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Vorrichtung zum Messen der Zustandsänderung einer
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Flüssigkeit Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der
Zustandsänderung einer im Kreislauf umgepumpten Flüssigkeit, insbesondere der Sauerstoffzehrung
eines Abwasser-Belebtschlammgemisches durch einen Meßfühler.
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Aus der DE-OS 22 40 444 ist es bekannt, zum Messen der Sauerstoffzehrung
eines Abwasser-Belebtschlammgemisches das Abwasser in Behälter zu pumpen, die sich
außerhalb der Klärbecken befinden. Diese bekannte Vorrichtung ist aufwendig im Aufbau
und erfordert ein zusätzliches Kühlen des Abwassers innerhalb der Behälter, um dieses
auf der ursprünglichen Temperatur zu halten.
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Anderenfalls würde die Messung zu falschen Ergebnissen führen. Auch
ist es erforderlich, die Leitungen und Behälter dieser Vorrichtung häufig zu reinigen,
so daß ein erheblicher Arbeitsaufwand entsteht.
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Aus einem Prospekt der Firma Edmund Bühler, Tübingen,
(AAM-1),
ist eine Vorrichtung zum Messen der Sauerstoffzehrung eines Abwasser-Belebtschlammgemisches
bekannt, bei der das Abwasser aus dem Klärbecken heraus in die Vorrichtung gepumpt
wird, die das-Abwasser in einer kreisförmig geschlossenen Leitung ständig umpumpt.
Damit bei dieser Vorrichtung das im Kreislauf befindliche Abwasser auf der ursprünglichen
Temperatur bleibt, ist ein Teil des Kreislaufes als eine gewendelte Leitung ausgeführt,
die sich in einem Behälter befindet, um von Abwasser umgeben zu sein, das die Temperatur
im Klärbecken besitzt. Diese Vorrichtung ist konstruktiv aufwendig, da eine einen
Kreislauf bildende Leitung, ein Wärmetauscher und ein Kühlbecken erforderlich sind.
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Ferner ist auch bei dieser bekannten Vorrichtung ein erheblicher Reinigungsaufwand
nötig. Auch erfordert diese Vorrichtung einen zusätzlichen Abwasserkreislauf zur
Erneuerung des im Becken befindlichen Abwassers.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache, preiswerte,
leicht zu bedienende und einen geringen Steuerungs- und Regelungsaufwand erfordernde
Vorrichtung zum Messen der Zustandsänderung einer im Kreislauf umgepumpten Flüssigkeit
zu schaffen, die eine zusätzliche Temperierung der zu messenden Flüssigkeiten nicht
erfordert und nur eines geringen Reinigungsaufwandes bedarf.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Innenhohlraum
eines Behälters ein bewegliches Verdrängungsteil einliegt, dessen Querschnitt dem
Hohlraumquerschnitt entspricht und durch das die Flüssigkeit durch eine Behälteröffnung
in den Hohlraum saugbar
als auch aus diesem verdrängbar ist, und
daß der durch eine Pumpe erzeugte Flüssigkeitskreislauf und der Meßfühler innerhalb
des Behälters liegen.
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Eine solche Vorrichtung ist einfach im Aufbau und weist geringe Außenabmessungen
auf, so daß sie leicht transportierbar und schnell an verschiedenen Stellen einsetzbar
ist. Ein zusätzlicher Aufwand zur Temperierung der im Behälter befindlichen Flüssigkeit
ist nicht erforderlich, da die Vorrichtung direkt innerhalb der zu messenden Flüssigkeit
eingesetzt werden kann, so daß der Behälter außen von dieser Flüssigkeit umspült
wird.
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Auch braucht die zu messende Flüssigkeit nicht über Pumpen und Leitungen
in den Behälter eingebracht zu werden, wodurch eine Veränderung der Flüssigkeit
durch Zerkleinerung, Verquetschen und Aufnahme schon in Leitungen befindlicher Stoffe
nicht entstehen kann. Ein Reinigen des Behälters ist nicht erforderlich, da die
Behälterinnenwandung durch die Bewegungen des Verdrängungsteiles gereinigt wird.
