DE1573499C3 - Vorrichtung zur Messung der Wand schubspannung eines stromenden Mediums - Google Patents

Description

beiden Stellen la und Ib gelagert. An jeder Lagerstelle sind an der Platte 1 gemäß F i g. 2 zwei Stege 2 angebaut, die unten eine Schneide besitzen. Diese Schneiden der beiden Stege liegen auf Gegenlagern, die an einem U-förmigen Bügel 3 angebracht sind. Der Bügel 3 besitzt oben zwei seitliche Auskragungen 3 a und 3b, von denen jede an der unteren Fläche eine Lagerung für die Schneiden der beiden Stege 4 besitzt. Die Stege 4 sind unten an der Grundplatte 5 befestigt. Vor der beweglichen Platte 1 liegt gemäß F i g. 1 die fest mit der Grundplatte 5 verbundene Deckplatte 6 und hinter der beweglichen Platte die Deckplatte 7. Zwischen der beweglichen Platte 1 und den Abdeckplatten 6 und 7 ist etwas Spiel, damit sich die Platte 1 bewegen kann.

Gemäß F i g. 2 liegen links und rechts von der beweglichen Platte, ebenfalls mit der Grundplatte fest verbunden, die Deckplatten 8 und 9. Zwischen der beweglichen Platte 1 und den beiden Deckplatten 8, und 9 ist ebenfalls etwas Spiel. Gemäß F i g. 1 ist vorn an der beweglichen Platte 1 ein fadenförmiges Übertragungselement 10 befestigt, das über die Umlenkrolle 11 nach hinten zur Umlenkrolle 12 und von dort nach oben geführt wird. Vom Ende der beweglichen Platte 1 wird ein weiteres fadenförmiges Übertragungselement 10 über die Umlenkrolle 14 nach oben geführt. Zu diesem Zweck ist die Deckplatte 7 mit zwei Rohren 15 und 16 versehen, durch die die fadenförmigen Übertragungselemente 10 nach oben führen. Gemäß F i g. 1 wird jedes fadenförmige Übertragungselement 10 am Hebelarm einer Waage 17 befestigt, wobei die Waage 17 zweckmäßig mit einem horizontalen Zeiger 18 versehen wird, der vor einer Skala 18 a spielen kann. Wirkt nun auf die Platte 1 eine Kraft in horizontaler Richtung (s. Richtungspfeil), so schlägt der Zeiger 18 aus. Durch Auflegen von Gewichten bei 17 a wird der Zeiger 18 wieder in die Ausgangsstellung gebracht. Die aufgelegten Gewichte sind dann ein Maß für die Kraft, also auch für die Wandschubspannung an der beweglichen Platte 1.

Werden z. B. eine fotoelektrische Steuerung und zur Aufzeichnung der Meßergebnisse ein Registriergerät verwendet, so ist die Funktion folgende: Der gemäß F i g. 2 von der Lichtquelle 21 zur Fotozelle 22 gehende Lichtstrahl wird durch die Blende 19 des Steuerhebels 20 bei der Bewegung der Platte 1 beeinflußt. Hierdurch wird über die Fotozelle der Motor 23 gesteuert, der über eine Spindel 24 mit Spindelmutter 25 die Zugfeder 26 verlängern oder verkürzen kann, bis die an der Platte 1 wirkende Kraft kompensiert ist und die Blende wieder ihre ursprüngliche Lage einnimmt. Die Verlängerung der Feder 26 ist ein Maß für die Schubspannung und kann gemäß F i g. 1 auf einer Schreibtrommel 27 registriert werden.

Es bedeutet:

