DE2008662C3

DE2008662C3 - Geschwindigkeits-Meßvorrichtung

Info

Publication number: DE2008662C3
Application number: DE19702008662
Authority: DE
Inventors: Hans 2000 Hamburg Hoppe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-02-25
Filing date: 1970-02-25
Publication date: 1974-05-09
Also published as: DE2008662A1; DE2008662B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Geschwindigkeits-Meßvorrichtung für Schiffe, mit einem im Schiffsinneren verlaufenden Meßkanal, dessen Ein- und Auslässe im Bereich der Schiffsaußenhaut angeordnet sind, und einer im Zuge des Meßkanals liegenden Meßsonde, die die Geschwindigkeit des den Kanal durchströmenden Wasserfadens ermittelt.

Bei einer bekannten Meßvorrichtung dieser Art (deutsche Patentschrift 185 062), bei der als Meßsonde ein Flügelrad vorgesehen und der Meßkanal-Einlaß etwa mittschiffs an der Schiffsseitenwand bündig mit der Schiffsaußenhaut angeordnet ist, ist der den Meßkanal durchströmende Wasserfaden merklich teilweise nichteichbaren Störeinflüssen ausgesetzt, so daß er die Geschwindigkeit der ungestörten Wasserströmung nicht eindeutig wiedergibt. Bei diesem bekannten Gerät treten daher erhebliche Meßfehler auf.

Ferner ist es bei Stevenlogen mit stehender Wassersäule bekannt (deutsche Patentschrift 757 481). Druckabnehmer für den Staudruck im Bugbereich des Schiffes anzuordnen und die Eintrittsebene senkrecht zur ungestörten Wasserströmung einzustellen. Dabei baut sich vor dem Meßkanal-Einlaß jedoch ein Stauhügel auf, der die freie, ungestörte Wasserströmung vom Meßkanal-Einlaß ablenkt und sich nachteilig auf die Meßgenauigkeit auswirkt.

Durch die Erfindung soll eine Meßvorrichtung der eingangs erwähnten Art derart verbessert werden, daß der den Meßkanal durchsetzende Stromfaden die Schiffsgeschwindigkeit möglichst genau und unbeeinflußt von Störeinflüssen wiedergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meßvorrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die wasserdurchströmte, im Bugbereich gelegene Eintrittsebene des Meßkanal-Einlasses senkrecht zur Anströmrichtung der ungestörten Wasserströmung angeordnet ist.

strömter Meßkanal-Eintrittsebene einerseits und deren senkrechter Anstellung zur Anströmrichtung der ungestörten Wasserströmung im Bugbereich des Schiffes andererseits wird die freie Strömung ungehindert und ohne Störeinflüsse in den Meßkanal hineingeführt, da im Bereich des Meßkanal-Einlasses weder ein Stauhügel noch andere Störwirkungen, etwa durch eine Reibungs- oder Verdrängungsströmung oder einen die Meßgenauigkeit störenden Bewuchs der Schiffsaußenhaut, vorhanden sind. Somit läßt sich die Schiffsgeschwindigkeit mit dem erfindungsgemäßen Gerät mit hoher Genauigkeit in sicherer, gefahrloser Weise ermitteln.

Im Hinblick auf eine möglichst verlustarme Führung des Wasserfadens verläuft der Meßkanal vorzugsweise mit einem geringen Umlenkwiderstand im wesentlichen in Schiffslängsrichtung und ist ferner mit einer glatten Innenwandung versehen.

Die Anordnung des Meßkanal-Einlasses im Bugbereich des Schiffes kann auf verschiedene Weise erfolgen: Bei einem Schiff mit senkrecht zur Wasserlinie verlaufendem Vorsteven empfiehlt es sich, den Meßkanal-Einlaß in Schiffsmitte am Vorsteven auszubilden, und bei einem Vorsteven mit tiefliegendem Bugwulst ist der Meßkanal-Einlaß vorzugsweise auf der Kuppe des Bugwulstes ausgebildet, während er bei einem Vorsteven mit hochliegendem Bugwulst in einem in Schiffsmitte unterhalb des Bugwulstes angeordneten Vorbau ausgebildet ist. Bei einem schräg zur Wasserlinie verlaufenden Vorsteven ist der Meßkanal-Einlaß vorzugsweise ebenfalls in einem in Schiffsmitte angeordneten Vorbau ausgebildet.

Andererseits ist es möglich, im Bugbereich symmetrisch zur Schiffsmitte an Steuerbord bzw. Backbord in einen Meßkanal-Einlaß in der Einlauföffnung eines auf der Schiffsaußenhaut befestigten, nach vorn offenen oder teilweise verschlossenen Halbtrichters auszubilden, wodurch sich trotz Anordnung des Meßkanal-Einlasses seitlich vom Vorsteven Störeinflüsse der in diesem Bereich bereits vorhandenen, wenn auch noch nicht übermäßig stark ausgeprägten Reibungs- und Verdrängungsströmung ausschalten lassen.

