CH652183A5 - Einrichtung mit einem innenraum fuer ein fluid und dichtungsmitteln und verwendung der einrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannte Hähne, die beispielsweise in der Verfahrenstechnik zum Absperren von Flüssigkeitsleitungen verwendet werden, weisen ein Gehäuse und einen drehbar in dessen Innenraum angeordneten, im allgemeinen kugelförmigen Schliesskörper auf. Dieser ist durch eine Welle drehfest mit einem ausserhalb des Gehäuses angeordneten Handgriff verbunden. Die Welle ist durch eine Stopfbuchse hindurch geführt und mit in dieser vorhandenen Dichtungen gegen aussen abgedichtet.

Wenn nun die in der Stopfbuchse vorhandenen Dichtungen undicht werden, so kann Flüssigkeit aus dem Hahn in die Umgebung austreten, wobei ein solches Leck unter Umständen während längerer Zeit unbemerkt bleiben kann. Je nach der Art der Flüssigkeit und der Anlage kann ein Austritt von Flüssigkeit in die Umgebung einen beträchtlichen Schaden und eventuell auch Gefahren verursachen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine diese Nachteile vermeidende Einrichtung der einleitend genannten Art, wie beispielsweise einen Hahn, zu schaffen. Dabei soll insbesondere ein Leck, durch das ein Fluid, bei den Dichtungsmitteln aus dem Innenraum austritt, wenn möglich schon feststellbar sein, bevor das Fluid in den genannten anderen Raum gelangt. Dabei sollen Lecks insbesondere auch dann feststellbar sein, wenn es sich beim Fluid um eine Flüssigkeit oder um ein nach dem Austritt aus dem Innenraum flüssig werdendes Gas handelt und wenn nur kleine Fluidmengen austreten.

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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der einleitend genannten Art gelöst, wobei die Vorrichtung gemäss der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet ist.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 14.

Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung der Einrichtung gemäss dem Anspruch 15.

Eine zweckmässige Ausgestaltung der Verwendung ergibt sich aus dem Anspruch 16.

Die ein lichtdurchlässiges Organ aufweisende Ausgestaltung der Einrichtung, wie sie durch den Anspruch 3 definiert wird, ist vor allem für Fluide vorgesehen, die sich mindestens nach dem Austritt in den Leckprüfraum im flüssigen Aggregatszustand befinden. Die Ausbildung des lichtdurchlässigen Organes sollte zweckmässigerweise derart auf die optischen Eigenschaften des zu überwachenden Fluides abgestimmt sein, dass das bei einem Leck in den Leckprüfraum gelangende Fluid eine vor dem Auftreten des Lecks an der Grenzfläche stattfindende Totalreflexion aufhebt und einen Lichtaustritt an der Grenzfläche ermöglicht. Das Fluid sollte zweckmässigerweise mindestens noch eine gewisse Lichtdurchlässigkeit aufweisen und jedenfalls nicht die Reflexionswirkung eines Metalls besitzen. Flüssige Metalle, wie etwa Quecksilber, wären also kaum überwachbar.

Andererseits könnte aber das Fluid auch durch ein gallertartiges oder feinkörniges Gut gebildet sein, das derart beschaffen ist, dass es sich fluidartig verhält und insbesondere ähnlich wie ein echtes Fluid in Berührung mit der Grenzfläche des lichtdurchlässigen Organes gelangen kann. Des weitern müsste das Gut optische Eigenschaften haben, die einen Lichtaustritt aus dem optischen Organ ermöglichen.

Der Erfindungsgegenstand soll nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

die Fig. 1 einen Schnitt durch einen Hahn,

die Fig. 2 einen entlang der Linie II-II der Fig. 1 durch den Hahn gelegten Schnitt,

die Fig. 3 einen Schnitt in grösserem Massstab entlang der Längsachse des lichtdurchlässigen Organes,

die Fig. 4 eine schematische Darstellung der Lichtstrahlung für den Fall, dass kein Leck vorhanden ist,

die Fig. 5 eine schematische Darstellung der Lichtstrahlung beim Vorhandensein eines Lecks,

die Fig. 6 eine schematische Schnitt-Darstellung einer Variante einer Vorrichtung mit Mitteln für die automatische Lecküberwachung,

die Fig. 7 ein Schema einer Schaltung für die automatische Lecküberwachung und die Fig. 8 eine Ansicht einer Variante eines lichtdurchlässigen Organes.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zum Absperren eines Fluids, d.h. ein Hahn 1 mit einem Gehäuse 3 dargestellt. Das letztere weist zwei im allgemeinen hülsenförmige, mit Flanschen versehene, mit Schrauben 5 miteinander verbundene Teile 7 und 9 auf. Der Teil 9 ist mit einem Stutzen-Ansatz 9a versehen, in dem eine Buchse 11 befestigt ist. An dieser ist ein Abschlussteil 13 lösbar befestigt.

