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Die Erfindung betrifft einen Strömungsmesser zur Bestimmung der Flüssigkeitsströmung
in Rohrleitungen oder Kanälen, mit einem unter der Strömungsbelastung eine Schwenkbewegung
ausführenden, blattartigen Meßorgan sowie mit einer damit verbundenen Meßeinrichtung
zur Bestimmung der jeweiligen Durchströmung in Abhängigkeit von der Verschwenkung
des Meßorgans.
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Aus verschiedenen Gründen ist es oft notwendig, den durch Rohrleitungen
oder Kanäle fließenden Flüssigkeitsstrom genau zu messen, beispielsweise um Informationen
über die Ausführung von Kanalisationsanlagen zu erhalten oder um die proportionalen
Instandhaltungskosten-und Unterhaltungskostenanteile zu bestimmen, die von den verschiedenen
Benutzern oder Gemeinden getragen werden müssen.
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Wenn es sich um das Messen von Abwasserströmen handelt, treten jedoch
unübliche Verhältnisse auf, unter denen die bekannten Meßvorrichtungen nicht zuverlässig
arbeiten. Abwässer enthalten nämlich oft viele verschiedenartige Abfälle, die von
kleinen festen Teilchen bis zu Papier, Lappen, Holzstücken reichen und gelegentlich
aus großen Gegenständen, wie Holzklötzen und Steinen, bestehen. Im Gegensatz zu
den meisten Wasserleitanlagen sind die zum Leiten von Abwässern dienenden Rohrleitungen
für gewöhnlich nicht vollständig gefüllt, müssen aber eine außerordentlich hohe
Strömungsmenge, z. B. bei Platzregen, leiten können. Eine andere Eigenart der Abwasseranlagen
besteht darin, daß in diesen Anlagen während Flut oder bei hohem Grundwasserstand
die Strömungsrichtung- manchmal umgekehrt verläuft oder überhaupt keine Strömung
vorhanden ist, selbst wenn die Rohrleitung teilweise oder vollständig gefüllt ist.
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Bei einem bekannten Strömungsmesser der obengenannten Art besteht
die in Abhängigkeit von der Verschwenkung des Meßorgans arbeitende Meßeinrichtung
aus einem Skalenzeiger, der über eine Feder mit dem blattartigen Meßorgan verbunden
ist.
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Bei einem anderen bekannten Strömungsmesser der Art trägt das verschwenkbare
Meßorgan einen zweiten, rechtwinklig vom Schwenkpunkt des Meßorgans ausgehenden
Arm, der einerseits durch eine Schwerkraft ein Gegendrehmoment gegen das durch die
Flüssigkeitsströmung ausgeübte Drehmoment bildet und andererseits so ausgebildet
ist, daß er bei Überschreitung eines bestimmten Verschwenkungswinkels einen elektrischen
Kontakt schließt, wodurch mechanische Kommandos verschiedener Art ausgelöst werden
können.
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Die bekannten Strömungsmesser sind jedoch nicht für die Messung der
Flüssigkeitsströmung in Abwasserkanälen geeignet, da die in Abwässern im allgemeinen
mitgeführten Verunreinigungen, welche sich an dem unteren Ende des Meßfühlers festsetzen
können, von diesem nicht mehr entfernt werden und folglich zu Fehlmessungen führen
würden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strömungsmesser für
die Flüssigkeitsströmung in Abwasserrohren oder -kanälen zu schaffen, welcher zuverlässige
Meßergebnisse liefert.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Meßorgan
an einer Tragvorrichtung befestigt ist, die mittels eines Antriebs periodisch und
selbsttätig zurückziehbar ist, wobei das Meßorgan aus der Flüssigkeit heraus und
zum Zweck der Reinigung durch eine Abstreifvorrichtung ziehbar ist.
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Die Erfindung bezieht sich also nicht auf das an sich bekannte Durchziehen
eines Meßstabes durch eine Abstreifvorrichtung, um ihn von Schmutz zu reinigen,
sondern auf die angegebene technische Ausgestaltung der Strömungsmeßeinrichtung.