Im Hinblick auf eine baulich besonders einfache Ausbildung ist der Meßkanal-Einlaß zweckmäßigerweise in einem aus der Schiffsaußenhaut herausragenden Abschnitt des Meßkanals ausgebildet.

Vorzugsweise verläuft der Meßkanal bei maximalem Trimmwinkel des Schiffes nach achtern ansteigend, um den Meßkanal von die Messung störenden
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freizuhalten.

Der Meßkanal-Auslaß kann im Schiffsboden ausgebildet sein, ist jedoch vorzugsweise an Steuerbord und/oder Backbord angeordnet. Zweckmäßigerweise schließt der Meßkanal-Auslaß bündig mit der Schiffsaußenhaut ab und/oder ist vor oder im Bereich des Auslasses ein unterdruckerzeugender Vorbau angeordnet; infolge des am Meßkanal-Auslaß erzeugten Unterdrucks ergibt sich eine vergleichsweise größere Strömungsgeschwindigkeit im Meßkanal, wodurch die Ansprechempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung in einfacher Weise erhöht wird.

Um ein einfaches Auswechseln der Meßsonde zu ermöglichen, ist die Meßsonde zweckmäßigerweise im Meßkanal herausnehmbar angeordnet und der Meßkanal ist beidseitig der Meßsonde durch Schieber verschließbar.

In besonders bevorzugter Weise
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ein elektromagnetischer Meßwertgeber vorgesehen; während die Messung der Schiffsgeschwindigkeit bei Verwendung üblicher elektromagnetischer Meßsonden, die einen an der Schiffsseitenwand angeordneten, punktförmigen Sender enthalten, durch eine Reihe von im Bereich des Senders vorhandenen Störwirkungen, insbesondere durch die Reibungs- und Verdrängungsströmung, den in diesem Bereich vorhandenen Bewuchs der Schiffsaußenhaut sowie weitere, durch den Seegang oder die Schiffslage bedingte Einflüsse, verfälscht wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Gerät bei Verwendung einer im Zuge des Meßkanals angeordneten elektromagnetischen Meßsonde eine hochgenaue Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe einer unmittelbaren Umwandlung der im Meßkanal vorhandenen, von Störwirkungen unbeeinflußten Strömungsgeschwindigkeit in ein elektrisches Meßsignal. Wahlweise kann die Meßsonde ein im Meßkanal liegendes Venturi-Rohr, Pitot-Rohr, Staublech, Flügelrad, Prandtl-Rohr oder eine Schwenkklappe enthalten oder als Ultraschallsonde ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Meßvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Meßwertgebers,

Fig. 3 eine Seitenansicht der im Meßkanal eingebauten Meßsonde,

Fig. 4 Längsschnitte und Vorderansichten der Meßkanal-Einlässe bei verschiedenen Stevenformen,

Fig. 5 Querschnitte des Schiffskörpers zur Darstellung der verschiedenen Ausführungsformen der Meßkanal-Auslässe, wobei der Schiffskörper schraffiert und der Meßkanal-Einlaß am Vorsteven ausgebildet ist,

Fig. 6 einen Teilschnitt zur Darstellung besonderer Ausführungsformen der Meßkanal-Auslässe und

Fig. 7 zwei Querschnitte zur vergrößerten Darstellung der Meßkanal-Einlässe für den Fall, daß diese nicht am Vorsteven ausgebildet sind.

Gemäß Fig. 1 erstreckt sich in einem Schiffskörper 1 vom Bug bis etwa zur Schiffsmitte ein mit einem Einlaß 2 und einem Auslaß 3 versehener Meßkanal 4. Im Meßkanal 4 ist eine Meßsonde 5 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit im Kanal 4 angeordnet.

Fig. 2 und 3 zeigen eine elektromagnetische Meßsonde 5, die im Zuge des in Richtung 6 durchströmten Meßkanals 4 angeordnet ist. Das Joch 7 eines Elektromagneten, dessen Wicklung 8 an einen Generator 9 angeschlossen ist, umgreift mit seinen Polschuhen einen Meßkanal-Abschnitt 4a, der aus einem von einem magnetischen Feld durchsetzbaren Material, beispielsweise Kunststoff, Kupfer, Bronze oder dergleichen, hergestellt ist, so daß er in senkrechter Richtung von einem kräftigen Magnetfeld durchströmt wird. Senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes und zur Strömungsrichtung liegt ein Elektrodenpaar 10, 11, zwischen dem an einer weiteren Elektrode 12 das Nullpotential abgegriffen wird. Die Elektroden 10 und 11 sind mit zwei in Reihe geschalteten Brückenwiderständen 13 und 14 verbunden, zwischen die die Elektrode 12 über einen Vorwiderstand 15 und eine Stromquelle 16 angeschlossen ist. Die mit Hilfe der Stromquelle 16 und des Vorwiderstands 15 erzeugte