In dem einen Durchgang bildenden Innenraum 15 des Gehäuses 3 oder genauer gesagt im Teil 9 ist ein Schliess-körper 21 drehbar gehalten, der einen Teil einer Kugel bildet und mit einer Durchgangsöffnung 21a versehen ist. Der Schliesskörper 21 ist drehfest mit einer Welle 23 verbunden, die durch die Buchse 11 und den Abschlussteil 13 hindurch verläuft und an deren aus dem Gehäuse 3 herausragendem Ende ein Betätigungsorgan 25, nämlich ein Handgriff, starr,

aber lösbar befestigt ist. Der Schliesskörper 21 kann also mittels des Betätigungsorganes 25 über die Welle 23 um die Achse 27 gedreht werden.

Die Gehäuseteile 7,9, die Buchse 11, der Schliesskörper 21 und die Welle 23 bestehen aus Metall. Die Innenflächen der Gehäuseteile 7 und 9, der Buchse 11, die Innen- und Aussen-flächen des Schliesskörpers 21 und die Mantelfläche der Welle 23 sind mit einem Überzug aus Kunststoff, beispielsweise Polytetrafluoräthylen, versehen.

Der Schliesskörper 21 ist auf sich gegenüberliegenden Seiten durch je einen elastisch deformierbaren Dichtungsring 31 gegen das Gehäuse 3 abgedichtet. In der Buchse 11 sind zwei Dichtungspackungen mit die Welle 23 umschliessenden Ringen angeordnet. Die innere Dichtungspackung ist aus Dichtungsringen 33 und Distanzringen 35 und die äussere Dichtungspackung aus Dichtungsringen 37 und Distanzringen 39 gebildet. Zwischen den beiden Dichtungspak-kungen ist ein besonders ausgebildeter Distanzring 45 angeordnet. Die Dichtungsringe 33,37 können beispielsweise aus ein wenig elastisch deformierbarem Kunststoff, etwa Polytetrafluoräthylen-Schnur-Ringen, bestehen. Die Distanzringe 35,39 und 45 bestehen aus einem härteren, einigermassen starren Kunststoff, beispielsweise Polytriflu-orchloräthylen. Die Buchse 11 dient also als Stopfbuchse und bildet zusammen mit dem Stutzen-Ansatz 9a, dem Abschlussteil 13, den Ringen 33,35,37,39 und 45 eine als Ganzes mit 47 bezeichnete Wellen-Durchführung, die den Innenraum 15 des Gehäuses gegen den Aussen- oder Umgebungsraum abdichtet.

Wie man besonders deutlich aus der Fig. 3 ersehen kann, weist der Distanzring 45 zwei Flansche auf, die an den an ihn anstossenden Ringen 35,39 anliegen und diese abstützen. Der die beiden Flansche verbindende Steg füllt den zwischen den Flanschen vorhandenen Zwischenraum nicht vollständig aus. Zwischen der Innenfläche des Steges und der Welle 23 ergibt sich also ein freier Ringspalt. Ferner bleibt auch zwischen der Aussenfläche des Steges und der Innenfläche der Hülse 11 ein Ringspalt frei. Der Steg ist ferner mit ihn radial durchdringenden Durchgangsöffnungen versehen. Die beiden Ringspalte und die Duchgangsöffnungen bilden zusammen einen zwischen der inneren und der äusseren Dichtungspackung vorhandenen Hohlraum 51. Dieser wird durch die Dichtungsringe 33 gegen den Innenraum 15 des Gehäuses 32 abgedichtet. Gegen das umgebungsraumseite Ende der Wellen-Durchführung 47 hin ist der Hohlraum 51 durch die Dichtungsringe 37 abgedichtet.

Die Buchse 11 ist mit einer seitlichen Öffnung IIa versehen, in die ein radial zur Achse 27 verlaufender Stutzen 61 dicht eingeschweisst ist. Auf dessen äusseres, mit einem Aussengewinde versehenen Ende ist eine ein Innengewinde aufweisende Kappe 63 aufgeschraubt. Diese weist an ihrem der Buchse 11 abgewandten Ende einen nach innen vorstehenden Kragen 63a auf. Im Stutzen 61 ist ein längliches, bezüglich einer rechtwinklig zur Achse 27 verlaufenden Achse 65 rotationsymmetrisches, lichtdurchlässiges, optisches Organ 67 eingesetzt. Dieses weist einen zylindrischen Abschnitt 67a auf, dessen Durchmesser beispielsweise 6 bis 10 mm und dessen Länge mindestens das Doppelte seines Durchmessers beträgt. Das der Welle 23 zugewandte Ende des Organes 67 ragt aus dem Stutzen 61 heraus in die Öffnung 1 la hinein, verjüngt sich zur Welle 23 hin und ist durch eine im wesentlichen kegelförmige Grenzfläche 67b begrenzt, wobei aber der Übergang vom zylindrischen Abschnitt 67a zum kegelförmigen Endabschnitt und auch das dünnere Ende des letzteren verrundet sind. Der Winkel zwischen dem kegelförmigen Teil der Grenzfläche 67b und der Achse 65 beträgt 45°. Das der Welle 23 abgewandte Ende des Organes 67 wird durch einen scheibenförmigen Abschnitt 67c gebildet, der radial über den

