DE190906C

DE190906C -

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Publication number: DE190906C
Application number: DE1906190906D
Authority: DE
Priority date: 1906-04-21
Filing date: 1906-04-21
Anticipated expiration: 1926-04-22
Also published as: FR377038A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- ΛΙ 190906 KLASSE 42 c. GRUPPE

Firma HERM. ULFERT in BERLIN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 22. April 1906 ab.

Die Strömung in einer Flüssigkeit ist bestimmt, wenn Richtung und Geschwindigkeit bekannt sind.

In den Patentschriften 159950 und 159667 sind Verfahren und Vorrichtungen angegeben, welche zur Ermittlung dieser beiden Größen dienen sollen. Es hat sich nun herausgestellt, daß die Verfahren und Vorrichtungen einer Abänderung bedürfen, um vorteilhaft verwendbar zu sein.

Das aus der Abänderung hervorgegangene Verfahren und die zur Ausführung desselben erforderlichen Vorrichtungen sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Nach dem neuen Verfahren wird Richtung und Geschwindigkeit zugleich ermittelt, indem ein zylinderförmiger Körper in die zu bestimmende Strömung getaucht und der Mantel des Zylinders während des Verweilens in der Strömung mit einer färbenden Lösung berieselt wird. Letztere hinterläßt an dem Mantel Farbspuren, welche infolge der Strömung von ihrem senkrechten Verlaufe abgelenkt werden und dadurch auf dem Mantel ein Bild erzeugen, aus dem die Richtung des Stromes unmittelbar erkannt werden kann.

Aus demselben Bild ergibt sich auch die

Geschwindigkeit. Um dieselbe festzustellen, sind aber neben der Aufnahme in dem zu beobachtenden Strome noch Vergleichsbilder notwendig, welche unter denselben Verhältnissen, wie sie bei dem zu beobachtenden Strome obwalten, bei bekannter Geschwindigkeit erzeugt worden sind.

Um das Verfahren auszuüben, ist also erstens eine Vorrichtung erforderlich, welche es ermöglicht, in dem zu untersuchenden und in dem bekannten Strome die erwähnten Bilder aufzunehmen. '

Diese Aufnahmevorrichtung ist in Fig. 1 in der Ansicht dargestellt.

α ist ein zylinderförmiger Körper, dessen Schwerpunkt genau in der Achse liegt. Er ist bei b mittels eines kardanischen Ringes aufgehängt, c ist ein Gestänge, welches keine Drehung um die Achse zulassen darf, damit die Richtungsangabe des Aufnahmeapparates nicht falsch gedeutet wird. Wird die Aufnähmevorrichtung bei einem in einem porösen Mittel vor sich gehenden Flüssigkeitsstrome, z. B. im Grundwasser verwendet, so wird sie in ein Rohr mit durchlässiger Wandung, z. B. in ein Rohrbrunnenfilter, gehängt. Für diesen Fall ist sie unten bei d verjüngt, um die in solchen Rohren vorhandenen Unebenheiten beim Hinablassen zu überwinden. Der Aufhängungsring b und die Verstärkung bei e bilden je eine Führung, indem beide dem inneren Durchmesser des Filters möglichst genau angepaßt werden und infolgedessen bewirken, daß die Achse der Aufnahmevorrichtung in die Achse des Filterrohres fällt.

Wenn es darauf ankommt, das gewonnene Bild aufzubewahren, was meistens der Fall sein wird, so wird der Zylinder mit einem abnehmbaren Überzug versehen, welcher nach erfolgter Aufnahme mit dem entstandenen Bilde abgelöst und verwahrt wird.

Der ,,zur Berieselung des Zylindermantels bestimmte Stoff wird an dem oberen Rande des Mantels bei f untergebracht. Er ist seiner Natur und Packung nach so gewählt, daß er in Lösung geht, sobald die strömende Flüssigkeit längere Zeit auf ihn oder die Packung eingewirkt hat, worauf die Berieselung des Zylindermantels ihren Anfang nimmt. Es ist vorteilhaft, den Farbstoff in Abteilungen mit gleichmäßigen Abständen rund um den Zylinder, aber in gleicher Höhe anzubringen. Es kann dies durch Benutzung von Farbpatronen oder eines ringförmigen Gefäßes mit gleichmäßig verteilten Ausflußöffnungen geschehen. Der Farbstoff kann auch strichförmig in gleichmäßigen Abständen auf den Zylindermantel selbst aufgetragen werden. Der Zylindermantel oder der Überzug desselben müssen den Farbstoff unlöslich machen, damit er bei der Berührung mit diesen festgehalten und das Bild beim Herausnehmen der Aufnahmevorrichtung nicht fortgeschlemmt wird.

