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Die Erfindung betrifft eine Fühleinrichtung der im Oberbegriff des
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Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Bei bekannten Fühleinrichtungen dieser Art sind dem Schaltschütz des
Pumpenmotors beispielsweise zwei in unterschiedlichen Höhen angeordnete Schwimmerschalter
zugeordnet, die in Abhängigkeit von der Füllhöhe die Pumpe einschalten oder ausschalten.
Der apparative Aufbau der zugehörigen Schaltung und der Schwimmerschalter ist unzweckmäßig
groß. Die Befestigung der Schwimmerschalter im Behälter erfordert aufwendige Maßnahmetl.
Die Schwimmerschalter werden durch das ständige Auf und Ab leicht funktionsunfähig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fühleinrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen mechanischen
Aufbau und eine einfache Schaltung auszeichnet und bei der die Meßelemente einfach
im Behälter anbringbar sind.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen lkferkmale gelöst.
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Bei dieser Ausbildung lassen sich die stabförmigen Sonden sehr einfach
im Behälter anbringen, weil sie z.B. durch unterschiedliche Längen die verschiedenen
Füllhöhen überwachen. Die Sonden sind zudem unempfindlich gegen Verschmutzung, weil
auch im verschmutzten Zustand ihre elektrische Leitfähigkeit noch zum Erzeugen korrekter
Signale ausreicht. Die zusätzliche Minimal-Füllhöhensonde liefert ein zusätzliches
Signal, mit dem auf einfache Weise der Pumpenschalter zum Abpumpen geschlossen gehalten
werden kann, wenn die Maximal-Fül 1höhensonde nicht mehr in die Flüssigkeit eintaucht.
Es ergibt sich ein wechselndes Zusammenspiel zwischen den einzelnen Sonden, so daß
die Pumpt bzw. das Schaltgerät für weitergehende Steuerung, wie Ventile usw. erst
eingeschaltet wird, wenn die Minimal-Füllhöhensonde und die Maximal-Füllhöhensonde
ansprechen, während zum Abpumpen bis unter die Minimal-Eüllhöhe oder Aufrechterhalten
der Aktivität des Schaltgeräts die beiden Minimal-Füllhöhensonden zusammenarbeiten.
Aus dieser Ausbildung resultiert eine einfache und dauerhaft arbeitende Schaltung
und eine hohe Funktionssicherheit auch dann, wenn die Fühleinrichtung nur selten
oder mit unregelmäßigen Abständen anspricht. Ein Verklemmen des Schaltelements
tritt
nicht mehr auf, weil keine beweglichen Teile für das Schalten mehr vorhanden sind.
Diese Ausbildung wäre auch nutzbar als reine Warnschaltung, wobei dann nur zwei
Sonden notwendig wä ren.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 2 hervor.
Die verschiedenen Sonden sind in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht, das zweckmäßigerweise
ein Kunststoff-Formteil ist und sich einfach in der gewünschten Höhenlage im Behälter
anbringen läßt. Das Kunststoff-Fprmteil ist isolierend, so daß die elektrische Leitfähigkeit
der Sonden auf einfache Weise zur Signalerzeugung verwendbar ist. Die Halteelemente
können dabei entweder Haken, -Saugnäpfe oder Klebetstellen oder dgl. sein, die das
Festlegen der Fühleinrichtung im Behälter ohne schwerwiegende Arheiten an der Behälterwandung
gestatten. Hierbei könnte eine Schiebe- oder Loch leiste an der Wandung in vertikaler
Richtung vorgesehen sein, an der oder in die das Son den gehäuse vertikal stufenlos
verschiebbar oder steckbar wäre. Hierdurch läßt sich das Gehäuse ohne Werk zeug
zum Reinigen oder zum Austausch einfach abnehmen und wieder aufklipsen.