1 Bewegliche Platten

la, Ib Lagerstellen der beweglichen Platte 1

2 Stege, an der Platte 1 fest angebaut

3 U-förmiger Bügel mit den beiden Auskragungen 3 a und 3b

55

60

4 Stege, an der Grundplatte 5 fest angebaut

5 Grundplatte des Gerätes

6 Vordere Deckplatte

7 Hintere Deckplatte

8 Seitliche Deckplatte

9 Seitliche Deckplatte

10 Seil oder Faden, vorn an der Platte 1 angebracht

11 Umlenkrolle zu 10

12 Umlenkrolle zu 10

13 Seil oder Faden, hinten an der Platte 1 angebracht

14 Umlenkrolle zu 13

15 Rohr für die Durchführung des Seiles oder Fadens 10

16 Rohr für die Durchführung des Seiles oder Fadens 10

17 Waage

17 a Belastungsgewicht

18 Zeiger am Waagebalken

18 α Skala für Zeiger 18

19 Blende für fotoelektrische Steuerung

20 Zeiger am Waagebalken

21 Lampe mit gerichtetem Lichtstrahl

22 Fotozelle

23 Verstellmotor

24 Spindel

25 Spindelmutter

26 Feder

27 Schreibtrommel

Literaturangaben

1. Engels, H.

Versuche über den Reibungswiderstand zwischen strömendem Wasser und Bettsohle, Zeitschrift für Bauwesen (1912).

2. Ludwig, H.

Ein Gerät zur Messung der Wandschubspannung turbulenter Reibungsschichten, Ing.-Archiv 18 (1949) S. 207 bis 218.

3. Kempf,

Neue Ergebnisse der Widerstandsforschung Werft-Reederei-Hafen (1929), Heft 11.

4. Strauss

K problematike priameno merania tangencialnych sil posobiacich na styku prudiacej kvapaliny a perneho prostredia Vodohospodärsky Casopis (1962).

5. Wuest

Messung der Wanschubspannung in strömenden Medien, ATM Sept. 62/V 135-1/S. 197 ff.

6. Hwang, Li-San; Laursen

Shear measurement technique for rough surflaces, Proc. ASCE Hy 2, Vol. 89, März 1963.

7. Schultz-Grunow

Der hydraulische Reibungswiderstand von Platten mit mäßig rauher Oberfläche, insbesondere von Schiffsoberflächen. Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft (1938) Band 39, S. 176 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Vorhandensein großer Reibungskräfte im Vergleich Patentansprüche: zur zu messenden tangentialen Schubkraft. Ferner sind Geräte zur indirekten Messung der

1. Vorrichtung zur Messung der Wandschub- Wandschubspannung bekannt, z. B. mittels Stau- und spannung eines strömenden Mediums mittels be- 5 Pitotrohren, die in der Nähe der Wand angebracht weglicher, tangential angeströmter Platten und werden müssen, und außerdem Meßgeräte zur Meseiner Waage, dadurch gekenn zeich- sung der Wandschubspannung nach thermischen net, daß jede bewegliche Platte (1) mittels zweier Verfahren, bei denen z. B. der Wärmeübergang von Doppelpendel gelagert ist, daß jedes Doppelpendel einem in die Wand eingebauten Körper in das vorbeiaus zwei als ein U-förmiger Bügel (3) ausge- io strömende Medium gemessen wird und ein Maß für bildete Pendel besteht und zur Übertragung der die Schubspannung ist. Die indirekten Meßverfahren vom strömenden Medium hervorgerufenen Be- sind zwar nicht so aufwendig, es muß jedoch vorher eine wegung der Platte (1) mechanische fadenförmige Eichung mittels eines Meßgerätes nach dem direkten Übertragungselemente (10) vorgesehen sind und Meßverfahren durchgeführt werden, wobei sich dann daß zur Übertragung der schubspannungsabhängi- 15 selbstverständlich Nachteile der oben angeführten gen Auslenkung die Übertragungselemente (10) Meßmethoden auswirken. Die Nachteile der indirekten über Umlenkrollen (11 bis 14) mit einer Waage (17) Meßverfahren sind eine unbefriedigende Meßgenauiggekoppelt sind. keit, ferner auch ihre Störanfälligkeit und die notwen-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- dige Eichung mit Meßgeräten zur direkten Messung, kennzeichnet, daß die Waage (17) mit an siel* be- 20 Die Erfindung bezweckt, die vorhandenen Mängel kannten Mitteln für einen automatischen Lastaus- zu beseitigen und genaue Meßergebnisse zu erreichen, gleich und eine direkte Anzeige und/oder Auf- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein transzeichnung des Meßergebnisses versehen ist. portables Meßgerät zu schaffen, das nicht sehr