Auch ist diese Vorrichtung für die verschiedensten Meßverfahren und Flüssigkeiten
einsetzbar. Die einfache Konstruktion führt zu einer hohen Lebensdauer und läßt
einen elektrischen als auch hydraulischen oder pneumatischen Antrieb zu.
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Die Vorrichtung läßt nicht nur ein Messen einer bestimmten, von der
übrigen Flüssigkeit getrennten Flüssigkeitsmenge zu, sondern auch ein direktes Messen
innerhalb einer großen Flüssigkeitsmenge, wie z.B. innerhalb eines Abwasserklärbeckens.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
aufgeführt.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten
Schnitt durch eine teilweise in die Flüssigkeit eingetauchte Vorrichtung mit heruntergefahrenem
Verdrängungsteil bzw. Kolben, so daß entweder die die Vorrichtung umgebende Fliissigkeit
direkt meßbar ist oder nach dieser Stellung ein Einfahren des Verdrängungsteils
in den Behälter erfolgt, um Flüssigkeit in den Behälter zu bringen und dort abzuschließen;
Fig. 2 einen Schnitt nach Fig. 1 mit in den Behälter eingefahrenem Verdrängungsteil
und geschlossenen Behälteröffnungen; und Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch
ein zweites Ausführungsbeispiel mit eingefahrenem Verdrängungsteil und geschlossener
Behälteröffnung.
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Ein senkrecht in einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Abwasser-Belebtschlammgemisch
schwimmendes und etwas über die Hälfte eintauchendes Rohr von kreisförmigem Querschnitt
bildet mit seinem unteren Teil einen Behälter 1 und mit seinem darüber befindlichen
Teil eine Behälterverlängerung la und senkrecht darüber ein Gehäuse 24 für einen
Elektromotor 23. Das Rohr ist an beiden Stirnseiten geschlossen, wobei die untere
Stirnseite
zwei oder mehr öffnungen 3 aufweist, durch die die
Vorrichtung umgebende Flüssigkeit in den Hohlraum 4 des Behälters 1 eingesaugt werden
kann. Im zylindrischen Behälter 1 ist ein kolbenförmiges Verdrängungsteil 2 koaxial
gleitend angeordnet, das den Querschnitt des Behälterhohlraums 4 aufweist und scheibenförmig
ausgebildet ist. Der Scheibenkolben 2 ist an einer zum Rohr, Behälter und Kolben
koaxialen Kolbenstange 8 befestigt, deren Länge wenig geringer ist als Behälter
1 plus Behälterverlängerung 1a und sich im eingefahrenen Zustand in diesen beiden
Behältern befindet. Die Stange 8 ist in einer entsprechend großen Öffnung einer
Wand 20 abgedichtet geführt, die den Behälter 1 von der Behälterverlängerung 1a
trennt. Ferner weist die Stange 8 an dem in der Behälterverlängerung la einliegenden
Ende einen Scheibenkolben 22 zur Führung und zum Antrieb der Stange auf.
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Der im Gehäuse 24 befindliche Elektromotor 23 treibt über ein Getriebe
2 achsparallele senkrechte Spindeln 21 an, die sich über die Länge der Behälterverlängerung
1a durch diese achsparallel und diametral einander gegenüberliegend erstrecken und
durch Bohrungen im Kolben 22 hindurchgeführt sind, wobei diese Bohrungen entsprechende
Innengewinde für die Spindel besitzen. Durch dieses Schraubengetriebe bewegt der
Elektromotor 23 den Kolben 22 im Behälter la über dessen gesamte Länge von einer
oberen Endstellung in eine untere Endstellung und zurück. Da die Höhe bzw. Länge
des Behälters 1a etwa der Höhe bzw. Länge des Behälters 1 entspricht, befindet sich
in der oberen Stellung des Kolbens 22 der Kolben 2 in seiner oberen Stellung und
entsprechend bei
einer unteren Stellung des Kolbens 22 der Kolben
2 in seiner unteren Endstellung. Durch Betätigung des Elektromotors 23 kann hiermit
aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung der Kolben 2 nach oben bzw. in den Behälter
1 hineingefahren werden, so daß Flüssigkeit durch die Öffnungen 3 in den Behälter
1 eingesaugt wird bzw. einströmt.