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Die verschiedenen Füllhöhen lassen sich auf einfache Weise mit der
Ausführungsform gemäß Anspruch 3 überwachen, weil in dem Gehäuse nur durch die unterschiedlich
langen stabförmigen Sonden die verschiedenen Füllhöhen abgegriffen werden. Zweckmäßig
ist dabei, die Sonden möglichst weit voneinander zu halten, um zu vermeiden, daß
sich Fremdkörper zwischenklemmen, die dann Schaltkontakte auslösen.
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Insofern ist dieses Gehäuse mit der gewählten Sondenanordnung für
Schmutzwasser geeignet. Zusätzlich kann in dem Gehäuse oberhalb der Maximal-Füllhöhensonde
die Alarm-Sonde angeordnet sein, die dann anspricht, wenn aus irgendeinem anderen
Grund die maximale Füllhöhe überschritten wird. Es ist dabei für die Alarm-Sonde
keine zusätzliche Befestigungseinrichtung erforderlich, sondern sie kann auf einfache
Weise in den Schaltkreis der anderen Sonden miteinbezogen sein.
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Eine alternative, vorteilhaff-e Ausführungsform geht aus Anspruch
4 hervor. Hierbei werden für die Fühleinrichtung zwei gleichartige Ge häuse verwendet,
die in den verschiedenen Höhenlagen im Behälter
angebracht sind.
Es sind dies zwei Gehäuse, von denen auch nur eines mit entsprechend unterschiedlich
langen Sonden eingesetzt werden kann. Soll ein verhältnismäßig großer Füllhöhenunterschied
zwischen der maximalen und der minimalen Füllhöhe überwacht werden, so ist es zweckmäßig,
zwei der Gehäuse mit entsprechend kurzen Sonden zu verwenden. Ist hingegen der Unterschied
zwischen den zu überwachenden Fallhöhen kleiner, so ist es zu empfehlen, nur ein
Gehäuse rait entsprechend unterschiedlich langen Sonden einzusetzen.
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Jedoch wird mit ein und aemselben Gehäuse und unterschiedlich langen
Sonden eine anpassung an alle vorkommenden Fälle möglich.
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Baulich einfach und leicht und preiswert herzustellen ist weiterhin
die Ausführungsform von Anspruch 5. Das Gehäuse ist von vornherein auf die Anbringung
von insgesamt vier Sonden ausgelegt und enthält in seinem Inneren zweckmäßigerweise
die Kontaktstellen für die Sonden, mit denen diese beim Einstecken bzw. Einschrauben
in Verbindur4g kommen. Nicht benutzte Aufnahmen können auf einfache Weise verschlossen
werden.
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Ein weiterer, wichtiger Gedanke ist in Anspruch 6 enthalten. Die Gatter,
die als Transistoren ausgebildet sein können, werden mit verhältnisrnäßig niedriger
Steuerspannung auf ihre Durchgangsstellung geschaltet L;nd versorgen dann die Schaltrelais
mit dem entsprechenden Schaltstrom, da das zweite Schaltrelais den Halteschalter
betätigt, wird sozusagen die Maximal-Füllhöhensonde in ihrer Einwirkung auf die
Schaltung überbrückt, bis die Füllhöhe wieder auf die l,linirnal-Füllhöhe abgefallen
ist. Der Halteschalter wird allerdings erst dann geschlossen, wenn die Maximal-Füllhöhen
sonde von der Flüssigkeit erreicht ist, so daß bei zwischen den beiden Grenzwerten
liegenden Für höhen in diesem Teil der Schaltung noch kein Strom zu fließen bracht.
Der Energieaufwand ist deshalb gering.
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Ein weiterer, zweckmäßiger: Gedanke ist in Anspruch 7 enthalten. Dieser
Halteschaltkreis ist einfach und funktionssicher. Er arbeitet zudem mit geringem
Energieaufwand, weil er nur dann aktiviert wird, wenn die Füllhöhe beim Maximalwert
angelangt ist, worauf ohnedies rasch abgepumpt wird und der Halteschaltkreis letztendlich
wieder
deaktiviert wird.