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Abschnitt 67a herausragt und eine zylindrische Mantelfläche und eine ebene, radiale Stirnfläche aufweist, die ein Sichtoder Kontrollfeld 67d bildet. Das optische Organ 67 besteht aus einem einstückigen Körper aus einem durchsichtigen, optisch isotropen Glas. Das Organ 67 besteht beispielsweise aus Pyrex-Glas mit dem Brechungsindex 1,474. Das Organ 67 wird durch den Kragen 63a der Kappe 63 gehalten und ist mit zwei Dichtungsringen 71 und 73 gegen die Buchse 61 bzw. die Kappe 63 abgedichtet. Die innere Begrenzungsfläche des Kragens 63a verengt sich gegen das Organ 67 hin konisch und begrenzt ein Fenster 69.

Die Öffnung 1 la ist zwischen dem Stutzen 61 und der Innenfläche derjenigen Öffnung, die für die Durchführung der Welle 23 dient, teilweise durch einen Kunststoff-Zapfen 75 ausgefüllt, der mit dem die Innenfläche der Buchse 11 bedeckenden Überzug zusammenhängt. Zwischen der kegelförmigen Grenzfläche 67b und der dieser zugewandten Grenzfläche des Zapfens 75 ist ein im Schnitt V-förmiger Hohlraum 55 vorhanden. Dieser ist durch einen im Zapfen 75 vorhandenen Durchgang 53 mit dem Hohlraum 51 verbunden. Der Hohlraum 51, der Durchgang 53 und der Hohlraum 55 bilden zusammen einen Leckprüfraum 57. Dieser ist normalerweise durch die Dichtungsringe 31,33,37,71,73 sowohl gegen den Innenraum 15 als auch gegen den Aussen-bzw. Umgebungsraum dicht abgeschlossen.

Nun soll die Arbeitsweise des Hahns 1 und insbesondere des optischen Organes 67 erläutert werden.

Wenn sich der Schliesskörper 21 in seiner in der Fig. 1 dargestellten Stellung befindet, bildet der Innenraum 15 des Gehäuses 3 zusammen mit der Öffnung 21a des Schliesskör-pers 21 einen offenen Durchgang. Durch Drehen des Schliesskörpers 21 um 90° kann dieser Durchgang gesperrt werden, wobei natürlich auch Zwischenstellungen möglich sind. Der Hahn 1 sei nun in eine Leitung für ein Fluid, und zwar für eine Flüssigkeit, eingeschaltet.

Hier sei nun zunächst an einige grundlegende Merkmale der Lichtbrechung und -reflexion erinnert. Ein erstes, optisch isotropes Medium habe den Brechungsindex ni und sei durch eine Grenzfläche von einem zweiten, optisch isotropen Medium mit dem Brechungsindex m getrennt. Wenn nun ein Lichtstrahl das erste Medium durchläuft und unter dem Winkel ai gegen das Einfallslot geneigt auf die Grenzfläche auftrifft, kann eine Lichtbrechung stattfinden. Bei dieser tritt ein Teil des Lichtes in das zweite Medium über, wobei «2 der Winkel zwischen dem austretenden Lichtstrahl und dem auf die Grenzfläche gefällten Lot sei. Der Zusammenhang zwischen den Brechungsindexen und Winkeln ist durch das Snel-liussche Brechungsgesetz gegeben und kann durch folgende Formel dargestellt werden:

sin CC2 = (m/m) sin cu (1)

Wenn eine Lichtbrechung stattfindet, wird das einfallende Licht in einen die Grenzfläche durchdringenden, gebrochenen Teil und in einen reflektierten Teil aufgeteilt. Wenn das zweite Medium optisch dünner ist als das erste, d.h. wenn m kleiner als ni ist, kann nun aber auch der Fall auftreten, dass der in der Formel 1 auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens stehende Ausdruck grösser als 1 wird. In diesem Fall ist die Gleichung nicht mehr erfüllbar und es findet keine Brechung, sondern Totalreflexion statt, d.h. das einfallende Licht wird vollständig reflektiert.

Im weitern wird nun das optische Organ 67 als erstes Medium betrachtet und sein Brechungsindex mit m bezeichnet. Das zweite Medium sei durch das sich im Hohlraum 55 befindliche Medium gegeben und habe also den Brechungsindex m.