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Am unteren bzw. dem Elektromotor oder zweiten Kolben 22 entgegengesetzten
Ende der Stange 8 befindet sich ein scheibenförmiges Verschlußteil 7 in einem solchen
Abstand zum Kolben 2, daß bei völlig eingefahrenem Kolben 2 die Öffnungen 3 an der
Stirnseite des Behälters 1 völlig abgedeckt und geschlossen sind. Das rechtwinklig
zur Längsachse der Stange 8 angeordnete Verschlußteil 7 bildet den oberen Teil eines
Gehäuses für einen Motor 9. Dieses Motorengehäuse ist damit am unteren Ende der
Stange 8 befestigt und ist zylindrisch und koaxial zum Behälter 1 ausgeführt, wobei
die Außenabmessungen dem Behälter 1 entsprechen.
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Der koaxial angeordnete Läufer des Motors 9 treibt über eine Welle
14 einen koaxial in der Stange 8 angeordneten Rotor 15 einer Exzenterschneckenpumpe
5 an.
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Eineim unteren Bereich nahe dem Motor 9 unterhalb des Rotors 15 in
der Stange 8 angeordnete Einlaßöffnung 12 läßt ein Ansaugen von Flüssigkeit durch
den Rotor zu, wobei der Rotor über einen koaxial in der Stange 8 angeordneten Fließweg
16 die Flüssigkeit zu einem Auslaß 13 drückt, der nahe dem Kolben 2 angeordnet ist.
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Der radiale Einlaß 12 kann auch als Auslaß und der radiale Auslaß
13 als Einlaß arbeiten.
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Die für den Fließweg 16 koaxial angeordnete Bohrung in der Stange
8 ist über deren gesamte Länge (bis auf die Pumpenkammererweiterung) gleichbleibend
im Durchmesser ausgeführt, wobei oberhalb des Auslasses 13 in dieser Bohrung ein
stangenförmiges Teil eingesteckt ist, das an seiner Unterseite einen Meßfühler 6
bildet, der in den Fließweg 16 hineinragt oder zumindest einen Teil der Wandung
bildet. Hierdurch wird ein ständiges Anströmen des Meßfühlers.6 durch die zu messende
Flüssigkeit erreicht. Auch ist eine solche Anordnung des Meßfühlers konstruktiv
einfach und erlaubt ein einfaches Auswechseln von oben, nach Abnahme des Gehäuses.
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Soll in die im Behälter 1 befindliche Flüssigkeit zusätzlich ein Gas
oder eine andere Flüssigkeit eingebracht werden, so ist in der Stange 8 achsparallel
eine Leitung 25, z.B. für Sauerstoff (z.B. durch Wasserstoffperoxid) vorgesehen,
die mit einer radialen Bohrung in den Behälter 1 mündet. An der Oberseite des Kolbens
22 kann die Sauerstoffleitung 25 mit einer nicht gezeigten flexiblen Anschlußleitung,
insbesondere einer wendelförmigen Leitung, verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich
kann aber auch eine Leitung 25' axial in achsparallelen bzw. senkrechten Tragelementen
26 angeordnet sein, von denen mindestens zwei außen an der Vorrichtung zu deren
Halt angeordnet sein können. Zwischen diesen Tragelementen 26 kann die Vorrichtung
von oben eingeschoben werden oder aber diese Tragelemente sind an der Vorrichtung
fest und dienen für eine weitere,nicht gezeigte Halterung.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Durch den Elektromotor werden
über die Spindeln 21 der
Kolben 22 und die Stange 8 zusammen mit
dem Motor 9 und der Pumpe 5 heruntergefahren, wobei der Kolben 2 die im Behälter
1 befindliche Flüssigkeit durch die Öffnungen 3 nach außen herausdrückt. Danach
ist die Stange 8 so weit wieder nach oben gefahren, bis das Gehäuse des Motors 9
die Öffnungen 3 verschließt. Das nun im Behälter 1 befindliche Wasser wird durch
die Pumpe 5 umgepumpt und dabei durch den Fühler 6 die vorbeiströmende Flüssigkeit,
insbesondere die Sauerstoffzehrung eines Abwasser-Belebtschlammgemisches gemessen.