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Vorteilhaft ist ferner die Ausführungsform von Anspruch 8, da ein
gesonderter Schaltkreisteil für das Pumpenlauf-Schaltglied entfällt und dieses exakt
nur über diese Zeitdauer mit Spannung beaufschlagt wird, während er abzupumpen ist.
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Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform geht aus Anspruch 9 hervor.
Die Schaltung braucht bei dieser Ausführungsform nur gering fügig erweitert zu werden,
um auch eine Alarm funktion zu enthalten. Die Spannungsversorgung für die Alarm
funktion erfolgt in zweckmäßiger Weise ebenfalls gesteuert durch die Sonden.
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Zweckmäßig ist ferner die Ausführungsform von Anspruch 10, weil die
beiden Maximal-Füllhöhensonden bei Verwendung zweier Gehäuse das Abdichten der einen
nicht benötigten Aufnahme im Gehäuse ersparen und zudem die Sicherheit erhöhen,
daß Verschmutzungen oder ein Deffekt einer Maximal-Füllhöhensonde zu einer Störung
der Fühleinrichtung führen könnte.
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Wichtig ist schließlich auch das iltlerkmal von Anspruch 11, weil
damit sozusagen die Minimal-Füllhöhensonde den Stromkreis schließt in dem alle anderen
Sonden angeordnet sind. Auch hiermit wird ein Sicherheitseffekt erreicht, weil bei
einer Störung der zusätzlichen Minimal-Füllhöhensonde, d.h wenn diese den Halteschaltkreisteil
nicht ordnungsgemäß deaktivieren würde, die Minimal-Füllhöhensonde den Stromkreis
unterbricht, wenn die Füllhöhe entsprechend weit abgefallen ist.
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Anhand der Zeichnungen werden nachstehend Ausführungskrmen der Erfindung
erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Behälter mit einer
Pumpe und einer Fühleinrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2a bis 2c verschiedene
Ausführungsformen der Fühleinrichtung und Fig. 3 die Schaltung, die bei der Anordnung
gemäß Fig. 1 verwendbar ist.
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Gemäß Fig. 1 ist in einem Abwasser-Sammelbehälter 1 auf dem Boden
eine Tauchpumpe 2 abgestellt, die über eine Leitung 3 an eine Schaltung 4 angeschlossen
ist, die bei 5 an das Netz anschließbar ist.
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Über Steuerleitungen 6 ist an die Schaltung 4 eine Fühleinrichtung
7 angeschlossen, die aus einem, vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden, stab- bzw.
rohrförmigen Gehäuse 8 mit darin ein gesteckten stabförmigen Sonden 9, 10, 11 zusammengesetzt
ist. Zu diesem Zweck besitzt das Gehäuse 8 an seiner Unterseite drei in gleichen
Abständen angeordnete, vorsprungartige Aufnahmen 12 zum Einstecken der Sonden. In
etwa in Verlängerung der Längsachse des Gehäuses 8 kann eine weitere Aufnahme 12
angeformt sein, die zum Einstecken einer kurzen Alarmsonde E benutzbar ist. Am Gehäuse
8 sind ferner Halteelemente 13 angeformt, mit denen das Gehäuse 8 im Behälter in
der jeweiligen Höhenlage angebracht werden kann. Die Halteelemente 13 können Haken,
Saugnäpfe, Klebestreifen oder dergleichen sein.
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Die Sonden 9 und 11 sind gleich lang und wesentlich länger als die
Sonde 10 und die Sonde E. Die Sonden 9 und 11 bilden mit ihren unteren Enden Minimal-Füllhöhensonden
A und B, während die mittlere Sonde 10 mit ihrem unteren Ende eine Maximal-Höhensonde
C ist. Der Behälter 1 ist mit einer Flüssigkeit 14, z.B. Abwasser, gefüllt. Sobald
die Flüssigkeit 14 eine Füllhöhe (MIN) erreicht, tauchen die Minimal-Füllhöhensonden
A, B ein und übermitteln Signale an die Schaltung 4. Wenn dann die Füllhöhe ansteigt
und einen Wert (MAX) erreicht, taucht auch die Maximal-FüllhöhensonçRe C ein und
übermittelt ein Signal an die Schaltung 4. Sollte daraufhin die Füllhöhe noch weiter
ansteigen und einen Wert (Alarm) erreichen, so taucht auch die Alarmsonde E in die
Flüssigkeit ein und übermittelt ein Signal an die Schaltung 4.