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Einzelheiten und andere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung
an Hand der Zeichnungen, in denen verschiedene Ausführungen als Beispiel und zur
Erläuterung dargestellt sind. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schnitt durch den
erfindungsgemäßen Strömungsmesser mit der Fühllamelle in der unteren Stellung oder
Arbeitsstellung, F i g. 2 ein Schnitt durch den Strömungsmesser mit der Lamelle
in der oberen Stellung oder Ruhestellung, F i g. 3 ein vergrößerter Teilschnitt
nach Linie 3-3 der F i g. 1 mit einem Schneckenradgetriebe zum Anheben der Lamelle,
Fig. 4 ein vergrößerter Schnitt durch die Lamelle nach Linie 4-4 der F i g. 1 mit
dem in der Lamelle vorhandenen Drall, F i g. 5 ein Schnitt durch die Lamelle nach
Linie 5-5 der Fig. 1, Fig. 6 ein Schnitt durch die Lamelle nach Linie 6-6 der Fig.
1, F i g. 7 eine vergrößerte Teilansicht des aus Draht bestehenden Biegungsmessers,
der an der Lamellenwurzel befestigt ist, F i g. 8 eine abgeänderte Ausführung der
Lamelle, Fig. 9 das Schaltbild einer elektrischen Anlage zum Programmieren der automatisch
erfolgenden, periodischen Reinigung der Lamelle und Fig. 10 ein Teilschnitt durch
das Lamellengehäuse mit der in der Hubspindel vorhandenen Führungsnut.
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Der erfindungsgemäße Strömungsmesser 1 ist zum Messen eines Abwasserstroms
2 geeignet, der für gewöhnlich verschiedene Rückstände 2' enthält und der durch
eine Rohrleitung 3 in der durch den Pfeil in F i g. 1 angedeuteten Richtung fließt.
Der Strömungsmesser 1 weist ein langes, starres, lotrecht gerichtetes Traggehäuse
4 mit einem oberen Ende 5 und einem unteren Ende 6 auf. Das hohlzylindrische Gehäuse
4 ist an seinem unteren Ende 6 mit einem Ringflansch 7 versehen, der Bohrungen 8
zur Aufnahme von Schrauben 9 aufweist, die den Flansch und die Wand des Rohres 3
durchsetzen. Mittels dieser Schrauben und deren Gewindemuttern 10 wird das Gehäuse
4 mit dem Rohr 3 so verbunden, daß das untere Ende 6 zum Abwasserstrom 2 weist.
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Im Gehäuse 4 ist ein Kolben 11 mit einer oberen Kolbenseite 12 und
einer unteren Kolbenseite 13 gleitend geführt, der in der dargestellten Ausführung
zwei Ringnuten 14 für Dichtringe 15 hat. Eine Dichtung ist auch zwischen dem Flansch
7 und dem Rohr 3 vorhanden.
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Eine Gewindespindel 16 ist an der oberen Kolbenseite 12 beispielsweise
durch eine Schweißnaht 12' befestigt, durchsetzt eine Bohrung 17 eines das obere
Gehäuseende abschließenden Deckels 18 und ragt in den Hohlraum einer am Gehäuse
4 mit Schrauben 20 befestigten Kappe 19. Die Spindel 16 hat eine sich in ihrer Längsrichtung
erstreckende Führungsnut 21, in die ein ortsfester Ansatz 22 der Kappe 19 eingreift,
so daß die Spindel 16 nur eine Längsbewegung ausführen kann. Innerhalb des Hohlraumes
der Kappe 19 ist ein oberes Rollenlager 23 und ein unteres Rollenlager 24 für ein
Schneckenrad 25 vorgesehen, das durch Zapfen 25' mit Teilen dieser Lager verbunden
ist.
Die Rollenlager 23 und 24 tragen das Schneckenrad 25 axial im Gehäuse 4, so daß
sich das Schneckenrad 25 in einer waagerechten Ebene drehen kann. Eine das Schneckenrad
25 lotrecht und axial durchsetzende Bohrung 26 hat ein Innengewinde, das mit dem
Gewinde der Spindel 16 im Eingriff steht.
