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Die Erfindung betrifft einen Schreibpegel zur Messung und
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Registrierung des Wasserstandes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Derartige Schreibpegel sind seit langem bekannt und haben sich zur
Beobachtung des Wasserstandes gut bewährt. Je nach Einsatzbedingung, d.h. nach dem
Aufstellort an einem Fluß, an einem Brunnen oder an Küstengewässern werden'die Schreibpegel
den gegebenen Anforderungen durch konstruktive Detailänderungen angepaßt. So sind
z.B. Schreibpegel im Handel, die als freistehende Standgeräte ausgebildet sind,
wobei das Gehäuse auf einem Schwimmerrohr, das gleichzeitig die Führung des Schwimmers
übernimmt, aufgesetzt ist. Um den Meßbereich des Schreibpegels, der durch die Differenz
zwischen dem höchsten und dem niedrigsten auftretenden Wasserstand gebildet wird,
den örtlichen Bedingungen anzugleichen, können bei diesen Schreibpegeln einerseits
Umlenkrollen eines Schwimmer-Drahtseiles bzw. Umlenkrollen für den Antrieb des Schreibers
mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden oder die Übersetzungen zwischen
diesen beiden Rädern durch verschiedene Zahnräder verändert werden. Zur Variation
der Aufzeichnungsdauer und des Maßstabes der Aufzeichnung in der Zeitskala werden
in diesen Schreibpegeln unterschiedliche Antriebe eingesetzt oder zwischen der Welle
des Antriebes und der Registriertrommel Zahnrad paare ausgetauscht.
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Derartige bekannte Schreibpegel sind dahingehend nachteilig, daß zum
Variieren des zeitlichen Aufzeichnungsmaßstabes bzw.
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der erwünschten maximalen Aufzeichnungsdauer, die beispielsweise von
einigen Stunden bis zu einigen Monaten reichen kann, jeweils die Zahnräder des Antriebs
ausgetauscht werden
müssen. Dazu sind einmal, um eine große Variätionsmöglichkeit
abzudecken, eine große Anzahl von passenden Zahnrädern notwendig, außerdem wird
zum Einsetzen und Fixieren der Zahnräder Werkzeug und Arbeitszeit benötigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schreibpegel
der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß ohne großen Aufwand leicht handhabbar
die mögliche Registrierdauer bzw. der Zeitmaßstab über einen weiten Bereich veränderbar
ist und wobei der Stromverbrauch des Antriebes wesentlich reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Im Unterschied zum Stand der Technik ist-das Wesentliche der Erfindung
darin zu sehen, daß als Antrieb der Registriertrommel ein Nebenuhrwerk eingesetzt
wird. Dieses Nebenuhrwerk wird impulsweise angesteuert und dreht entsprechend dem
zeitlichen Abstand der Impulse die Registriertrommel schrittweise weiter. Die Impulsfolge
wird über die elektronische Schaltung vorgegeben. Um bei einem derartigen Schreibpegel
die Aufzeichnungsdauer bzw. den zeitlichen Aufzeichnungsmaßstab zu verändern, ist
es lediglich notwendig, die elektronische Schaltung, beispielsweise über einen regelbaren
Teil, zu verändern. Dazu müssen weder Bauteile in dem Schreibpegel ausgewechselt
werden noch werden Werkzeuge benötigt. Weiterhin wird durch den schrittweisen Transport
der Registriertrommel über das Nebenuhrwerk der Stromverbrauch auf ein Minimum reduziert.
Dies ist gerade hinsichtlich solcher Schreibpegel vorteilhaft, die nicht an den
Netzstrom angeschlossen sind, sondern über Batterien bzw. Akkumulatoren mit Strom
versorgt werden. Einmal können dadurch äußerst
kleine und damit
billige Akkumulatoren bzw. Batterien verwendet werden, andererseits ist das Auswechseln
der Stromversorgung nur in großen Zeitabständen notwendig.