Vergleichsspannung entspricht der etwa in der Mitte des Meßbereichs zwischen den Elektroden 10 und 11 vorhandenen Spannung, so daß von den Widerständen 13, 14 ein Ausgangssignal abgegeben wird, das über dem Meßbereich symmetrisch zum Nullpunkt liegt, aber natürlich durchgehend geeicht wird. Dieses Signal wird einem Gegentakt-Transistorverstärker zugeführt, der aus den im Gegentakt geschalteten, von einer Stromquelle 19 symmetrisch gespeisten Transistoren 17 und 18 besteht und dessen Mittelpunkt an den Symmetriepunkt zwischen den Widerständen 13 und 14 angeschlossen ist. Der Verstärker kann auch mehrstufig sein. An seinen Ausgang ist das Anzeigegerät 20 angeschlossen.

Die beschriebene elektromagnetische Meßsonde hat den Vorteil, daß die Elektroden 10, 11 und 12 die Strömung innerhalb des Meßkanals 4 nicht behindern.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Meßsonde 5 im Meßkanal 4 herausnehmbar angeordnet, wobei auf jeder Seite der Meßsonde 5 im Meßkanal 4 ein Schieber 40 bzw. 41 liegt. Nach Schließen der Schieber 40 und 41 kann die Meßsonde 5 aus dem Meßkanal herausgenommen werden, ohne daß Wasser nachströmt.

Bei den in Fig. 4 gezeigten Ausführungsformen ist dafür Sorge getragen, daß im Bereich des Meßkanal-Einlasses 2 bzw. 2a, 2b Störungen durch die Grenzschicht oder durch eine Schräganströmung der Eintrittsebene vermieden werden.

Bei der in Fig. 4a, 4b gezeigten Ausführungsform erstreckt sich ein gerader Vorsteven 22 senkrecht zur Wasserlinie 23. Der Meßkanal-Einlaß 2 ist in Schiffsmitte auf dem Vorsteven 22 ausgebildet. An dieser Stelle hat sich noch keine Grenzschicht ausgebildet, und wegen der Formgebung des Stevens 22 erfolgt keine Schräganströmung, sondern die Strömung in Richtung des Pfeiles 24 kann ungestört in den Meßkanal 4 eintreten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4c, 4d ist der Vorsteven des Schiffes 1 mit einem tiefliegendem Bugwulst 25 versehen. In diesem Fall wird der Meßkanal-Einlaß 2 auf der Kuppe des Wulstes 25 angeordnet, wo noch keine Grenzschicht und keine vertikale Strömungskomponente vorhanden ist.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 4e, 4f mit hochliegendem Bugwulst 26 wird der Einlaß 2 unterhalb des Bugwulstes ausgebildet. Da aber die an dieser Stelle vorhandene Strömung nicht mehr die Richtung der ungestörten Wasserströmung 24, sondern bereits eine vertikale Strömungskomponente hat, ist der Einlaß 2 in einem Vorbau 27 ausgebildet. Mit Hilfe des Vorbaues 27 wird der Einfluß der vertikalen Strömungskomponenten ausgeschaltet.

Die Fig. 4g, 4h zeigen ein Schiff 1 mit einem Vorsteven 28, der sich schräg
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zur Richtung der ungestörten Wasserströmung 24 erstreckt. Auch in diesem Fall ist ein Vorbau 27 vorgesehen, der einen Störeinfluß der vertikalen Strömungskomponente ausschaltet.

Ist die Anbringung eines Meßkanal-Einlasses in der Mitte des Schiffes auf dem Vorsteven nicht möglich, so sind entsprechend der Ausführungsform nach den Fig. 4i, 4j an Steuerbord und Backbord je ein Einlaß 2a bzw. 2b angeordnet. Diese Einlässe sind in Halbtrichtern 29a und 29b ausgebildet. Auf diese Ausführungsform wird im Zusammenhang mit der Fig. 7 genauer eingegangen.

Da der statische Druck von einer Grenzschicht nicht beeinflußt wird, können die Meßkanal-Auslässe 3 bzw. 3a und 3b an beliebigen Stellen angeordnet werden.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5a, 5b ist der Meßkanal-Auslaß 3 im Boden des Schiffes 1 ausgebildet. Nach Fig. 5c ist der Meßkanal-Auslaß 3 an Backbord ausgebildet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5d teilt sich der Meßkanal 4 in zwei Zweige 4b und 4c, die zu den Auslässen 3a und 3b führen.