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Die Fülleinrichtung arbeitet wie folgt: Beim Eintauchen der Minimal-Füllhöhensonde
A, die zweckmäßigerweise umgekehrt gepolt ist wie alle anderen Sonden, beginnt ein
Strom zu fließen, ohne daß etwas veranlaßt wird. Erst wenn die maximale Füllhöhe
MAX erreicht wird, schaltet die Maximal-Höhensonde C zusammen mit der Minimal-Füllhöhensonde
A die Pumpe 2
ein. Die Füllhöhe sinkt wieder. Sobald die Maximal-Füllhöhensonde
C aus der Flüssigkeit kommt, arbeitet die zusätzliche Alinimal-Füllhöhensonde B
mit der anderen Minimal-Füllhöhensonde A zusammen und hält die Pumpe 2 am Laufen,
bis die Minimal-Füllhöhe wieder erreicht ist. Erst wenn die beiden Minimal-Füllhöhensonden
A und B aus der Flüssigkeit kommen, wird die Pumpe 2 abgeschaltet. Zweckmäßigerweise
ist in der Schaltung 4 ein Zeitglied enthalten, das die Pumpe 2 noch eine bestimmte
Zeit weiterlaufen läßt, damit die Füllhöhe noch weiter absinkt. Sollte hingegen
die Füllhöhe bis auf Alarm an steigen, so wird durch die Alarmsonde E ein Alarmsignal
ausgelöst; z.B. ein akustisches und /oder ein optisches.
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Aus den Fig. 2a, 2b und 2c gelten verschiedene Ausführungsformen hervor.
In allen dargestellten Fällen werden identische Gehäuse 8 verwendet. Um bei einem
größeren Unterschied zwischen der maximalen und der minimalen Füllhöhe nicht zu
lange Minimal-Füllhöhensonden 9, 11 verwenden zu müssen, werden jeweils zwei solcher
Gehäuse 8, nämlich ein oberes Gehäuse 8a und ein unteres Gehäuse 8b im Behälter
festgelegt. Gemäß Fig. 2a sind in die beiden unteren äußeren Aufnahmen 12 zwei parallel
arbeitende Maximal-Füllhöhensonden C und D eingesteckt. Die mittlere: Aufnahme 12
ist zweckmäßigerweise verschlossen. In dem unteren Gehäuse 8b sind in die beiden
unteren äußeren Aufnahmen 12 zwei kurze Minimal-Füllhöhensonden A9 B eingesteckt,
während die mittlere Aufnahme 12 und die am Ende des Gehäuses 8a angeordnete Aufnahme
12 verschlossen sind. Bei der Ausführungsform von Fig. 2b sind im oberen Gehäuse
8a in die beiden unteren äußeren Aufnahmen halblange, Maximal-Füllhöhensonden C
und D eingesteckt, während die Alarmsonde E in die mittlere Aufnahme 12 eingesteckt
ist. Die am Stirnende des Gehäuses 8a vorgesehene Aufnahme 12 kann verschlossen
sein. Im unteren Gehäuse 8b sind wiederum die beiden Minimal-Füllhöhensonden 8,
B, eingesteckt, während die mittlere Aufnahme und die am Ende des Gehäuses 8b angeordnete
Aufnahme verschlossen sind. Bei der Ausführungsform von Fig. 2c ist schließlich
keine Alarm-Sonde vorgesehen, sondern nur Minimal- und Maximal-Füllhöhensonden A,
B,
C, D. Die nicht benötigten Aufnahmen 12 sind verschlossen.