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Eine Schnecke 27, die im Eingriff mit dem Schneckenrad 25 von einem
an der Kappe 19 befestigten Lager 28 (F i g. 3) gehalten wird, ist wahlweise in
entgegengesetzten Richtungen von einem auf einer Konsole 29' abgesetzten, umkehrbaren
Motor 29 antreibbar, um den Kolben 11 zwischen einer oberen Stellung 30 (Fig. 2)
und einer unteren Stellung 31 (F i g. 1) zu bewegen. Ein später beschriebener Drehmomentschalter
32 liegt zwischen Motor 29 und Schnecke 27, um den Motor 29 bei einer Drehmomentüberlastung
abzuschalten.
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Eine Hülse 33, deren oberes Ende durch eine Schutzkappe36 abgedeckt
ist und deren unteres Ende einen mittels Schrauben 35 an der Kappel9 befestigten
Ringflansch 34 aufweist, dient zur Aufnahme der Spindel 16, wenn sich der Kolben
11 nach oben in seine obere Stellung 30 bewegt.
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An der Hülse 33 sind in einem Abstand voneinander Schalter 37 und
38 befestigt. Der Schalter 38 ist nahe der oberen Bewegungsgrenze des oberen Endes
39 von Hubspindel 16 angeordnet, und der Schalter 37 ist nahe der unteren Stellung
angeordnet, die das Spindelende 39 einnehmen kann. Jeder Schalter 37 und 38 ist
ein mit Federrückführung ausgestatteter Zweipolschalter, dessen Schaltarm40 in die
Hülse 33 ragt und von der Hubspindell6 geschaltet wird, so daß bei der Vorbeibewegung
des Spindelendes 39 der betreffende Schalter geschaltet wird. Zweck und Arbeitsweise
der Schalter 37 und 38 werden später beschrieben.
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Eine Fühllamelle 41, die an ihrer Wurzel bzw. an ihrem oberen Endabschnitt
42 mit der Kolbenunterseite 13 fest verbunden ist oder mit dem Kolben aus einem
Stück besteht, erstreckt sich von der Kolbenunterseite nach unten in Axialrichtung
des Gehäuses 4. Befindet sich der Kolben 11 in seiner unteren Stellung 31, dann
ragt die Lamelle 41 durch das untere Gehäuseende 6 hindurch und taucht in das Abwasser
2 (F i g. 1) ein. Befindet sich der Kolben 11 in seiner oberen Stellung 30, dann
ist die Lamelle 41 aus dem Abwasser 2 herausgezogen und liegt vollständig im Gehäuse
4 (F i g. 2).
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Ein vorzugsweise aus elastischem Material bestehendes Abstreifkissen
43, das von einem die Lamelle 41 gleitend aufnehmenden Schlitz 44 durchsetzt wird,
hat in dem dargestellten Beispiel Lippen 45, die elastisch an der Lamelle 41 anliegen.
Das Abstreifkissen 43 hat an seinem äußeren Umfang eine Ringnut 46, in die die innere
Kante 49 der Bohrung 48 einer am Gehäuseende 6 befestigten Halteplatte 47 eingreift.
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Auf Grund der Ringnut 46 ist jedoch eine Drehung des Abstreifkissens
43 zu einem später beschriebenen Zweck möglich. Bei der durch Anheben des Kolbens
11 erfolgenden Aufwärtsbewegung der Lamelle 41 in die obere Stellung 30 streifen
die Lippen 45 an der Fläche 50 der Lamelle 41 entlang und reinigen die Lamelle 41
von Rückständen 2', die dann in das Abwasser 2 zurückfallen und mit dem Strom abgeführt
werden (F i g. 2).
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Zum Messen des Flüssigkeitsstroms arbeitet die Lamelle 41 nach dem
Gegendruckprinzip. Zu diesem
Zweck sind zweckdienliche Druckmesser oder Meßwertumformer,
beispielsweise zwei wasserdicht eingeschlossene Dehnungsmesser 51, am oberen Endabschnitt
42 nahe dem Kolben 11 befestigt, so daß der Flüssigkeitsstrom in Abhängigkeit von
der Belastung oder der Beanspruchung der Lamelle 41 gemessen wird (F i g. 7). Es
können aber auch andere Druckmesser mit gleichem Vorteil verwendet werden. Die Druckmesser
51 bestehen aus einem sehr feinen Draht 52, der in Form eines Gitters 53 angeordnet
ist, das sich in Längsrichtung der Lamelle 41 erstreckt.
