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Meßflügel für hydrometrische Messungen Die Erfindung betrifft einen
Meßflügel mit einer Flügelschaufel zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit von Wasserströmungen
in natürlichen oder künstlichen offenen Gerinnen wie Wasserläufen bzw.
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Strömungskanälen oder auch in geschlossenen Rohrleitungen wie z. B.
Wasserzuleitungsrohren für Wasserturbinen, in Turbineneinläufen usw. oder von sonstigen
Flüssigkeitsströmungen. Die Flügelschaufel sitzt auf einer in einem Gehäusekörper
gelagerten Schaufelwelle, deren Umdrehungen über eine elektronische, von einem mit
der Schaufelwelle umlaufenden Permanentmagneten beeinflußte Einrichtung mittels
nach außen führender Leitungen zu einem Zähl- oder Registrierwerk od. dgl. übertragen
werden.
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Bei den üblichen hydrometrischen Meßflügeln ist die Welle oder Hohlwelle
der meist schraubenförmig gewundenen Flügelschaufel im vorderen Teil eines länglichen
Gehäuses gelagert, welches an einer in die Strömung ragenden Stange befestigt, an
einem z. B. über einen Flußlauf gespanntem Tragseil aufgehängt oder in einer Rohrleitung
an einem Meßkreuz angeordnet werden kann. Die in der Strömung liegende Flügelschaufel
dreht sich entsprechend der Wassergeschwindigkeit mehr oder weniger rasch um ihre
Achse, und die Umdrehungen der Flügelschaufel werden mechanisch oder elektrisch
auf ein Zählwerk übertragen, welches die Anzahl der Umdrehungen innerhalb einer
Zeiteinheit zählt oder registriert. Da die Drehzahl der Flügelschaufel in der Zeiteinheit
der Wassergeschwindigkeit proportional ist, ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit
an der Meßstelle entsprechend dem für jeden Meßflügel durch Eichung ermittelten
Umlaufwert. Dabei ist der Proportionalitätsfaktor von der geometrischen Form der
Flügelschaufel abhängig.
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Es ist bekannt, die Übertragung der Flügelschaufelumdrehungen auf
das Zählwerk mittels einer auf der Flügelschaufelwelle angeordneten Schnecke oder
mittels Zahnrädern zu bewirken, welche einen mechanischen Kontaktmechanismus mit
elektrischer Kontaktgabe in Tätigkeit versetzen. Diese Zähl- bzw.
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Registrierungsvorrichtungen benötigen für ihren Betrieb ein entsprechendes
Drehmoment, welches zusätzlich von der Flügelschaufel erzeugt werden muß.
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Daher muß die Wassergeschwindigkeit genügend hoch sein, um die Flügelschaufel
in Drehung zu versetzen.
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Dafür sind diese Vorrichtungen verhältnismäßig robust, gegen äußere
Störungseinflüsse wenig empfindlich und in der Herstellung nicht übermäßig teuer.
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An Stelle mechanischer Übertragungsmittel kann die Drehzahl der Flügelschaufel
auch mittels einer
induktiven bzw. elektronischen Impulsgebervorrichtung abgegriffen
und nach außen übertragen werden, wobei aber die hervorgerufenen Spannungsänderungen
dem Zählgerät über besondere Verstärker zugeführt werden müssen. Da der induktive
Abgriff nahezu leistungslos erfolgt, ist die für den Anlauf und den Antrieb der
Flügelschaufel benötigte Wassergeschwindigkeit erheblich geringer als bei dem mechanischen
Abgriff. Dagegen stellt die notwendige Verwendung von Verstärkern einen Nachteil
dar, weil die Verstärkereinrichtungen nicht nur kostspielig, sondern vor allem auch
sehr empfindlich und störungsanfällig sind. Eine Verwendung solcher elektronischer
Impulsgebereinrichtungen bei Meßflügeln kam aus diesem Grund bisher für Strömungsmessungen
im Freien, also vor allem in Flußläufen, Kanälen usw. praktisch nicht in Frage.
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Es ist auch bereits ein Gerät zum Messen von Wasserströmungen bekannt,
bei dem zur Erzeugung elektrischer Zählimpulse mit der Schaufel umlaufende Permanentmagnete
verwendet werden.