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Aus Fig. 3 geht ein Teil der Schaltung 4 hervor. In strichlierten
Linien ist ein Pumpenversorgungsschaltteil 15 angedeutet, der an das Netz angeschlossen
ist und einen Ein- und Ausschalter 56 (d2) für die Pumpe 2 enthält. Über einen nicht
dargestellten Transformator werden Leitungen 6 und 17 mit einer Gleichspannung (z.B.
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12 oder 24 Volt) versorgt. Zwischen den Leitungen 16 und 17 ist über
Anschlüsse 18 und 19 eine Leitung 20 mit Widerständen R2 und R3 geführt, von der
in einem Anschluß 21 eine Leitung 22 abzweigt, die zur Minimal-Füllhöhensonde A
führt. Von einem Anschluß 23 führt eine Leitung 24 über einen weiteren Widerstand
R4 zu einer Leitung 25, an die die Maximal-Füllhöhensonde C angeschlossen ist.
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Die Leitung 25 führt weiter zu einem Steuerspannungsanschluß 26 eines
ersten Gatters 27, das im Anschluß 28 über eine Leitung 29 an die Leitung 16 angeschlossen
ist und eine Sperrstellung zu seinem Arbeitsspannungsanschluß zu einer Leitung 30
einnimmt, sofern am Steuerspannungsanschluß 26 keine Spannung anliegt. Die Leitung
30 führt über parallele Schaltrelais 31, 32 und ein strichliert angedeutetes Pumpenlauf-Schaltelement
33 zu Anschlüssen 34, 35 und 36 in der Leitung 17. Ferner zweigt von der Leitung
16 in einem 4nschluß 37 eine Leitung 38 mit einem darin angeordneten Widerstand
R2 ab, die zu einem Anschluß 39 in einer Leitung 40 führt, in der die zusätzliche
Minimal-Füllhöhensonde B sitzt. Die Leitung 40 ist ihrerseits an einen Steuerspannungsanschluß
41 eines zweiten Gatters 42 angeschlossen, das in der Leitung 16 sitzt und mit seinem
Arbeitsspannungsanschluß ausgangsseitig an eine Leitung 43 angeschlossen ist, die
einen Halteschalter 44 (d1) enthält und zu einem Anschluß 48 in der Leitung 30 führt.
Zwischen einem Anschluß 45 in der Leitung 43 und einem Anschluß 46 in der Leitung
17 ist ein Kondensator 47 eingeordnet. An die Leitung 43 ist vor dem Halteschalter
44 eine Leitung 49 mit einem Widerstand R1 angeschlossen, in der die Alarm-Sonde
E sitzt. Die Leitung 49 ist ferner über einen Anschluß 50 an den Steuerspannungsanschluß
51 eines dritten Gatters 52 angeschlossen, das über einen Anschluß 59 an die Leitung
49 vor dem
Widerstand R1 angeschlossen ist und ausgangsseitig mit
seinem Arbeitsspannungsanschluß an eine Leitung 53 zu einem Alarmschaltteil 54 und
einem Anschluß 55 in der Leitung 17 angeschlossen ist. Das erste Schaltrelais 31
ist über eine Steuerleitung 56 mit dem Halteschalter 44 verbunden, während das zweite
Schaltrelais 32 über eine Steuerleitung 57 mit dem Ein- und Ausschalter 58 der Pumpe
2 verbunden ist.
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Bei der vorerwännten Funktion der Fühleinrichtung laufen in der Schaltung
4 gemäß Fig. 3 folgende Vorgänge ab: Sobald die minimale Füllhöhe MIN erreicht wird,
werden die beiden Minimal-Füllhöhensonden A und B leitend, bzw. wird über die Flüssigkeit
ein Stromkreis geschlossen. Die Minimal-Füllhöhensonde A ist zweckmäßigerweise umgekehrt
gepolt wie alle anderen Sonden. Da die zusätzliche Alinimal-Füllhöhensonde B mit
dem Steuerspannungsanschluß 41 des zweiten Gatters 42 verbunden ist, fließt ein
Strom, der das zweite Gatter 42 öffnet, so daß die Spannung auch am dritten Gatter
ansteht. Da der Halteschalter 44 aber noch geöffnet ist, führt die Leitung 43 hinter
dem Halteschalter 44 keine Spannung.