Wenn die Dichtungsringe 33 vollständig dicht sind,

gelangt keine Flüssigkeit aus dem Innenraum 15 in den Leckprüfraum 57. Dieser enthält dann im Normalfall ungefähr unter Umgebungsdruck stehende Luft, könnte aber bei der Montage des Hahns auch evakuiert worden sein. Da m den Brechungsindex des Mediums im Hohlraum 55 bezeichnet, so ist n2 im Fall, dass der Hohlraum 55 Luft enthält, geringfügig grösser als 1 und hat ungefähr den Wert 1,000272. Falls der Hohlraum evakuiert sein sollte, würde m natürlich genau den Wert 1 haben.

Nun wird angenommen, dass, wie es in der Fig. 4 veranschaulicht ist, aus der Umgebung ein Lichtstrahl 81 parallel zur Achse 65 durch die das Kontrollfeld 67d bildende Stirnfläche des optischen Organes 67 in dieses eindringt. Wenn dieser Lichtstrahl die Grenzfläche 67b erreicht, ist in der Formel 1 für ai der Wert 45° und für nt der Wert 1,474 einzusetzen. Wenn man für m den Wert 1 oder 1,000272 einsetzt, hat die rechte Seite der Formel 1 ungefähr den Wert 1,042. Da dieser Wert grösser als 1 ist, findet an der Grenzfläche 67b Totalreflexion statt. Der einfallende Lichtstrahl 81 wird also vollständig an der Grenzfläche 67b reflektiert und läuft dann als Lichtstrahl 83 rechtwinklig zur Achse 65 weiter, schneidet diese und trifft dann auf der gegenüberliegenden Seite wieder auf die Grenzfläche 67b auf. Dort erfolgt nochmals eine Totalreflexion, so dass das Licht nun den parallel zur Achse 65 verlaufenden Lichtstrahl 85 bildet und beim Kontrollfeld 67d aus dem Organ 67 austritt.

Das Entsprechende gilt natürlich für alle anderen Lichtstrahlen, die parallel zur Achse 65 beim Kontrollfeld 67d in das Organ 67 einfallen und dann auf den kegelförmigen Teil der Grenzfläche 67b auftreffen. Da ferner das Kontrollfeld 67d die einzige Begrenzungsfläche des Organes 67 bildet, bei der das letztere gegen aussen nicht durch lichtundurchlässige Teile abgeschirmt ist, kann natürlich nur beim Kontrollfeld Licht von aussen in das Organ 67 eindringen. Im übrigen dient der das Fenster 69 begrenzende Kragen 63a der Kappe 63 gewissermassen als Blende, so dass das in das Organ 67 einfallende Licht im allgemeinen mehr oder weniger parallel zur Achse 65 verläuft und diese also auch die Mittel- oder Hauptachse des einfallenden Lichtstrahlenbündels bildet.

Nun wird angenommen, dass wegen eines Lecks bei den Dichtungsringen 31 und 33 Flüssigkeit aus dem Hahn-Innenraum 15 zum Leckprüfraum 57 gelangt. Wenn nun diese Flüssigkeit in den Hohlraum 55 gelangt und diesen ausfüllt oder mindestens die Grenzfläche 67b des Organes 67 benetzt, ändern sich die Brechungsverhältnisse. Der Brechungsindex m wird dann gleich dem Brechungsindex der Flüssigkeit. Wenn es sich bei der letzteren beispielsweise um Wasser handelt, so wird m im Fall eines Lecks gleich 1,333. Wenn nun ein Lichtstrahl, wie es in der Fig. 5 für den Lichtstrahl 91 dargestellt ist, parallel zur Achse 65 vom Kontrollfeld 67d her durch das Organ 67 hindurchläuft, kann bei der Grenzfläche 67b eine Brechung stattfinden. Aus der Formel 1 ergibt sich dann für den Winkel ct2 der Wert 51,4°. In diesem Fall durchdringt also ein lichtstärkemässig grosser Teil des einfallenden Lichtstrahls 91 die Grenzfläche 67b und tritt als gebrochener Lichtstrahl 93 aus dem Organ 67 aus. Der restliche Teil des Lichtstrahls 91 wird nun zwar noch als Lichtstrahl 95 reflektiert und gelangt dann nochmals zur Grenzfläche 67b, wo er in einen austretenden, gebrochenen Strahl 97 und einen parallel zur Achse 65 zum Kontrollfeld 67d zurückreflektierten Strahl 99 aufgeteilt wird. Der letztere stellt lichtstärkemässig jedoch nur noch einen sehr kleinen Teil des einfallenden Strahls 97 dar. Es sei vermerkt, dass die Lichtstärken der verschiedenen Strahlen qualitativ durch unterschiedliche Strickdicken veranschaulicht sind. Das durch die Grenzfläche 67b aus dem optischen Organ 67 ausgetretene Licht wird zum grössten Teil irgendwo absorbiert, wobei es vorher zum Teil noch einmal oder mehrere Male reflektiert werden kann. Die

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allenfalls aus dem Hohlraum 55 wieder in das optische Organ 67 zurückgestrahlte Lichtmenge ist verhältnismässig klein.