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Die elektronische Schaltung kann entweder fest eingestellt sein oder
sie kann so aufgebaut sein, daß die Ansteuerung des Nebenuhrwerkes über einen regelbaren
Teil erfolgt, mit dem die Länge der Intervalle zwischen den einzelnen Impulsen stufenlos
einstellbar ist. Durch die schrittweise Weiterdrehung der Registriertrommel wird
der registrierte Wasserstand in Form einer Treppenkurve aufgezeichnet, wobei es
je nach Länge der Intervalle möglich ist, der Kurve eine Zeitskala zuzuordnen. Gegebenenfalls
kann es von Vorteil sein, gleichzeitig auf der Registriertrommel über die elektronische
Schaltung gesteuert mit einem zweiten Schreiber eine Zeitskala aufzutragen, so daß
der gemessene Wasserstand eindeutig der Zeit zugeordnet werden kann.
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Vorzugsweise wird die elektronische Schaltung in CMOS-Technologie
(Complementary Metaloxide Semiconductor - komplementärer Metalloxid-Halbleiter)
aufgebaut,-die sich durch geringe Leistungsaufnahme auszeichneto In einer besonders
einfach zu handhabenden Ausgestaltung des Schreibpegels, z.B. in der Ausführungsform
nach Anspruch 2, weist dessen elektronische Schaltung einen Stufenwählschalter auf,
mit dem die Ansteuerung des Nebenuhrwerks in verschiedenen fest vorgegebenen Zeitintervallen
eingestellt bzw. der Vorschub und damit die Umlaufzeit der Registriertrommel festgelegt
werden kann. Hierbei ist es zweckmäßig, beispielsweise zur genauen Registrierung
großer Wasserschwaukungen innerhalb von kurzen Zeiten eine UmlauS-zeit
von
einigen, Stunden einstellen zu können; weiterhin sind Umlaufzeiten von etwa ein
bis drei Tage möglich, um beispielsweise mit dem Schreibpegel einen Wasserstand
über ein Wochenende zu registrieren und zu messen, weiterhin sind Umlaufzeiten von
beispielsweise etwa einer Woche, einem Monat oder bis zu drei Monaten vorteilhaft,
um in diesen Zeitabständen ohne Auswechseln des Diagramms der Registriertrommel
den Wasserstand registrieren zu können. Die Einstellung der gewünschten Registrierdauer
ist durch einfaches Drehen des Stufenwählschalters möglich.
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Die Maßnahmen, wie sie z.B. im Anspruch 3 bzw. 4 beschrieben sind,
bringen die Vorteile mit sich, daß durch die Verwendung eines Quarzes eine kostengünstige
elektronische Schaltung erstellbar ist, wobei eine große Genauigkeit der Intervallabstände,
die von den Schwingungen des Quarzes abgeleitet werden, gegeben ist, die je nach
Wahl des Quarzes noch verbessert werden kann. Im Regelfalle genügt jedoch die Verwendung
von 'quarze, die -aus Großserienfertigung für die Uhrenindustrie billig im Handel
sind.
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Durch die variable Teilerstufe, wie sie z.B. im Anspruch 5 beschrieben
ist, kann die Schwingungsfrequenz des Quarzes unterschiedlich geteilt werden, um
damit das Nebenuhrwerk anzusteuern und je nach-Wahl des Ausgangs dieser variablen
Teilerstufe die Umlaufzeit der Trommel festzuiegen.
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Um die Dauer der Ansteuerimpulse für das Nebenuhrwerk auf die von
diesem benötigte Dauer zu begrenzen und damit den Leistungsverbrauch möglichst niedrig
zu halten, sind dem Ausgang der Teilerstufe zwei Multivibratoren nachgeschaltet.
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Um das Ausgangssignal der Multivibratoren dem Nebenuhrwerk zuzuführen,
ist ein gepoltes Relais nach Anspruch 6 als Zwischenstufe möglich. Ein derartiges
Relais ist zwar einfach aufgebaut, es ist jedoch als mechanisches Bauteil störanfällig
und benötigt zusätzliche Leistung für die Steuerspule. Aus diesem Grunde werden
in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der elektronischen Schaltung nach
Anspruch 6 zwischen Multivibratoren und Nebenuhrwerk Verstärker mit komplementären
Transistoren eingesetzt, um die von den Multivibratoren abgegebenen Impuls signale
an die Eingangsimpedanz des Nebenuhrwerkes anzupassen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt: Fig. 1 die
Vorderansicht eines Schrdbpegels mit geöffneter Tür, Fig. 2 die rückwärtige Ansicht
des Schreibpegels nach Fig. 1 mit geöffneter Tür, Fig. 3 ein Blockschaltbild der
elektronischen Schaltung des Schreibpegels, Fig. 4 ein Schaltbild einer konkreten
Ausführungsform der elektronischen Schaltung und Fig. 5 verschiedene Impulsfolgen,
die in der elektronischen Schaltung nach Fig. 4 auftreten.
