequemer Montage eine zu verlässige Pegelanzeige leistet. Das Gerät soll in Behältern für die verschiedensten Strömungsmedien einsetzbar und frei von den Mängeln eines Getriebes sein.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angege ben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Auf eine spezielle Bauelement-Verwendung ist Anspruch 11 gerichtet.

Bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art mit einem Flansch, an dem ein in den Behälter ragendes Rohr angebracht ist, das einen Stab führt, dessen unteres bzw. inneres Ende mit einem Schwimmergestänge gelenkverbunden ist und dem eine magnetisch steuerbare Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, sieht die Erfindung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 vor, daß der Stab einen GMR-Sensor auf weist, der einem magnetisch polarisierten Lagerteil des Schwimmergestänges berüh rungslos gegenübersteht. Mit dieser Anordnung erzielt man eine problemlos montier bare, von mechanischen Störeinflüssen weitestgehend freie Füllstandsanzeige. Das herkömmliche Schwimmergetriebe ist durch eine einfache Schwenklagerung ersetzt; das geht mit deutlich verringerten Reibungsverlusten einher. Zugleich gewährleistet die berührungslose Magnetfeld-Koppelung eine hinreichend genaue, jedenfalls zuverlässi ge Transformation des Schwimmerhebel-Winkels in einen Pegelwert, der analog und/ oder digital angezeigt werden kann, was wiederum neue Anwendungs-Möglichkeiten eröffnet.

Gemäß Anspruch 2 ist der GMR-Sensor am Umfang des unteren (inneren) Stab-Endes befestigt und der Stab in Bezug auf das Rohr drehfest so angeordnet ist, daß der GMR-Sensor das Magnetfeld des Lagerteils erfaßt. Der mechanische Aufbau ist mithin ebenso einfach wie störungssicher, namentlich wenn er laut Anspruch 3 am Rohr als Verdrehsicherung eine Nase hat, z. B. eine Einkerbung, die in eine Aussparung des Stabes eingreift. Das Lagerteil kann gemäß Anspruch 4 zwei einander zugeordnete Dauermagnete aufweisen, die einander insbesondere diametral gegenüberliegen, so daß der GMR-Sensor das dazwischen bestehende Magnetfeld voll erfaßt, wozu An spruch 5 zweckmäßig vorsieht, daß der Abstand zwischen den Dauermagneten in der Größenordnung mit einer Breitenabmessung an einem Sondenansatz des GMR-Sen sors übereinstimmt.

Im Einklang mit Anspruch 6 ist das Lagerteil mit einem Schwenkwinkel-Begrenzer ver sehen, der nach Anspruch 7 speziell als mit dem Lagerteil einstückiger Bogen, Seg ment, Winkel o. dgl. ausgebildet ist, das durch Anschlag an dem Rohr den Maximal- Ausschlag des Schwimmergestänges bestimmt. Dadurch ist ein Überschreiten der unteren und oberen Grenz-Ausschläge auf einfachste Weise ausgeschlossen.

Laut Anspruch 8 ist eine Kombination mit einer Überfüllsicherung vorgesehen, bei spielsweise indem am Rohr ein Durchgangskanal sowie eine Ringdichtung und am Stab ein gegebenenfalls lösbares Verschlußelement vorhanden ist, das sich in den Durchgangskanal zur Anlage an der Ringdichtung bewegen läßt.

Sehr vorteilhaft ist die Weiterbildung von Anspruch 9, wonach mit der Anzeigeeinrich tung Mittel zur Fernübertragung und Fernablesung gekoppelt sind, wahlweise per Kabel und/oder über eine Funkstrecke, so daß die Füllstandsanzeige nicht wie her kömmlich ortsgebunden ist. Gemäß Anspruch 10 ist dazu eine Auswerteelektronik vor gesehen, die in einem mit dem Flansch verbundenen Gehäuse oder separat unterge bracht und nach Bedarf in vorgebbaren Zeitabständen oder manuell aktivierbar und/ oder abrufbar ist.