Wenn also Flüssigkeit aus dem Innenraum 15 in den Leckprüfungsraum 57 gelangt, so hat dies eine starke Verkleinerung der Lichtreflexion an der Grenzfläche 67b zur Folge. Ein durch das Fenster 69 beim Kontrollfeld 67d in das optische Organ 67 schauender Beobachter kann daher unter der Voraussetzung, dass gleichzeitig Licht durch das Kontrollfeld in das Organ 67 einfällt, feststellen, ob zwischen dem Innenraum 15 und dem Leckprüfraum 57 ein Leck vorhanden ist oder nicht. Wenn kein Leck vorhanden und der Leckprüfraum 57 frei von Flüssigkeit ist, erscheint das Kontrollfeld für den Beobachter hell und insbesondere glänzend. Falls hingegen wegen eines Lecks Flüssigkeit in den Leck-prüfraum gelangt ist, so erscheint das Kontrollfeld 67d eher dunkel und vor allem matt.

Mit dem optischen Organ 67 können selbstverständlich nicht nur Lecks, bei denen Wasser austritt, sondern auch Lecks, bei denen andere Flüssigkeiten austreten, festgestellt werden. Wenn das dem Innenraum des Hahns zugeführte Fluid gasförmig, aber derart beschaffen ist, dass es beim Austritt durch ein Leck bei den im Leckprüfungsraum vorhandenen Druck- und Temperaturbedingungen zu einer Flüssigkeit kondensiert, ist auch bei einem solchen Fluid eine Lecküberwachung möglich.

Damit die ausgetretene Flüssigkeit oder das beim Austritt zu einer solchen kondensierte, primär gasförmige Fluid feststellbar ist, sollte lediglich die Bedingung erfüllt sein, dass die Flüssigkeit für einen wesentlichen Teil des durch das Organ 67 hindurch auf die Grenzfläche 67b fallenden Lichtes die Totalreflexion aufhebt. Dies ist dann der Fall, wenn der Brechungsindex der Flüssigkeit mindestens einen Minimalwert nz min überschreitet, der gegeben ist durch die Formel:

n2min = m sinai (2)

Wenn man in der Formel 2 für m wiederum den Wert 1,474 und für cu den Wert 45° einsetzt, wird m min = 1,0423. Da der Brechungsindex der meisten Flüssigkeiten oberhalb diesem Minimalwert liegen dürfte, können mit dem beschriebenen optischen Organ wohl die meisten Flüssigkeiten erfasst werden, die eine gewisse Lichtdurchlässigkeit aufweisen.

Falls man wünscht, die Lecküberwachung von dem in der Umgebung der Einrichtung vorhandenen oder nicht vorhandenen Licht unabhängig zu machen, kann man die Einrichtung mit einer eigenen Lichtquelle ausstatten. Dies ist schematisch in der Fig. 6 dargestellt, in der eine künstliche Lichtquelle 169, beispielsweise eine elektrische Lampe oder Leuchtdiode, beim Kontrollfeld 167d Licht in das optische Organ 167 einstrahlt. Ferner kann beim Kontrollfeld ein elektro-optischer Lichtsensor 171, beispielsweise ein Fotohalbleiter, angeordnet sein. Für die konkrete Verwirklichung der schematisch in der Fig. 6 angedeuteten Variante kann beispielsweise die Kappe 63 durch eine Kappe ersetzt werden, die das optische Organ 167 beim Kontrollfeld 167d vollständig abdeckt und in ihrem Innern Mittel für die Befestigung der Lichtquelle 169 und des Lichtsensors 171 aufweist.

Die Lichtquelle 169 und der Lichtsensor 171 sind mit einem Elektronikteil verbunden, der beispielsweise gemäss dem in der Fig. 7 dargestellten Schema ausgebildet sein kann. Dieser weist unter anderem eine mit der Lichtquelle 169 verbundene elektrische, durch eine Batterie oder einen Netzteil gebildete, Speisespannungsquelle 173, eine Regelschaltung und zwei durch Leuchtdioden gebildete, optische Signalgeber 175,177 auf, von denen beispielsweise der Signalgeber 175 durch grünes Licht den normalen Betriebszustand und der Signalgeber 17 durch rotes Licht ein Leck anzeigt.