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Der Schreibpegel weist ein Gehäuse 1 auf, das,wie in den Figuren 1
und 2 dargestellt ist, auf einem Schwimmerrohr 2 mittels Überwurfrohr 3 aufgesetzt
und verschraubt ist. Das Schwimmerrohr 2 dient bei diesem Schreibpegel einerseits
dazu, einen Schwimmer 4 zu führen, andererseits ist es so dimensioniert, daß es
eine genügende Stabilität aufweist, um den'Schreibpegel zu tragen. Anstelle des
Überwurfrohres 3 kann auch ein Normflansch verwendet werden. Das Gehäuse 1 ist in
dieser Ausgestaltung des Schreibpegels durch eine Zwischenwand 5 in eine vordere
Kammer 6 und in eine hintere Kammer 7 unterteilt, die jeweils mit einer vorderen
Tür 8 und einer hinteren Tür 9 verschließbar sind. In die Türen 8, 9 sind Dichtungsgummis
mit einer am unteren Rand befindlichen Aussparung 10 eingelegt, so daß die Kammern
6, 7 bei verschlossenen Türen 8, 9 gegen Spritzwasser abgedichtet sind und gleichzeitig
eine Belüftung zur Verhinderung von Kondenswasserbildung erfolgt.
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In der vorderen Kammer 6 ist eine herausnehmbare Registriertrommel
11 mit senkrecht verlaufender Achse drehbar angeordnet. Ein Schreiber 12, beispielsweise
ein Faserschreiber oder ein Tintenschreiber, wird an zwei parallel zur Registriertrommel
11 angeordneten Euhrungsstangen 13 geführt.
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Der horizontal ausbalancierte Schreiber 12 hängt an einer feinen Gliederkette,
die mit einem Schneckenrad hinter Zahnrad 21 auf- und abgewickelt wird, so daß eine
schlupffreie Übertragung entsteht. Das Gewicht des Schreibers 12 wird durch einen
über die Führungsrolle 14 umgelenkten Faden mit einem Gegengewicht ausgeglichen.
Das sich mit Zahnrad 21 im Eingriff befindende Zahnrad 29 ist starr mit einer durch
die Gehäuse-Zwischenwand 5 hindurchführenden, drehbar gelagerten
Welle
verbunden, auf welche in der hinteren Kammer 7 des Gehäuses 1 ein mehrstufiges Schwimmerrad
16 zur Übertragung der Schwimmerbewegung und Umlenkung des Schwimmerseiles 17 fest
aufgesetzt ist. An dem Schwimmerseil 17, beispielsweise aus einem dünnen, rostfreien
Drahtseil, ist an der einen Seite der Schwimmer 4 und an der anderen Seite ein als
Gegengewicht dienender Stab 18 befestigt, wobei das Gewicht des Stabes 18 für die
richtige Eintauchtiefe des Schwimmers 4 sorgt. Das Ende des Schwimmerseiles 17,
an dem der Schwimmer 4 hängt, ist mittels einer Rolle 19 so ausgerichtet, daß der
Schwimmer 4 in der Mitte des Schwimmerrohres 2 geführt wird, während der Stab 18
mit einer weiteren Rolle 20 versetzt dazu in das Schwimmerrohr 2 hineinreicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Schwimmerrad 16 in der
hinteren Kammer 7 und das Zahnrad 21 in der vorderen Kammer 6 mit leicht lösbaren
Klemmverschlüssen verriegelt, um den Schwimmer 4 ohne Bewegung des Schreibers 12
in das Schwimmerrohr 2 hinabiassen zu können und die Schreibhöhe des Schreibers
12 auf dem Diagramm auf der Trommel 11 leicht entsprechend dem vorhandenen-Masserstand
einstellen zu können. Eine Änderung des Höhenmaßstabes bei der Registrierung kann
durch Umhängen des Schwimmerseiles 17 auf verschiedene Stufen des Schwimmerrades
16 sowie durch einen Austausch des Zahnradpaares 21/29 erfolgen.