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Eine Längenänderung des Gitters 53, die durch eine geringe Streckung
der Oberfläche der Lamelle 41 auf Grund einer elastischen Biegung hervorgerufen
wird, erzeugt eine proportionale Anderung des im Draht vorhandenen elektrischen
Widerstandes, der überwacht und zum Anzeigen des Flüssigkeitsstromes benutzt wird,
wie dies später noch beschrieben wird.
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Der Druckmesser 51 ist über ein abgeschirmtes Kabel 54 mit einer Anzeige-,
Oberwachungs- und Aufzeichnungsvorrichtung 55 bekannter Bauart verbunden.
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Zum Eichen des Strömungsmessers 1 ist die Lamelle 41 (F i g. 1 und
2) mit einer Steigung oder mit einem Drall versehen. Fließt Abwasser 2 gegen die
Lamelle 41, dann entsteht ein Drehmoment, das das Produkt aus dem Strömungsdruck
des auf die Lamelle 41 auftreffenden Abwassers 2 und der wirksamen Länge der Lamelle
41 ist. Beim Steigen des Abwasserspiegels wird die wirksame Länge des von der Lamelle
gebildeten Momentarms kleiner, und zwar entsprechend der Änderung im Spiegel des
Abwassers 2. Das Drallprofil der Lamelle 41 kompensiert daher die durch Unterschiede
in der Abwassertiefe verursachte Änderung der wirksamen Länge des Momentarms, um
einen Meßwert anzuzeigen, der direkt proportional der Strömungsgeschwindigkeit ist.
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Das Ausmaß der Steigung oder des Dralls muß dem Querschnittsprofil
des Rohres angepaßt werden, um ein Moment zu erhalten, das proportional der durch
das jeweilige Querschnittsprofil der Rohrleitung oder des Abwasserrohres fließenden
Strömungsmenge ist, denn die Strömungsmenge in einem zylindrischen Rohr ändert sich
mit der Rohrtiefe unterschiedlich gegenüber einem Rohr ovalen Querschnitts oder
rechteckigen Querschnitts. Das für eine bestimmte Verwendung erforderliche Lamellenprofil
wird durch empirische Verfahren oder durch mathematische Analyse erhalten. Lamellen
mit anderen Profilen, beispielsweise die in F i g. 8 dargestellte Lamelle, können
ebenfalls zum Eichen der Anlage verwendet werden. Gewünschtenfalls kann ein Teil
der Eichung, beispielsweise das Kompensieren des Rohrleitungsprofiles, elektronisch
erreicht werden, und zwar durch Verwendung einer nichtlinearen Schaltung in der
Anzeige- und Aufzeichnungsvorrichtung 55.
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Das Abstreifkissen 43 kann sich axial im Gehäuse 4 drehen, wird aber
an einer Längsbewegung im Gehäuse gehindert. Das Abstreifkissen 43 kann beim Heben
der Lamelle dem Profil der mit Drall versehenen Lamelle folgen, so daß die Lamelle
einwandfrei gereinigt wird.
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Es ist sehr erwünscht, daß der Strömungsmesser 1 möglichst wenig
Wartung und Prüfung erfordert und dennoch verläßliche und genaue Angaben über den
Abwasserstrom gibt. Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung vorhanden, die den umkehrbaren
Motor 29 so einschaltet, daß die Lamelle 41 periodisch gereinigt wird. Eine Ausführung
dieser Vorrichtung ist in
F i g. 9 dargestellt. Diese Vorrichtung
weist einen elektrischen Stromkreis mit einem Zeitschalter 57 auf, der auf eine
Arbeitsperiode von 10 Minuten bis 10 Stunden eingestellt werden kann. Für besondere
Verwendungszwecke können aber auch Zeitschalter mit kürzeren oder längeren Perioden
verwendet werden.
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Eine Stromquelle 58, z. B. Wechselstrom von 110 V, ist mit den Netzleitern
59 und 60 parallel geschaltet.