Das in der Fig. 8 dargestellte, lichtdurchlässige optische

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Organ 267 ist weitgehend gleich ausgebildet, wie die optischen Organe 67 und 167, unterscheidet sich von diesen aber dadurch, dass der Winkel zwischen dem kegelförmigen Teil der Grenzfläche 267b und der Achse 265 kleiner als 45° ist und beispielsweise 30° beträgt. Dies ergibt zwar etwas andere Reflexions- und Brechungsverhältnisse, als sie für das optische Organ 67 erörtert wurden, ermöglicht aber in analoger Weise, das Auftreten eines Lecks am Mattwerden des Kontrollfeldes 267d zu erkennen.

Der Winkel zwischen dem kegelförmigen Teil der Grenzfläche und der Rotationssymmetrieachse des optischen Organes könnte auch noch andere Werte als 45 oder 30° aufweisen, beträgt aber vorzugsweise ungefähr oder höchstens 45°. Des weitern könnte die Grenzfläche auch stetig gekrümmt, beispielsweise paraboloidförmig sein.

Des weitern könnte das optische Organ anstelle des bei seinem inneren Ende vorhandenen kegelförmigen Abschnittes auch einen keil- oder pyramidenförmigen Abschnitt aufweisen. Bei einer pyramidenförmigen Ausbildung würde zweckmässigerweise eine Pyramide mit einer geraden Anzahl Seiten- oder Grenzflächen vorgesehen, so dass sich jeweils zwei Grenzflächen bezüglich einer Mittelebene symmetrisch gegenüberstehen. Der Neigungswinkel zwischen den Grenzflächen des keil- bzw. pyramidenförmigen Abschnittes und der genannten Mittelebene würde dann zweckmässigerweise ungefähr 45° oder weniger betragen. Der hintere Teil des optischen Organes könnte prismatisch ausgebildet sein, so dass das ganze Organ symmetrisch bezüglich mindestens einer durch die Längsachse verlaufenden Ebene würde.

Falls eine künstliche Lichtquelle vorgesehen wird,

bestände beispielsweise auch noch die Möglichkeit, das optische Organ im Zentrum des Kontrollfeldes mit einem Sackloch zu versehen und die Lichtquelle in diesem anzuordnen.

Insbesondere dann, wenn eine künstliche, elektrische Lichtquelle und/oder ein elektro-optischer Lichtsensor vorgesehen wird, muss das optische Organ für die Totalreflexion auch nicht unbedingt eine zu einer Achse rotationssymmetrische Grenzfläche oder sich bezüglich einer Mittelebene spiegelsymmetrisch gegenüberstehende Grenzflächen aufweisen. Das optische Organ könnte dann nämlich beispielsweise prismatisch sein, wobei das Prisma im Grundriss die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen könnte. Die über der Hypotenuse des Dreiecks stehende Prismenfläche könnte dann dem Leckprüfraum zugewandt werden und die Funktion der Grenzflächen 67b übernehmen. Das Licht könnte dann bei der über der einen Dreieck-Kathete stehenden Prismenfläche in das optische Organ eingestrahlt werden und nach der Reflexion an der über der Hypotenuse stehenden Grenzfläche bei der über der anderen Kathete stehenden Prismenfläche austreten.

Das optische, lichtdurchlässige Organ könnte statt aus Pyrex-Glas auch aus einem anderen durchsichtigen, optisch isotropen Material, nämlich irgend einem mineralischen oder organischen Glas bestehen. Ferner könnten gewisse seiner Begrenzungsflächen, beispielsweise beim Organ 67 die Mantelflächen des zylindrischen Abschnittes 67a und des Abschnittes 67c, mit einer lichtreflektierenden Beschichtung versehen sein.

Bei all diesen möglichen Varianten sollte der Brechungsindex des optischen Organes und der Winkel der Hauptachse des auf die Grenzfläche einfallenden Strahlenbündels derart aufeinander abgestimmt sein, dass bei flüssigkeitsfreiem Leckprüfraum an der Grenzfläche eine Totalreflexion und bei einem Flüssigkeit enthaltenden Leckprüfraum eine Brechung stattfindet. Damit bei flüssigkeitsfreiem Leckprüfraum eine Totalreflexion stattfindet, soll das Produkt ni sin ai

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grösser als 1, und falls der Leckprüfraum normalerweise Luft enthält, grösser als 1,000272 sein, wobei unter ai der Winkel zwischen der Hauptachse des auf die Grenzfläche einfallenden Lichtbündels und dem auf die Grenzfläche gefällten Lot zu verstehen ist.

Falls eine automatische Lecküberwachung vorgesehen wird, kann die Schaltung des Elektronikteils natürlich in verschiedener Weise modifiziert werden. Beispielsweise könnte anstelle des in der Fig. 7 dargestellten, optischen Signalgebers 177 oder zusätzlich zu diesem noch ein akustischer Signalgeber zur Leckanzeige vorgesehen werden. Des weitern könnte auch ein Registriergerät vorgesehen werden, das den Zeitpunkt, in dem ein Leck auftritt, registriert.