Es ist nicht nötig, daß der Farbstoff eine Farbe im gewöhnlichen Sinne bildet; es kann eine beliebige lösliche chemische Substanz sein, auf welche die berieselte Zylinderoberfläche reagiert oder für welche sie empfindlich gemacht werden kann. Welcher Stoff sich am besten eignet, muß die Erfahrung lehren.

Handelt es sich um Strömungen einer Flüssigkeit, welche sich in einem porösen Mittel bewegt, z. B. des Grundwassers, so ist zur Ausübung des Verfahrens noch eine zweite Vorrichtung notwendig, um die Vergleichsbilder herzustellen. Diese Vorrichtung ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Notwendigkeit einer solchen Vorrichtung für das Verfahren ergibt sich daraus, daß der Strom für die Erzeugung des Vergleichsbildes ein gleiches poröses Mittel durchfließen muß und der Aufnahmeapparat in derselben Weise in den Vergleichsstrom eingeführt werden muß, wie es bei der zu beobachtenden Strömung geschieht.

Die in der beiliegenden Zeichnung Fig. 2 in Seitenansicht und Fig. 3 in Oberansicht in Schnitten dargestellte Vorrichtung, welche gestattet, den Strom in der erforderlichen Weise zu erzeugen und zu unterhalten, besteht in einem länglichen wasserdichten Kasten, in dem durch die durchlässigen Scheidewände g und h die Vorkammern i und k abgeteilt sind. In dem mittleren Räume des Kastens befinden sich zwei Scheidewände / und m, welche durchbrochen sind, und der Rohrfilter' n. Dieser enthält die Aufnahmevorrichtung a; der Raum um den Rohrfilter zwischen den durchlässigen Scheidewänden g und h wird mit dem durchlässigen Material, am besten aus der zu beobachtenden Erdschicht beschickt, die Vorkammern i und k bleiben leer. Nun wird der Kasten mit Wasser gefüllt. Es bilden sich dann in den Vorkammern i und k freie Wasserspiegel. Durch den festen Überlauf 0 und den der Höhe nach verstellbaren Überlauf ρ wird jeder Wasserspiegel in bestimmter Höhe erhalten. Von dem Unterschiede in der Höhe der Wasserspiegel ist die Geschwindigkeit abhängig, mit welcher sich das Wasser durch das durchlässige Material bewegt. Durch Zufluß wird der W'asservorrat in i ergänzt, so daß der Höhenunterschied der Wasserspiegel beständig ist und sich infolgedessen ein gleichmäßiger Strom entwickelt.

Da nun die Geschwindigkeit dieses Stromes nicht nur von dem Niveauunterschiede der beiden Wasserspiegel, sondern auch von der Durchlässigkeit des porösen Mittels und von dem Hindernis, welches der Aufnahmeapparat im Rohrfilter bildet, abhängig ist, so ist es notwendig, während der Aufnahme die Geschwindigkeit festzustellen. Sie wird erhalten aus der Menge des in bestimmter Zeit ablaufenden Wassers und dem durchflossenen Querschnitt nach der Formel

G =

t.q

worin G die stündliche Geschwindigkeit in Zentimetern, ν das Volumen des abgeflossenen Wassers in Kubikzentimetern, t die Zeit in Stunden und q den durchflossenen Querschnitt in Quadratzentimetern bedeuten.

Um einen gleichmäßig durchflossenen Querschnitt zu gewinnen, sind die durchbrochenen Scheidewände / und m eingefügt. Der Strom muß die freie öffnung in den Scheidewänden passieren. Die Öffnungen sind gleich groß und stehen einander gegenüber.

Diese Anordnung ist deshalb gewählt, weil der untere Teil des durchlässigen Materials keine für die Messung geeignete Strömung liefert, da sich hier die feineren Teile der Füllung niederschlagen und die Strömung hemmen; die oberen Teile sind ebenfalls für die Messung nicht geeignet, weil hier die Kapillarität mitwirkt und die Größenbestimmung der durchströmten Fläche erschwert, besonders bei feinem Sande.

Der für die Messung in Betracht kommende und auf die Aufnahmevorrichtung wirkende durchflossene Raum stellt einen Hohlkörper dar, dessen Grundflächen die Öffnungen in den durchbrochenen Scheidewänden / und m bilden.