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Wenn daraufhin die Füllhöhe bis auf den maximalen Wert llL4h' steigt,
taucht auch die lafaximal --Fullhöhensonde C in die Flüssigkeit ein und es wird
irn Zusammenspiel mit der umgekehrt gepolten Minimal-Füllhöhensonde A ein Stron
fließen. Die dadurch bedingte Spannung wirkt am Steuerspannungsanschluß 26 des ersten
Gatters 27, so daß dieses auf Durchgang schaltet, worauf die Leitung 30 unter Spannung
kommt und die beiden Schaltrelais 31, 32 anziehen und auch das Pumpenlauf-Schaltelement
33 unter Spannung gelangt. Mit dem Anziehen der Schaltrelais 31 und 32 wird gleichzeitig
der Ein- und Ausschalter der Pumpe 2 geschlossen und auch der Halteschalter 44.
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Die Pumpe 2 läuft an und pumpt die Flüssigkeit ab. Wenn die Füllhöhe
unterhalb des Maximalwertes MAX kommt, unterbricht die lliaximal-Füllhöhensonde
C den Stromfluß, wodurch das erste Gatter 27 wieder in seine Sperrstellung geht.
Da jedoch der Halteschalter 44 nicht geschlossen ist, wird die Spannung über die
Leitung 43 und
den unteren Teil der Leitung 30 für die Schaltrelais
31 und 32 sowie den Pumpenlauf-Schaltteil 33 aufrechterhalten. D.h. die Pumpe 2
pumpt solange, bis die Füllhöhe wieder auf den Minimalwert abgefallen ist. Erst
dann bricht über die zusätzliche Minimal-Füllhöhensonde B die Spannung am Steuerspannungsanschluß
41 des zweiten Gatters 42 zusammen, so daß dieser sperrt. wodurch auch die beiden
Schaltrelais 31, 32 abfallen und der P'inpenlauf-Schaltteil 33 spannungslos wird.
Da der Halteschalter 44 und der Pumpenschalter 58 geöffnet sind, bleibt die Pumpe
2 stehen.
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Sollte hingegen trotz der laufenden Pumpe die Füllhöhe nicht absinken,
sondern bis auf den Wert Alarm ansteigen, so wird die dann von der Alarm-Sonde E
erzeugte Spannung in der Leitung 49 über den Steuerspannungsanschluß 51 das dritte
Gatter 52 auf Durchgang schalten, so daß der Alarm-Schaltteil 54 unter Spannung
kommt und ein Alarmsignal erzeugt.
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Fällt jedoch die Füllhöhe in korrekter Weise bis auf den Minimalwert
ab, so unterbrechen die Minimal-Füllhöhensonden A ur:d B gemeinsam jeden Strom fluß
urd halten die Pumpe an.
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Zwischen die Leitungen 20 und 25 könnte ein Prüfschaltteil eingesetzt
sein, um die Schaltung auf ordnungsgemäße Funktion überprüfen zu können.
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Die Leitung 49 könnte auch an die Leitung 30 bzw. den Arbeitsspannungsausgang
des ersten Gatters 27 angeschlossen sein, weil auch von dort Spannung bezogen werden
kann, um die Alarmeinrichtung 54 zu betätigern, und weil Alarm nur dann auftreten
kann, wenn zuvor die MaximalÄ?üllhöhensonde in die Flüssigkeit eingetaucht ist,
weil die Alarnj-Sonde E noch höher liegt als die iWaximal-Fullhöhensonct,e C.
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Es wäre ohne weiteres denkbar, die Schaltung gemäß Fig. 4 unmittelbar
in das Gehäuse 8 bzw. 8a oder 8b zu integrieren, z.B. als gedruckte Schaltung.