Für Anspruch 11 wird selbständiger Schutz geltend gemacht. Er sieht ganz allgemein zum Erfassen des Füllstandes in Flüssigkeits- oder Flüssiggas-Behältern die neuartige Verwendung eines GMR-Sensors vor, was im Stand der Technik weder in Betracht gezogen noch gar verwirklicht worden war.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht - teilweise im Schnitt - eines Füllstandsanzeige-Geräts,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gerät von Fig. 1 und

Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht des unteren Geräteendes.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, hat ein allgemein mit 10 bezeichneter Füllstands anzeiger einen Flansch 11, welcher kopfseitig mit einem Deckel 12 unter Zwischenlage eines Dichtringes 13 verschraubbar ist und welcher ein Rohr 14 haltert, das nach Anbringung des Flansches 11 an einem (nicht gezeichneten) Behälter in diesen ragt. In dem Rohr 14 ist ein Stab 16 geführt, dessen unteres Ende 18 über ein Gelenk 24 mit einem Schwimmergestänge 22 verbunden ist. Letzteres hat eine auf die Behältergröße abgestimmte Länge und trägt an einem Lagerteil 26 einerseits einen Schwimmer 20, andererseits ein Gegengewicht 27.

Das Gelenk 24 weist eine Achse 25 mit einem von dieser koaxial abstehenden Lager bolzen 28 auf, auf dem das Lagerteil 26 drehbeweglich sitzt und z. B. durch eine Ring scheibe 29 am Gelenk 24 axial gesichert ist. Das Lagerteil 26 ist einstückig oder starr verbunden mit wenigstens einem zur Achse 25 konzentrisch angeordneten Bogen segment 55 oder einem sonstigen Begrenzer-Element, das durch Anschlag am Rohr 14 die Maximal-Ausschläge des Schwimmergestänges 22 bestimmt.

Beiderseits des Lagerbolzens 28 sind im Lagerteil 26 Dauermagnete 50 vorhanden, namentlich Ring- oder Stabmagnete, die in einer Querbohrung des Lagerteils 26 ver ankert - beispielsweise eingeklebt - sein können und stirnseitig voneinander einen Abstand a haben. Dieser entspricht einem Breitenmaß b eines Sondenansatzes 42 an einem Sensor 40, der auf einer Abflachung 48 am unteren Ende 18 des Stabes 16 angebracht ist. Damit der Sensor 40 das zwischen den Magneten 50 vorhandene Magnetfeld optimal abtasten kann, ist zur Sicherung der Parallelität der Elemente 40/48/50 eine Verdrehsicherung vorgesehen. Sie besteht im einfachsten Falle aus einer quer zur Abflachung 48 angeordneten Nase oder Einkerbung 44 am Rohr 14, die in einen zugeordneten Schlitz 46 des Stabes 16 längsverschieblich eingreift.

Als Sensor 40 dient ein GMR-Sensor, nämlich ein mit dem Sondenansatz 42 versehe ner "Giant Magneto Resistor" an sich bekannter Art, der einen Stapel aus magneti schen und unmagnetischen Metallschichten aufweist und mittels einer Brücken- oder Halbbrücken-Schaltung in Abhängigkeit von der schwimmerbedingten Richtung des vom Sensor 40 erfaßten Feldes zwischen den Magneten 50 elektrische Signale liefert, die weitgehend unabhängig von der Magnetfeldstärke und von vorhandenen Luft spalten sind. (Nicht gezeichnete) Stromversorgungs- und Signalleitungen sind durch eine Kabel-Ausführung 30 geführt. Eine (ebenfalls nicht dargestellte) Auswerteelektro nik bewirkt mit den Signalen die Füllstandsanzeige. Sie ist nicht wie herkömmlich nur ortsgebunden, sondern wahlweise auch über Kabel und/oder per Funkstrecke weiter leitbar, so daß eine Fernablesung nach Bedarf in vorgebbaren Zeitabständen automa tisch oder manuell abrufbar ist. Die Auswerteelektronik kann separat oder in einem mit dem Flansch 11 verbundenen Gehäuse, z. B. im Deckel 12 untergebracht sein. Auch ist es möglich, am Flansch 11 für Batterien bzw. für eine externe Stromversorgung ein (nicht gezeichnetes) Behältnis vorzusehen, in oder an dem sich ferner ein (gleichfalls nicht dargestelltes) Display für eine analoge und/oder digitale Anzeige befinden kann.