Der Weg der Wasserteilchen zwischen den Scheidewänden ist als geradlinig anzunehmen, da jede Abweichung vom geradlinigen Wege

eine Vermehrung des Widerstandes bedingt. Solche Abweichung führt allein das Filterrohr herbei. Angenommen, die Durchlässigkeit des Filters sei größer als die des durchlässigen Materials, so werden die Wege nach dem Filterrohr zu kon\^rergieren, dafür wird im Filterrohr eine größere Geschwindigkeit entstehen, gerade wie bei dem Brunnenfilter in der natürlichen Grundwasserströmung.

ίο Hierin liegt der Grund, weshalb der Stromerzeuger mit porösem Material von derselben Durchlässigkeit beschickt werden muß, wie er sich in der Erde an der Stelle, wo die Aufnahmen gemacht werden, vorfindet; dann

wiVd das Verhalten der Aufnahmevorrichtung in dem Stromerzeuger dasselbe sein wie im Grundwasserstrome, und man ist berechtigt, aus übereinstimmenden Bildern auf übereinstimmende Geschwindigkeiten zu schließen.

Um das Niveaugefälle leicht und sicher messen zu können, werden die beiden Vorkammern i und k durch ein Rohr mit Wasserstandsglas q verbunden.

Will man die öffnungen in den durchbrochenen Wänden nicht in gleicher Höhe, sondern in der Richtung der Strömung einander gegenüberstellen, so wird der Kasten so weit geneigt, daß er mit dem Niveaugefälle übereinstimmt. Da nur kleine Niveauunterschiede in Betracht kommen, ist dies leicht ausführbar.

Um die Geschwindigkeit in einem freien, nicht durch ein poröses Mittel gehemmten Flüssigkeitsstrome, z. B. im Meere, in einem See oder Fluß zu ermitteln, bedarf es der beschriebenen Vorrichtung zur Gewinnung der Vergleichsbilder nicht. In diesem Falle lassen sich die ,Verhältnisse des Beobachtungsortes leicht und in bekannter Weise durch eine rinnenartige Vorrichtung mit geregeltem Zu- und Ablauf nachahmen; es kann aber auch die beschriebene Vorrichtung hierzu Verwendung finden, indem man das poröse Füllmaterial und den Rohrfilter herausnimmt, den Strom wie sonst einstellt und die Aufnahmevorrichtung frei in die strömende Flüssigkeit hineinhängt. Im freien Flüssigkeisstrome erfolgen auch die Beobachtungsaufnahmen ohne Anwendung eines Rohr- filters.

Claims

Patent-A N Sprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Richtung und Geschwindigkeit der Strömung in Flüssigkeiten mit Hilfe einer auf einem Körper Spuren zurücklassenden, durch die zu bestimmende Strömung aus ihrer Richtung abgelenkten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die die Aufzeichnungen bewirkende Flüssigkeit in voneinander getrennten Mengen außen an dem Mantel eines undurchlässigen, der Strömung ausgesetzten Zylinders herabrieselt - und Richtung und Geschwindigkeit der Strömung gleichzeitig angibt, indem die Richtung durch die Ablenkung der Farbspuren von der Senkrechten in an sich bekannter Weise unmittelbar und die Strömungsgeschwindigkeit nach der Größe der Ablenkung durch Vergleich mit unter gleichen Verhältnissen durch einen Strom von bekannter Geschwindigkeit erzeugten Ablenkungen bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Erzeugung des der Strömung entsprechenden Bildes, bestehend in einem Zylinder, welcher an einem die Drehung verhindernden Gestänge derartig aufgehängt ist, daß er sich selbsttätig ohne Drehung um seine Achse senkrecht einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Färbemittel außen am Z3'lmdermantel in genügender Höhe über dem unteren Ende des Zylinders vorgesehen ist.

3. Einrichtung zur Erzeugung der für die Geschwindigkeitsbestimmung im Grundwasser erforderlichen, als Vergleichsbilder dienenden Farbspuren, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit durch den Niveauunterschied vor und nach Durchgang des Wassers durch die jeweilige durchlässige Bodenart in zwei nur mit Wasser gefüllten · Vorkammern eines länglichen Kastens bestimmt wird, wobei eine gleichmäßige Geschwindigkeit in dem durchflossenen Querschnitt durch zwei in dem durchlässigen Mittel angebrachte durchbrochene Scheidewände hergestellt wird, so daß die Wasserteilchen nur durch den Rohrfilter von der Geraden abgelenkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.