Die Lichtquelle 169, der Lichtsensor 171 und der übrige gemäss dem Schema der Fig. 7 ausgebildete Elektronikteil können dauernd an der das optische lichtdurchlässige Organ 167 aufweisenden Vorrichtung befestigt sein. Man könnte jedoch auch eine Einrichtung vorsehen, die mindestens einen Hahn 1 der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Art und ein separates, tragbares Kontrollgerät aufweist, das mit einer Lichtquelle, einem Lichtsensor und einem Elektronikteil versehen ist, wobei der letztere gemäss dem in der Fig. 7 dargestellten Schaltschema ausgebildet sein kann. Das Kontrollgerät könnte dann derart ausgebildet sein, dass es vorübergehend derart an die Kappe 63 des Hahns 1 gehalten werden könnte, dass die Lichtquelle und der Lichtsensor ähnlich wie es in der Fig. 6 veranschaulicht ist, dem Kontrollfeld des lichtdurchlässigen, optischen Organes zugewandt sind. Auf diese Weise kann man mit einem tragbaren Kontrollgerät unabhängig von Umgebungslicht Leckkontrollen durchführen.

Anstelle eines lichtelektrischen Sensors und eines diesem nachgeschalteten Elektronikteils könnten auch photochemische Sensormittel vorgesehen werden. Man könnte beispielsweise in einem Teil des Kontrollfeldes des lichtdurchlässigen Organes mit Haltemitteln eine Zelle mit einer Substanz anbringen, die vorübergehend oder dauernd ihre Farbe verändert, wenn kein reflektiertes Licht mehr zum Kontrollfeld gelangt.

Ferner kann eine Lecküberwachung nicht nur bei echten Fluiden, sondern auch bei fluidartigen Gütern, etwa feinkörnigen oder gallertartigen Substanzen, möglich sein.

Die Lecküberwachung könnte auch für Hähne adaptiert werden, bei denen anstelle eines drehbaren Schliesskörpers ein mit einer Verschiebestange verschiebbarer Schliesskörper vorhanden ist und bei denen die Durchführung der Verschiebestange mit einem Federbaig gegen den Innenraum des Hahnes abgedichtet ist.

Es sei auch noch bemerkt, dass nicht nur Hähne, sondern auch andere Vorrichtungen mit einem Organ für die Leckprüfung ausgestattet werden können. Eine derartige Leckprüfung ist insbesondere für Vorrichtungen zweckmässig, bei denen ein bewegbares, insbesondere dreh- oder verschiebbares Element aus einem mit einem Fluid in Berührung kommenden Innenraum durch eine Dichtungen enthaltende Durchführung hindurch in einen anderen Raum geführt werden muss.

Dabei kann es sich bei diesem anderen Raum um den freien Umgebungsraum oder aber um einen Raum handeln, der seinerseits wiederum dicht gegen die Umgebung abgeschlossen ist.

Im übrigen kann man auch bei Dichtungsmitteln, die bezüglich einander ruhende Teile gegeneinander abdichten, einen zwischen verschiedenen Dichtungen der Dichtungsmittel angeordneten Leckprüfraum vorsehen, in dem ein Organ zur Lecküberwachung vorhanden ist.

Ferner könnte man statt des optischen, lichtdurchlässigen Leckprüf-Organes auch ein in anderer Weise arbeitendes Leckprüf-Organ vorsehen. Dabei wird jedoch vorzugsweise ein Leckprüf-Organ eingesetzt, das das Nichtvorhandensein oder Vorhandensein eines Fludies im Leckprüfraum feststellen kann, ohne dass das Fluid das Organ oder Teile von diesem bewegen muss. Beispielsweise könnte ein Leckprüf-Organ mit einem elektrisch erwärmbaren Heizelement, etwa einem Widerstandsdraht, vorhanden sein. Man könnte dann das Auftreten eines Lecks aufgrund der durch das Fluid verursachten Vergrösserung der Wärmeableitung vom Heizelement ermitteln. Die Vergrösserung der Wärmeableitung könnte aufgrund der dadurch verursachten Verkleinerung der Temperatur des Heizelementes und der daraus resultierenden Änderung des elektrischen Widerstandes erfasst werden.

Das Leckprüf-Organ könnte aber auch mit einem elektrischen Leiter versehen werden, der bei einem Kontakt mit dem zu überwachenden Fluid durch eine chemische Reaktion zerstört und unterbrochen oder mindestens derart umgewandelt wird, dass sein elektrischer Widerstand signifikant ändert.