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Diese Permanentmagneten sind an den Schaufelspitzen der Flügelschaufel
befestigt und erzeugen in einer die Schaufel umgebenden Wicklung beim Vorbeigehen
Induktionsströme, die in einem Kopfhörer hörbar gemacht oder gegebenenfalls nach
genügender Verstärkung auch von einem Registriergerät aufgenommen werden können.
Die bei dieser Einrichtung die Flügelschaufel umgebende Wicklung beeinflußt die
zu messende Strömung in unerwünschter Weise. Ebenso ungünstig sind die an den Schaufelspitzen
der Flügelschaufel befestigten Magnete, weil durch diese die sehr genau berechnete
geometrische Form der Flügelschaufel gestört wird. Darunter leidet die Meßgenauigkeit
in hohem Maß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für hydrometrische
Messungen geeigneten Meßflügel zu schaffen, der die Nachteile der bekannten mechanischen
und
elektronischen bzw. induktiven Vorrichtungen beseitigt und die Vorteile beider Arten
in sich vereinigt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Permanentmagnet
in einer exzentrischen Ausnehmung der Schaufelwelle oder Hülsennabe der Flügelschaufel
gegenüber einer im Gehäusekörper der Schaufelwelle vorgesehenen Aussparung angeordnet
ist, in welche die vom Magnetfeld des Permanentmagneten beeinflußbare, in an sich
bekannter Weise aus einem Schutzgasschalter bestehende Einrichtung eingesetzt ist.
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Der Permanentmagnet wird zweckmäßig in eine radiale Ausfräsung der
Schaufelwelle eingesetzt. Bei einer Ausbildung der Schaufelwelle als Hohlwelle oder
Hülse hat der Magnet vorzugsweise die Form eines halben Ringes und ist in axialer
Richtung magnetisiert, so daß das Magnetfeld exzentrisch zur Flügelschaufelachse
liegt. Es könnte auch ein Ringmagnet verwendet werden, der dann nur einseitig bzw.
zur Hälfte magnetisiert sein müßte.
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Der Schutzgasschalter, d. h. ein in einer Schutzgasatmosphäre arbeitender
Magnetschalter, kann mit seinen Kontaktfahnen lose einschiebbar in der hierfür vorgesehenen,
axial verlaufenden Aussparung des Meßflügelgehäuses untergebracht und mit Profilteilen
od. dgl. versehen werden, welche in entsprechende ortsfeste Gegenprofile eingreifen,
so daß die Lamellen des Schutzgasschalters beim Einsetzen desselben in das Gehäuse
automatisch die richtige Lage zu dem Magnetfeld erhalten. Diese Positionierung kann
auf einfache Weise mit Hilfe eines an einer Kontaktfahne des Schutzgasschalters
angebrachten Kontaktstückes erzielt werden, welches etwa keilförmig in einen Längsschlitz
eines Gehäuseteiles, vorzugsweise einer in das Gehäuse eingesetzten Steckerbuchse
eingreift. Der Schutzgasschalter kann dann druck- und wasserdicht und leicht auswechselbar
eingebaut werden.
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Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt wird insbesondere
darin erblickt, daß ein nahezu leistungsloser Abgriff der Flügelschaufelumdrehungen
und trotzdem eine direkte Betätigung des Zähl- oder Registrierwerkes durch den über
den Kontakt im Schutzgasschalter fließenden Strom möglich ist ohne daß besondere
Verstärker benötigt werden.
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Der Meßflügel ist einfacher und billiger sowie zuverlässiger als
die bisher üblichen Vorrichtungen mit induktivem Abgriff, und er arbeitet mit einem
geringeren Drehmoment für die Drehzahlübertragung, so daß er schon auf wesentlich
niedrigere Wassergeschwindigkeiten anspricht. Infolge seiner geringeren Störungsanfälligkeit
kann der Meßflügel ohne weiteres auch für Messungen in Flußläufen und offenen Kanälen
usw. verwendet werden, wobei sich sein Meßbereich nach unten, d. h. auf langsamere
Strömungen erweitert.
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Infolge der Anordnung der Permanentmagneten und des Schutzgasschalters
in Ausnehmungen der Schaufelwelle oder Hülsennabe bzw. des Gehäusekörpers wird auch
eine strömungstechnisch günstige Form des Meßflügelgehäusekörpers bei kleinstmöglichem
Durchmesser desselben ermöglicht. Die Meßgenauigkeit wird daher durch den vom Gehäusekörper
verursachten Rückstau praktisch nicht mehr beeinträchtigt. Außerdem ist die projizierte
Fläche des Gehäusekörpers bei Anströmungen aus allen Richtungen stets gleich.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise
veranschaulicht.