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Die Rückstellvorrichtung 61 des Zeitschalters 57 liegt zwischen den
Netzleitern 59 und 60, ist jedoch durch Schalterkontakte 62 unterbrochen. Die Kontakte
62 befinden sich im Schalter 37 und schließen sich nur, wenn sich die Lamelle 41
in der gesenkten, unteren Stellung (Fig. 1) befindet. Durch das anschließende Öffnen
der Kontakte 62 schließt die Rückstellvorrichtung 61 ihre Kontakte 63 und öffnet
ihre Kontakte 65, die ebenfalls zwischen den Netzleitern 59 und 60 liegen. Beim
nächsten Schließen der Kontakte 62 beginnt das Arbeiten des Zeitreglers 64. Nach
Ablauf der gewünschten Periode öffnen sich die Kontakte 63 und schließen sich die
Kontakte 65.
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Zwischen den Kontakten 65 und dem Netzleiter 59 liegt die Spule eines
magnetischen Relais 66. Der Stromkreis zwischen dem Relais 66 und dem Netzleiter
59 ist jedoch durch Sicherheitssperrkontakte 67 und Kontakte 68 unterbrochen, die
sich im Schalter 38 befinden und sich öffnen, wenn die Lamelle 41 auf die in F i
g. 2 dargestellte Stellung gehoben wird.
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Wird der Stromkreis über die Kontakte 65, 67 und 68 geschlossen,
dann wird das Relais 66 eingeschaltet, das die Kontakte 69 schließt, welche die
Kontakte 65 überbrücken, so daß das Relais 66 auch beim Öffnen der Kontakte 65 eingeschaltet
bleibt. Das Einschalten von Relais 66 öffnet auch die Sicherheitssperrkontakte 70
und Schließt die Kontakte 71. Die geschlossenen Kontakte 71 führen Strom der Wicklung
72 des umkehrbaren Motors 29 zu, so daß die Lamelle 41 nach oben bewegt wird. Parallel
zu den Netzleitern 59 und 60 liegt auch ein Magnetrelais 73, dessen Stromkreis jedoch
durch die in Reihe geschalteten Teile, nämlich Kontakte 74, Drehmomentschalter 32,
Sicherheitssperrkontakte 70 bzw. Kontakte 75, unterbrochen wird. Die Kontakte 74
liegen (zusammen mit den Kontakten 68) im Schalter 38 und werden geschlossen, wenn
die Lamelle 41 ihre obere Stellung (F i g. 2) erreicht. Die Kontakte 75 liegen (zusammen
mit den Kontakten 62) im Schalter 37 und werden geöffnet, wenn die Lamelle 41 ihre
untere Stellung (Fig. 1) erreicht. Beim Einschalten von Relais 73 werden die Kontakte
76 geschlossen, so daß das Relais 73 eingeschaltet bleibt, auch wenn die Kontakte
74 sich bei der Abwärtsbewegung der Spindel 16, durch die die Lamelle 41 nach unten
bewegt wird, öffnen. Das Einschalten von Relais 73 öffnet auch die Sicherheitssperrkontakte
67 und schließt die Kontakte 77. Die Kontakte 77 schalten die Motorwicklung 78 ein,
so daß sich der Motor 29 in einer Richtung dreht, in der die Lamelle 41 gesenkt
wird.
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Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung sei angenommen,
daß sich die Lamelle 41 in der gesenkten Stellung (F i g. 1) befindet. Die Kontakte
62 sind geschlossen, da die Spindel 16 außer Berührung mit dem Schalter 37 ist.
Die Kontakte 63 sind geschlossen, so daß der Zeitregler 64 eingeschaltet ist, und
die Kontakte 65 sind geöffnet. Am Ende der Zeitregelperiode werden durch den Zeitregler
64 die Kontakte 63 geöffnet, so daß der Zeitregler abgeschaltet wird und die Kontakte
65 geschlossen wer-
den. Zu Beginn der Aufwärtsbewegung der Spindel 16 wird der Schalter
37 von der Spindel 16 geschaltet, so daß die Kontakte 62 geöffnet werden, die wiederum
die Rückstellvorrichtung 61 veranlassen, nach einer bestimmten Zeit die Kontakte
63 zu schließen, um die nächste Periode vorzubereiten und die Kontakte 65 zu öffnen.