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Die Registriertrommel 11 wird, wie in figur 1 zu sehen ist, mit einem
Nebenuhrwerk 22 angetrieben. Dieses Nebenuhrwerk 22 ist mit dem oberen Ende der
Welle der Registriertrommel 11 verbunden. Gesteuert wird das Nebenuhrwerk durch
eine elektronische Schaltungsanordnung, die in dem Schaltkasten 23 gegen Feuchtigkeit
abgedichtet untergebracht ist. Die
Stromversorgung wird durch eine
Batterieeinheit 24 übernommen, die, falls es die Betriebsbedingungen erfordern,
ebenfalls in einer feuchtigkeitsdichten Umhüllung eingeschlossen sein kann. An Stelle
der in diesen Ausfuhrungsvarianten benutzten vier Batterie zellen können auch Akkumulatoren
verwendet werden.
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Alle für die Einstellung des Schreibpegelantriebes notwendig gen Funktionsteile
sind auf der Oberseite des Schaltkastens 23 bei geöffneter vorderer Tür gut zugänglich
angeordnet. Zu diesen Funktionseinheiten zählt ein Stufenwählschalter 37 mit einem
Bedienungsknopf 25, der in zwölf Stufen einrastet.
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Die den einzelnen Stufen entsprechende Umlaufzeit der Trommel, d.h.
die Zeit, die die Trommel benötigt, um eine volle Umdrehung zu vollziehen, ist einer
übersichtlichen Tabelle 26 zu entnehmen. Weiterhin ist an dem Schaltkasten 23 eine
Batteriekontrolle mit einem Druckknopf 27 und einer Anzeige 28 vorhanden, um unmittelbar
den Zustand der Batterieeinheit 24 überprüfen zu können.
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Alle Teile der Registriereinrichtung sind auf einer leicht aus der
vorderen Kammer 6 herausnehmbaren Montageplatte befestigt, so daß eine. einfache
Wartung und ein schneller Austausch des Schaltkastens 23 gegen einen solchen für
andere Umlaufzeiten der Registriertrommer 11 möglich ist.
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Die elektronische Schaltanordnung weist einen Oszillator 30 auf (siehe
Figur 3), dem ein fester Teiler 31 nachgeschaltet ist. Der Oszillator 30 und der
feste Teiler 31 sind Bestandteile eines ersten integrierten Schaltkreises 32 (siehe
Fig.
4). Der Oszillator 30 des ersten integrierten Schaltkreises 32 schwingt mit der
Frequenz eines daran angeschlossenen Quarzes 33. Dem festen Teiler 31 ist über eine
Anpassungsstufe 34 ein durch einen zweiten integrierten Schaltkreis 35 gebildeter
variabler Teiler 36 nachgeschaltet. Die einzelnen Ausgänge des variablen Teilers
36 bzw. des zweiten integrierten Schaltkreises 35 können über einen Wählteil 37
abgegriffen werden und dem nachfolgenden dritten integrierten Schaltkreis 38, der
zwei monostabile Multivibratoren 39 und 40 enthält, zugeführt werden. Der eine Multivibrator
39 wird dabei durch HIGH/LOW-Wechsel und der-andere Multivibrator 40 durch LOW/HIGH-Wechsel
des ankommenden Rechtecksignales angestoßen. Jedem der Multivibratoren 39, 40 ist
ein Verstärker 41, 42 nachgeschaltet, an die das Nebenuhrwerk 22 angeschlossen ist,
das die Registriertrommel 11 antreibt.
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Wie in dem Blockschaltbild in Figur 3 angedeutet ist, kann zwischen
den Multivibratoren 39 und 40 und dem Nebenuhrwerk-22 alternativ auch ein gepoltes
Relais 58 mit,Anpassungsstufe 59 eingesetzt werden.