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F i g. 1. zeigt teils in Seitenansicht, teils im Längsschnitt einen
Meßflügel gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Meß flügel nach der Linie A-B
der F i g. 2, und Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch den Meßflügel nach der Linie
C-D der F i g. 2.
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Der dargestellte Meßflügel hat einen im wesentlichen zylindrischen
Gehäusekörper 1, der sich nach vorn hin leicht verjüngt. In einer zentralen Längsbohrung
des Gehäusekörpers 1 ist eine Schaufelachse 2 angeordnet und z. B. mittels einer
nicht gezeigten Klemmschraube fest mit dem Gehäusekörper 1 verbunden. Auf der Schaufelachse
2 ist drehbar eine Hohlwelle oder Hülsennabe 3 gelagert, die mit der Flügelschaufel
4 fest verbunden ist.
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In einer Ausfräsung der Hülsennabe 3 ist ein Permanentmagnet 5 untergebracht.
Dieser Permanentmagnet hat, wie aus Fig.3 ersichtlich ist, die Form eines halben
Ringes und ist in axialer Richtung magnetisiert, so daß ein zur Schaufelachse 2
exzentrisch liegendes Magnetfeld entsteht.
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Parallel zur Schaufelachse 2 und damit auch zur Längsachse des ganzen
Meßflügels ist in einer axial verlaufenden Bohrung oder Aussparung 6 des Gehäusekörpers
1 ein Schutzgasschalter 7 angeordnet, der somit parallel zur Schaufelachse 2 und
zum Permanentmagneten 5 liegt. Die hintere Kontaktfahne 8 des Schutzgasschalters
7 ist mit einem Kontaktstück 9 verbunden, während die vordere Kontaktfahne 10 mit
einer Kappe 11 in Verbindung steht.
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Der Schutzgasschalter 7 und das Kontaktstück 9 sind durch eine Isolierung
12 vor einer unmittelbaren Berührung mit dem Gehäusekörper 1 geschützt. Die vordere
Kappe 11 ist mit flexiblen Dichtungen 13 und 14 versehen, die das Eindringen von
Wasser und damit das Entstehen eines Kurzschlusses zwischen dem Kontaktstück 9 und
dem Gehäusekörper 1 verhindern.
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Auf dem Gehäusekörper 1 des Meßflügels ist ein zweipoliger Stecker
15 befestigt, durch den der Strom der Kontakteinrichtung zugeführt wird. Vom Stecker
15 aus ragt eine stromführende Steckerbuchse 16 in eine Querbohrung des Gehäusekörpers
1, gegen den sie mittels eines Isolierrohres 17 isoliert ist. Die Steckerbuchse
16 hat an ihrem unteren Ende einen ausgefrästen Schlitz 18, in welchen das mit der
Kontaktfahne 8 verbundene Kontaktstück 9 keilartig eingreift, wie aus F i g. 4 ersichtlich
ist. Der andere Pol des Steckers 15 ist über eine Lasche 19 und eine Schraube 20
mit dem Gehäusekörper 1 des Meßflügels verbunden.
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Der dem Stecker 15 über ein nicht dargestelltes Kabel zugeführte
Strom fließt über die Steckerbuchse 16, das Kontaktstück 9 und die Kontaktfahne
8 in die Kontakte des Schutzgasschalters 7 und von dort über die Kontaktfahne 10,
die Kappe 11, den Gehäusekörper 1 und die Lasche 19 zurück zu dem Stecker 15. Wenn
sich die Flügelschaufel4 mit der Hülsennabe 3 und dem Permanentmagneten 5 um die
Schaufelachse 2 dreht, wird in der Wirkposition des Magneten 5 der Kontakt im Schutzgasschalter
7 geschlossen. Dann fließt der Strom in der beschriebenen Weise durch die Einrichtung
und betätigt direkt z. B. ein elektromechanisches Zählwerk. Bei jeder Umdrehung
der
Flügelschaufel 4 wird ein Impuls auf das Zählwerk übertragen, welches die Anzahl
der Impulse und damit der Schaufelumdrehungen registriert.
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Aus der abgelesenen bzw. registrierten Umdrehungszahl der Flügelschaufel
in der Zeiteinheit errechnet sich dann die Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers
od. dgl. an der Stelle, an der der Meßflügel angeordnet ist.