Werden beim Arbeiten des Zeitreglers 64 die Kontakte 65 geschlossen, dann wird das
Relais 66 über die Kontakte 67 und 68 eingeschaltet. Beim Einschalten von Relais
66 schließen sich die Kontakte 69, um die Kontakte 65 zu überbrücken und einen Haltestromkreis
zum Relais 66 herzustellen. Durch das Einschalten von Relais 66 werden auch die
Kontakte 70 geöffnet, die ein unbeabsichtigtes Einschalten der Hubwicklungen 72
gleichzeitig mit den Senkwicklungen 78 verhüten. Das Einschalten von Relais 66 schließt
außerdem die Kontakte 71, die veranlassen, daß der umkehrbare Motor 29 die Lamelle
41 hebt. Erreicht die Lamelle 41 ihre obere Stellung (Fig.2), dann werden die im
Schalter 38 vorhandenen Kontakte 68 geöffnet, so daß das Relais 66 abgeschaltet
wird. Das Relais 66 öffnet die Kontakte71, so daß der Motor 29 stillgesetzt wird,
und schließt die Sicherheitssperrkontakte 70. Erreicht die Lamelle 41 ihre obere
Stellung, dann werden die Kontakte 74 geschlossen, jedoch wird das Relais 73 erst
dann eingeschaltet, wenn die Kontakte 70 geschlossen worden sind. Das Schließen
der Kontakte 70 und das Schließen der Kontakte 74 erfolgt fast gleichzeitig, so
daß also, sobald die Lamelle 41 ihre vollständig gehobene Stellung (F i g. 2) erreicht
hat, automatisch das Senken der Lamelle 41 beginnt.
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Das Schließen der im Schalter 38 vorhandenen Kontakte 74 schaltet
auf diese Weise das Relais 73 ein, das die Kontakte 76 schließt, so daß das Relais
73 eingeschaltet bleibt, auch wenn die Kontakte 74 sich zu Beginn der Abwärtsbewegung
der Lamelle 41 anschließend öffnen. Der Drehmomentschalter 32 bleibt ständig geschlossen,
sofern nicht die Lamelle 41 einen Gegenstand streift oder die Anlage anderweitig
so schlecht arbeitet, daß eine außergewöhnlich hohe Drehmomentbelastung auf den
Motor 29 übertragen wird. In diesem Fall wird der Drehmomentschalter 32 geöffnet,
wodurch die gesamte Programmierungsanlage stillgesetzt wird, bis eine Prüfung und
Richtigstellung erfolgt ist. Erreicht die Lamelle 41 ihre untere Stellung, dann
werden die im Schalter 37 vorhandenen Kontakte 75 geöffnet, wodurch der Motor 29
stillgesetzt wird. Gleichzeitig mit dem Öffnen der Kontakte 75 erfolgt das Schließen
der ebenfalls im Schalter 37 vorhandenen Kontakte 62, so daß der Zeitschalter 57,
der vorher zurückgestellt worden war, wieder mit der Schaltung des Zeitreglers beginnt.
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Während der Regelperiode bleibt die Lamelle 41 in ihrer gesenkten
Stellung, um den Abwasserstrom 2 im Abwasserrohr 3 zu messen.
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Die beschriebene Ausführung des Strömungsmessers 1 schafft eine Vorrichtung,
die eine glatte Strömung und eine wirbelnde Strömung genau messen kann und die den
in der einen oder in der anderen Richtung fließenden Strom prüft. Im Strömungsmesser
entsteht eine nur geringe Verlusthöhe. Je nach der jeweiligen Art und Empfindlichkeit
der Druckmessung kann jeder Empfindlichkeitsgrad erhalten werden.
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Der beschriebene Strömungsmesser ist bei seiner Verwendung mit einem
Abwasser enthaltenden, geschlossenen Abwasserrohr dargestellt. Die Vorrichtung
kann
jedoch auch zum Messen von durch offene Kanäle od. dgl. fließenden Strömen und zum
Messen anderer Stoffe, die keine Abwässer sind, verwendet werden.