Danach wird die im Behälter 1 befindliche Flüssigkeit durch den Kolben 2 wieder
herausgedrückt.
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Während der Bewegungen des Kolbens 2 wird die zylindrische Innenwandung
des Behälters 1 gereinigt. Der Kolben 2 kann hierzu an seinem Umfang spezielle Reinigungsringe
als auch eine Ringnut für eine Reinigungsflüssigkeit aufweisen.
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Im ausgefahrenen Zustand befindet sich der die Pumpe 5 enthaltende
Teil der Stange 8 außerhalb des Behälters 1, wobei auch Einlaß 12 und Auslaß 13
sich außerhalb des Behälters befinden. In dieser in Fig. 1 gezeigten Stellung kann
die Pumpe 5 auch in Tätigkeit treten und der Meßfühler 6 die die Vorrichtung umgebende
Flüssigkeit direkt messen.
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Damit sind zwei einander unterschiedliche Meß- bzw.
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Arbeitsverfahren möglich.
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Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind gleich arbeitende
Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Verdrängungsteil wird von einer seitlich
angelenkten
(Achse 30) Klappe 2 gebildet, die in einem senktorförmigen Gehäuse 1 schwenkbar
einliegt. Innerhalb des 90-Grad-Sektors des Gehäuses 1 mit entsprechend teilzylindrischer
Außenwandung befindet sich nicht nur die Klappe 2 sondern an dieser in einem 90-Grad-Winkel
befestigt eine als Verschlußteil arbeitende Klappe 7, so daß die Teile 2 und 7 einen
90-Grad-Winkel bilden und zwischen sich eine Flüssigkeitsmenge einschließen, die
wie auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel zu messen bzw. zu analysieren ist. Die
Teile 2 und 7 weisen einen gleich großen Querschnitt auf wie der radiale Innenquerschnitt
der Kammer 4 des Behälters 1. Zwischen den Klappen 2 und 7 ist nahe der Achse 30
eine Verstärkung angeordnet, in der ein Fließweg 16 ausgebildet wird, mit Ein- und
Auslaßöffnungen 12, 13, die zur Kammer 4 hin munden. In diesem Fließweg 16 ist eine
Pumpe 5 angeordnet und ferner ein Meßfühler 6. Oberhalb des Behälters 1 ist ein
Gehäuse 24 für einen Elektromotor befestigt, der über ein Getriebe das winkelförmige
Teil 2, 7 derart betätigt, daß die Klappe 2 so weit nach unten verschwenkt wird,
daß sie in der Behältereinlaßöffnung 3 liegt und die Verschlußklappe 7 waagerecht
nach außen absteht. -Damit befindet sich der zwischen den Teilen 2 und 7 befindliche
vektorförmige Bereich außerhalb des Behälters 1, um die zu messende Flüssigkeit
auszulassen, so daß neue Flüssigkeit einströmen kann, die bei einer entgegengesetzten
Bewegung dieses Winkels in den Behälter 1 (Meßkammer) eingebracht wird. Auch diese
Vorrichtung läßt es zu, bei herausgeschwenktem Winkel 2, 7 die die Vorrichtung umgebende
Flüssigkeit direkt zu messen.
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Bei beiden Vorrichtungen wird in beiden Stellungen des Verdrängungsteils
2 immer eine konstante Ausströmgeschwindigkeit am Meßfühler 2 erreicht. Während
des Wechsels von einer Stellung in die andere kann die Pumpe 5 ständig weiterarbeiten.
Dies führt zu einer Vereinfachung der Steuerung und Regelung der Vorrichtung.