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Zum Frequenzabgleich ist eingangsseitig an dem ersten integrierten
Schaltkreis 32 ein Kondensator 43 -(Fig. 4) vorgesehen.
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An den beiden Multivibratoren 39, 40 des dritten integrierten Schaltkreises
38 wird die Ausgangsimpulsdauer durch RC-Glieder 44 bzw. 45 bestimmt, wobei durch
Trimmwiderstände 46, 47 ein Abgleich erfolgen kann.
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Bevorzugt wird ein Quarz 33 verwendet, das mit einer Frequenz von
4 194 304 Hz schwingt. Der erste integrierte Schaltkreis 32 (Typ e1151D) enthält
einen Teiler 31 mit 23 binären Stufen, der die Oszillatorfrequenz auf 0,5 Hz reduziert,
was einer Periodendauer von 2 sec entspricht. Die am Ausgang des ersten integrierten
Schaltkreises 32 auftretende Impulsfolge 48 ist in Fig. 5a aufgetragen. Die Anpassungsstufe
34 mit dem Transistor 49 (BC 178B) kehrt die Impulsfolge 48 entsprechend der Impulsfolge
50 in Fig. 5b um, um sie dem zweiten integrierten Schaltkreis 35 (Typ 4040) anzupassen.
Bei dem zweiten integrierten Schaltkreis 35 handelt es sich um einen 12-stufigen
binären Teiler, an dessen 12 Ausgängen die in ig. 5c dargestellten Rechteckspannungen
51 mit Periodendauern von -4, 8, 16, ..., 8192- sec anliegen und über den Wählteil
37 jeweils abgreifbar sind, um sie den Multivibratoren 39, 40 zuzuführen. Die beiden
monostabilen Multivibratoren 39, 40 des dritten integrierten Schaltkreises 38 (Typ
4098 oder 4528) werden dann von der HIGH/LOW-Flanke bzw. von der LOW/HIGH-Flanke
der ankommenden Rechteckspannung 51 angestoßen. Gleichzeitig wird die Impulsdauer
verkürzt, so daß ausgangsseitig eine Impulsfolge 52 durch den einen Multivibrator
39, wie in Fig. 5d aufgetragen ist und an dem anderen Multivibrator 40 eine Impulsfolge
53, wie in Fig. 5e dargestellt ist, entsteht. Der durch-die Verstärker 41 und 42
gebildete Impedanzwandler mit den Transistoren 54 (BC 108B) und 55 (BC 160) des
einen Verstärkers 41 und mit den Transistoren 56 (BC 178B) und 57 (BC 140) des anderen
Verstärkers 42 führt dann die Impulsfolgen 52 und 53 dem Nebenuhrwerk 22 zu, das
somit abwechselnd die benötigten positiven und negativen Impulse, wie in Fig. 5f
durch die Impulsfolge 58 bei ohmscher Belastung dargestellt,
in
gleichen Abständen von 2, 4, 8, usw. bis 4096 sec, je nach Stellung des Wählteiles
.37, erhält.
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Bei einer Impulsfolge 58 im Abstand von einer Minute vollzieht beispielsweise
die Ausgangswelle des Nebenuhrwerkes (Typ NU 57/RSB), an der normalerweise der Stundenzeiger
befestigt wird, eine Umdrehung in 12 Stunden, was einer Untersetzung von (60 x 12)
: 1 = 720:1 entspricht. Bei diesem Untersetzungsverhältnis wird zwischen der Welle
für die Stundenanzeige des Nebenuhrwerkes .22 und der Registriertrommel 11 eine
Zahnraduntersetzung im Verhältnis von 15:8 gewählt, so daß die Gesamtuntersetzung
(720 x 15) t 8 = 1350:1 beträgt.
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Bei einem Impuls abstand von 2 sec am Nebenuhrwerk 22 beträgt die
Umlaufzeit der Registriertrommel 11 dementsprechend 1350 x 2 sec = 2700 sec = 45
Min.. Mit den anderen Impulsabständen wird eine Umlaufzeit der Registriertrommel
11 von 1,5 Std., 3 Std., ... usw. bis 64 Tagen erreicht.