Die Anordnung nach Fig. 5e entspricht der Anordnung nach Fig. 5d, mit der Ausnahme, daß vom Bug aus gesehen vor den Auslässen 3a und 3b Vorbauten 30a und 30b an der Außenhaut des Schiffskörpers 1 befestigt sind. Mittels dieser Vorbauten 30a, 30b wird im Bereich der Auslässe 3a, 3b ein Unterdruck erzeugt, der die Druckdifferenz zwischen dem Einlaß 2 und den Auslässen 3a und 3b vergrößert, so daß die Strömungsgeschwindigkeit im Meßkanal 4 zunimmt.

Fig. 6 dient der genaueren Darstellung der Lage des Auslasses 3 auf die Außenhaut 31 des Schiffskörpers 1. Ebenso wie gemäß Fig. 5a bis 5e schließt der Auslaß 3 gemäß Fig. 6a bündig mit der Außenhaut 31 ab. An Stelle der in Fig. 5e gezeigten Vorbauten 30a und 30b ist der Meßkanal 4 gemäß Fig. 6b mit einem Abschnitt 4g zum Erzeugen eines Unterdruckes aus der Außenhaut 31 herausgeführt, so daß der Auslaß 3, wie Fig. 6b zeigt, einen Winkel mit der Ebene der Außenhaut einschließt. Dadurch wird am Auslaß 3 wiederum ein die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Kanals erhöhender Unterdruck erzeugt.

Claims

1. Geschwindigkeits-Meßvorrichtung für Schiffe, mit einem im Schiffsinneren verlaufenden Meßkanal, dessen Ein- und Auslässe im Bereich der Schiffsaußenhaut angeordnet sind, und einer im Zuge des Meßkanals liegenden Meßsonde, die die Geschwindigkeit des den Kanal durchströmenden Wasserfadens ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchströmte, im Bugbereich gelegene Eintrittsebene des Meßkanal-Einlasses (2, 2a, 2b) senkrecht zur Anströmrichtung der ungestörten Wasserströmung angeordnet ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (4) mit einem geringen Umlenkwiderstand im wesentlichen in Schiffslängsrichtung verläuft.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (4) eine glatte Innenwandung aufweist.

4. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schiff (1) mit senkrecht zur Wasserlinie (23) verlaufendem Vorsteven (22) der Meßkanal-Einlaß (2) in Schiffsmitte am Vorsteven ausgebildet ist (Fig. 4a, 4b).

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vorsteven mit tiefliegendem Bugwulst (25) der Meßkanal-Einlaß (2) auf der Kuppe des Bugwulstes ausgebildet ist (Fig. 4c, 4d).

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Vorsteven mit hochliegendem Bugwulst (26) der Meßkanal-Einlaß (2) in einem in Schiffsmitte unterhalb des Bugwulstes angeordneten Vorbau (27) ausgebildet ist (Fig. 4e, 4f).

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem schräg zur Wasserlinie (23) verlaufenden Vorsteven der Meßkanal-Einlaß (2) in einem in Schiffsmitte angeordneten Vorbau (27) ausgebildet ist (Fig. 4g, 4h).

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bugbereich symmetrisch zur Schiffsmitte an Steuerbord bzw. Backbord je ein Meßkanal-Einlaß (2a, 2b) in der Einlauföffnung eines auf der Schiffsaußenhaut (31) befestigten, nach vorn offenen oder teilweise verschlossenen Halbtrichters (29a, 29b) ausgebildet ist (Fig. 4i, 4j, 7a).

9. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal-Einlaß (2b) in einem auf der Schiffsaußenhaut (31) herausragenden Abschnitt (4e) des Meßkanals (4) ausgebildet ist (Fig. 7b).

10. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (4) bei maximalem Trimmwinkel des Schiffes (1) nach achtern ansteigend verläuft.

11. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal-Auslaß (3, 3a, 3b)
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12. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal-Auslaß (3, 3a, 3b) bündig mit der Schiffsaußenhaut abschließt (Fig. 5a bis 5d, 6a) und/oder vor oder im Bereich des Auslasses ein unterdruckerzeugender Vorbau (4g, 30a, 30b) angeordnet ist (Fig. 5e, 6b).

13. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (5) im Meßkanal (4) herausnehmbar angeordnet und der Meßkanal (4) beidseitig der Meßsonde (5) durch Schieber (40, 41) verschließbar ist (Fig. 3).

14. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßsonde (5) ein elektromagnetischer Meßwertgeber vorgesehen ist (Fig. 2).

15. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (5) ein im Meßkanal (4) liegendes Venturi-Rohr, Pitot-Rohr, Staublech, Flügelrad, Prandtl-Rohr oder eine Schwenkklappe enthält oder als Ultraschallsonde ausgebildet ist.