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- kostenaufwendig ist, in jede Versuchsanlageeingebracht kennzeichnet, daß zum automatischen Lastaus- 25 werden kann, eine schnelle und genaue direkte Mesgleich eine fotoelektrische Steuerung mit einem eine sung der verhältnismäßig kleinen Wandschubspanden Lichtstrahl zwischen Lichtquelle (21) und nung bzw. der Rauhigkeit der Oberflächen gestattet, Fotoquelle (22) beeinflussenden Blende (19) auf- gegen Druckschwankungen stabil ist und zugleich weisenden, mit dem Übertragungselement gekop- als Vergleichsgerät für die Eichung von Geräten zur pelten Steuerhebel (20) vorgesehen ist. 30 indirekten Messung der Wandschubspannung geeignet

ist, wobei die gemessene Kraft bei jeder Strömungsgeschwindigkeit direkt gleich der angreifenden Schub-

kraft ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß die in die Oberfläche 35 eines transportablen Kastens eingebaute bewegliche

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur direkten Platte oder mehrere Platten durch zwei unterhalb jeder Messung der Wandschubspannung eines strömenden Platte angeordnete Doppelpendellagerungen so emp-Mediums mittels beweglicher, tangential angeströmter findlich gelagert sind, daß sie bei einem über die beweg-Platten und einer Waage in der Form, daß jede be- liehen Platten strömenden Medium, z. B. Wasser oder wegliche Platte mittels zweier Doppelpendel gelagert 40 Luft, sich sofort aus ihrer Ruhelage innerhalb des ist, daß jedes Doppelpendel aus zwei als ein U-förmiger gegebenen Spiels in Strömungsrichtung bewegen. Hier-Bügel ausgebildete Pendel besteht und zur Übertra- bei ist jede Platte durch unterhalb der Platte angegung der vom strömenden Medium hervorgerufenen brachte, über Umlenkrollen geführte fadenförmige Bewegung der Paltte mechanische fadenförmige Über- Übertragungselemente mit einer außerhalb des strötragungselemente vorgesehen sind und daß zur Über- 45 menden Mediums befindlichen Waage verbunden, dertragung der schubspannungsabhängigen Auslenkung art, daß durch Belastung der Waage, welche von Hand die Übertragungselemente über Umlenkrollen mit einer oder mechanisch erfolgen kann, die bewegliche Platte Waage gekoppelt sind. Durch die Anordnung der wieder in ihre Ruhelage zurückgezogen wird und somit Doppelpendel ist die innere Reibung der Vorrichtung die an der Waage wirkende Kraft gleich der an der sehr klein und gegen Druckschwankungen stabil, 50 beweglichen Platte durch das strömende Medium wodurch eine exakte Messung der Wandschubspan- hervorgerufenen Schubkraft ist.
nung ermöglicht wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die

Es sind bereits Geräte zur direkten Messung der Waage mit an sich bekannten Mitteln für einen auto-Wandschubspannung bekannt. Bei der direkten Mes- manschen Lastausgleich und eine direkte Anzeige sung werden bewegliche Platten verwendet, die in Aus- 55 und/oder Aufzeichnung des Meßergebnisses versehen, sparungen in der Wand eingebaut werden und z. B. an Vorteilhaft dient zum automatischen Lastausgleich

Bronzefedern aufgehängt oder an drei Punkten, z. B. eine fotoelektrische Steuerung mit einem einedenLichtauf drei Kugeln, gelagert werden. Das vorbeiströmende strahl zwischen Lichtquelle und Fotozelle beeinflussen-Medium übt dabei eine Schubkraft auf diese Platten den Blende aufweisenden, mit dem Übertragungsaus. Die auftretenden Tangentialkräfte sind klein. 60 element gekoppelten Steuerhebel.
Es können aber auch Druckschwankungen auftreten An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung

und starke Vertikalkräfte auf die Platten wirken. Bei nachfolgend näher erläutert.
Druckschwankungen werden die als Aufhängung der Es zeigt

Platten verwendeten Bronzebänder leicht geknickt. F i g. 1 die Vorderansicht einer Vorrichtung gemäß

Die Nachteile der bisher bekannten Meßgeräte sind 65 der Erfindung,

ihr notwendiger ortsfester Einbau, ihre großen Ab- F i g. 2 die zugehörige Seitenansicht, teilweise im

messungen, ihre sehr hohen Herstellungskosten, ihre Schnitt.
Störanfälligkeit bei Druckschwankungen und das Die bewegliche Platte 1 ist gemäß F i g. 1 an den