Wesentliche Vorteile der Erfindung beruhen darauf, daß die Elemente 20/22 zum Er fassen des Füllstandes mit dem Sensor 40 nicht mechanisch verbunden, sondern ma gnetisch gekoppelt sind. Die Elektronik ist also räumlich von der Mechanik trennbar. Wenn der Füllstandsanzeiger 10 gewartet oder z. B. sein elektronischer Teil ausge wechselt wird, muß man infolgedessen einen unter Druck stehenden Behälter nicht entleeren, wodurch erheblich an Zeit und Kosten gespart wird. In den Rahmen der Er findung fällt es auch, das Rohr 14 unter Atmosphärendruck abzuschließen, z. B. durch Hartverlöten an beiden Enden. Bei Kombination mit einer an sich bekannten Überfüll sicherung ist es ferner möglich, am Rohr 14 einen Durchgangskanal sowie eine Ring dichtung und am Stab 16 ein gegebenenfalls lösbares Verschlußelement vorzusehen, das sich in den Durchgangskanal zur Anlage an der Ringdichtung bewegen läßt.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Man erkennt jedoch, daß bei einer bevor zugten Gestaltung zur Pegelanzeige an Flüssigkeits- oder Flüssiggas-Behältern ein Gerät (10) mit einem GMR-Sensor (40) ausgestattet ist, der eine Magnetfeldrichtung berührungslos erfaßt, die an bzw. in einem Lagerteil (26) eines Schwimmergestänges (22) dessen Winkelposition je nach Füllstand entspricht. Der GMR-Sensor (40) sitzt am Ende eines Stabes (16), der drehfest in einem mittels eines Flansches (11) an einem Behälter befestigten Rohr (14) geführt ist. Daran ist am unteren Ende für das Schwim mergestänge (22) eine Achse (25) mit einem Lagerbolzen (28) zwischen z. B. zwei Ma gneten (50), die sich an/in dem Lagerteil (26) befinden. Vom GMR-Sensor (40) erzeug te elektrische Signale sind an einem Display als Nah- oder Fernanzeige darstellbar.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnun gen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

a Abstand
b Breitenmaß

10

Füllstandsanzeiger

11

Flansch

12

Deckel

13

Dichtungsringe

14

Rohr

16

Stab

18

unteres Ende

19

oberes Ende

20

Schwimmer

22

Schwimmergestänge

24

Gelenk

25

Achse

26

Lagerteil

27

Gegengewicht

28

Lagerbolzen

29

Axialsicherung / Ringscheibe

30

Kabel-Ausführung

40

GMR-Sensor

42

Sondenansatz

44

Nase/Einkerbung

46

Schlitz

48

Abflachung

50

Dauermagnete

55

Segment/Begrenzer

Claims

1. Füllstandsanzeiger (10), mit einem Flansch (11), an dem ein in einen Behälter einsetzbares Rohr (14) angebracht ist, das einen Stab (16) führt, dessen unteres Ende (18) mit einem Schwimmergestänge (22) gelenkverbunden ist und dem eine magnetisch steuerbare Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab einen GMR-Sensor (40) aufweist, der einem magnetisch polarisierten Lagerteil (26) des Schwimmergelenks (24) berührungs los gegenübersteht.

2. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der GMR-Sensor (40) am Umfang des unteren Stab-Endes (18) befestigt und der Stab (16) in Bezug auf das Rohr (14) drehfest so angeordnet ist, daß der GMR- Sensor (40) das Magnetfeld des Lagerteils (26) erfaßt.

3. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (14) eine Nase, Einkerbung (44) o. dgl. aufweist, die als Verdreh sicherung in eine Aussparung (46) des Stabes (16) eingreift.

4. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Lagerteil (26) zwei einander zugeordnete Dauermagnete (50) aufweist, die einander insbesondere diametral gegenüberliegen.

5. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den Dauermagneten (50) größenordnungsmäßig mit einer Breitenabmessung (b) des GMR-Sensors (40) übereinstimmt.

6. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (26) mit einem Schwenkwinkel-Begrenzer (55) versehen ist.

7. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel-Begrenzer ein mit dem Lagerteil (26) einstückiges, seiner Achse (L) konzentrisch zugeordnetes Bogenelement, Segment (55), ein Winkel o. dgl. ist, das durch Anschlag an dem Rohr (14) die Maximal-Ausschläge des Schwim mergestänges (22) bestimmt.

8. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Kombination mit einer Überfüllsicherung, beispielsweise indem am Rohr (14) ein Durchgangskanal sowie eine Ringdichtung und am Stab (16) ein Verschlußelement vorhanden ist, das in den Durchgangskanal zur Anlage an der Ringdichtung bewegbar ist.

9. Füllstandsanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß mit der Anzeigeeinrichtung Mittel zur Fernübertragung und Fernablesung gekoppelt sind, wahlweise drahtgebunden und/oder über eine Funkstrecke.

10. Füllstandsanzeiger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteelektronik in einem mit dem Flansch (11) verbundenen Gehäuse (12) oder separat untergebracht und in vorgebbaren Zeitabständen oder nach Bedarf manuell aktivier- und/oder abrufbar ist.

11. Verwendung eines GMR-Sensors zum Erfassen des Füllstandes in Flüssigkeits- oder Flüssiggas-Behältern.