Ferner könnte das Leckprüf-Organ durch einen elektrischen Messwandler mit Elektroden gebildet sein, zwischen denen die Kapazität in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein ändert. Man könnte aber auch einen elektrischen Messwandler vorsehen, der Mittel zur Erfassung einer durch das zu überwachende Fluid bedingten Änderung der magnetischen Induktivität aufweist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

652183 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung mit einem Innenraum (1) für ein Fluid und diesen gegen einen anderen Raum, insbesondere die Umgebung, abdichtenden Dichtungsmitteln (33,37), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmittel mindestens zwei Dichtungen (33,37) aufweisen, dass ein Leckprüfraum (57) vorhanden ist, der mindestens zum Teil zwischen die beiden Dichtungen (33,37) zwischengeschaltet und durch diese sowohl gegen den Innenraum (15) als auch gegen den genannten anderen Raum abgedichtet ist, und dass ein Organ (67) zum Ermitteln eines Lecks zwischen dem Innenraum (15) und dem Leckprüfraum (57) vorhanden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (67) eine dem Leckprüfraum (57) zugewandte Grenzfläche (67b) aufweist und derart ausgebildet ist, dass das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Kontakts eines Fluides mit der genannten Grenzfläche feststellbar ist, ohne dass das Fluid das Organ (67) oder Teile von diesem bewegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (67) lichtdurchlässig und mit einem Kontrollfeld (67d) versehen ist und dass das Organ (67) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch sein Inneres hindurch auf die Grenzfläche (67b) fallendes Licht von dieser zum Kontrollfeld (61 ä) reflektiert werden kann, so dass beim letzteren aufgrund einer Änderung der Reflexion an der Grenzfläche (67b) das Nichtvorhandensein oder Vorhandensein von aus dem Innenraum (15) in den Leckprüfraum (57) ausgetretenem Fluid feststellbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (67) durch einen Körper aus optisch isotropem, mineralischem oder organischem Glas gebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Grenzfläche (67b) und das Kontrollfeld (67d) auf einander abgewandten Seiten des lichtdurchlässigen Organes (67) befinden und dass das Organ (67) mindestens zwei bezüglich einer Mittelebene zueinander symmetrische Grenzflächenabschnitte aufweist, die bei der Mittelebene zusammenlaufen und mindestens teilweise gegen diese geneigt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Grenzfläche (67b) und das Kontrollfeld (67d) auf einander abgewandten Seiten des lichtdurchlässigen Organes (67) befinden und dass sich die Grenzfläche (67b) in der vom Kontrollfeld (67d) wegverlaufenden Richtung verjüngt und bezüglich einer Achse (65) rotationssymmetrisch ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche (67b) im wesentlichen kegelförmig ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ (67) bis auf ein im Bereich des Kontrollfeldes (67d) vorhandenes Fenster (69) gegen die Umgebung überall durch lichtundurchlässiges Material abgeschirmt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtdurchlässige Organ (67) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das Produkt m sin ai mindestens gleich 1 beträgt, wobei ni der Brechungsindex des lichtdurchlässigen Organes (67) und ai der Winkel zwischen dem auf einem Abschnitt der Grenzfläche (67b) errichteten Lot und der Hauptachse des durch das Organ (67) hindurch auf die Grenzfläche (67b) einfallenden Lichtbündels ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtelektrischer Sensor (171) oder ein photochemischer Sensor zum Erfassen einer Änderung der Lichtreflexion vorhanden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ ein elektrisch erwärmbares Heizelement aufweist und dass Mittel vorhanden sind, um die Änderung der Wärmeableitung in Abhängigkeit vom Nichtvorhandensein oder Vorhandensein eines Fluides im Leckprüfraum zu erfassen.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ einen elektrischen Leiter aufweist, der durch die Einwirkung eines Fluides zerstörbar oder umwandelbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ einen elektrischen Messwandler zur Erfassung durch ein Fluid verursachbarer Kapazitäts- oder Induktivitäts-Änderungen aufweist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenraum (15) und dem genannten anderen Raum eine Durchführung (47) für ein bezüglich des Innenraumes (15) bewegbares Element (23) vorhanden ist und dass der Leckprüfraum (57) durch mindestens ein das bewegbare Element (23) umschliessendes Dichtungselement (33) gegen den Innenraum (15) abgedichtet ist.

15. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 1 zum Feststellen des Austritts eines Fluides vom Innenraum (15) in den Leckprüfraum.

16. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 15, wobei ein lichtdurchlässiges Organ (67) mit einer dem Leckprüfraum (57) zugewandten Grenzfläche (67b) verwendet wird und wobei die Einrichtung für ein Fluid verwendet wird, das, wenn es sich im Leckprüfraum (57) befindet, einen Brechungsindex m aufweist, der mindestens gleich einem Minimalwert m min ist, wobei m min = ni sin ai ist und m den Brechungsindex des lichtdurchlässigen Organes (67) und oti den Winkel zwischen dem auf einem Abschnitt der Grenzfläche (67) gefällten Lot und der Hauptachse des durch das Organ (67) hindurch auf die Grenzfläche (67b) fallenden Lichtbündels ist.