DE3219393C1

DE3219393C1 - Geschwindigkeitsmesser für strömende Medien

Info

Publication number: DE3219393C1
Application number: DE19823219393
Authority: DE
Inventors: Dieter 8034 Germering Flasch; Manfred 8000 München Suchy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-24
Filing date: 1982-05-24
Publication date: 1983-04-14

Description

Die Anwendung eines berührungslos arbeitenden Sensors, der die Drehzahl eines vom einem Strömungsmedium beaufschlagten Laufrades abtastet, ist zur Windenergiebestimmung bekannt (DE-OS 29 35524).
Um Unabhängigkeit von externer Energieversorgung zu schaffen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung deshalb vorgesehen, daß der Sensor ein Magnetfeldsensor ist, welcher durch Vorbeibewegen der Laufradschaufeln erzeugte Spannungsimpulse an eine elektrische Schaltung zur Betätigung des digital arbeitenden Anzeigemechanismus weiterleitet.
Ein solcher Magnetfeldsensor nutzt den bekannten »Wiegand-Effekt« aus, wonach ein Draht einer ferromagnetischen Legierung nach einer geeigneten physikalischen Behandlung eine innere magnetisch weiche Zone und eine äußere magnetisch harte Zone besitzt.
Die beiden Zonen verhalten sich unter Einfluß eines magnetischen Feldes je nach dessen Stärke gleich oder unterschiedlich. Die Polaritätsänderungen lassen sich in Form von Spannungsimpulsen mittels einer in die Nähe gebrachten Spule feststellen.
Ein solcher Sensor arbeitet berührungslos, d. h.
kurzschlußsicher und unter rauhesten Umgebungsbedingungen. Vor allem benötigt er zu Betätigung des digital ausgebildeten Anzeigemechanismus nur vergleichsweise geringe Fremdenergie, die sich mittels Batterien oder vorzugsweise mittels einer Solarzelle aufbringen läßt.
Das Gehäuse wird vorteilhaft an einer relativ zum Medium bewegten Wand, insbesondere der Unterseite eines Surfbrettes befestigt, so daß es unter allen Bedingungen dem Wasserstrom ausgesetzt ist. Die Anzeigevorrichtung wird dagegen zweckmäßig jenseits der genannten Wand im Blickfeld des Benutzers angeordnet und über ein die Wand durchsetzendes Kabel mit dem Gehäuse verbunden. Der Anbringungsort der Anzeigevorrichtung auf der Oberseite eines Surfbrettes liegt vorzugsweise oberhalb des Montageortes des Geschwindigkeitsmessers hinter dem Mastfußpunkt und vor der Schwertöffnung bzw. an dem Schwert des Surfbrettes.
Damit die Energie des ströme n Mediums optimal ausgenutzt wird, wird die Welle des Laufrades vorzugsweise jenseits des Nutengrundes der Nut im Gehäuse gelagert. Dies stellt sicher, daß das Laufrad nur in einer Hälfte beaufschlagt wird, so daß es nur in der gewünschten Drehrichtung von dem Medium beaufschlagt wird.
Es ist schließlich bevorzugt, wenn die Nutbreite geringer als die Laufradbreite ist, derart, daß das Laufrad von den seitlichen Nuträndern beidseitig überlappt wird. Dies beugt einer Verstopfung mit im Wasser treibenden Fremdteilchen, wie Pflanzenfasern, durch Eindringen in die Spalte zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse vor.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines an der Unterseite eines Surfbrettes angebrachten Geschwindigkeitsmessers mit an der Oberseite des Surfbrettes angeordneter Anzeigevorrichtung; F i g. 2 eine Ansicht des Geschwindigkeitsmessers nach Fig. 1 von unten; F i g. 3 eine Ansicht des Geschwindigkeitsmessers nach den Fig. 1 und 2 von vorn; F i g. 4 eine schematische Darstellung eines bei dem Geschwindigkeitsmesser nach den F i g. 1 bis 3 verwendeten Sensors und F i g. 5 eine Teildarstellung eines Surfbrettes mit an einem bevorzugten Anbringungsort angebrachten Geschwindigkeitsmessers mit Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung und F i g. 6 eine Draufsicht auf eine digitale Geschwindigkeitsanzeige.
In F i g. 1 ist ein Surfbrett insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Surfbrett hat eine Unterseite 2 und eine Oberseite 3. An der Unterseite 2 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 4 bezeichneter Geschwindigkeitsmesser angebracht. Der Geschwindigkeitsmesser hat ein strömungsgünstig gestaltetes Gehäuse 5 aus einem widerstandfähigen Kunststoff, das unter Zwischenfügen einer Dichtung 12, beispielsweise einer Dichtungsmasse aus Silikonmaterial, mittels Schrauben 6 an der Unterseite 2 befestigt ist. Das Gehäuse 2 ist an seiner Unterseite von einer mittig und in Strömungsrichtung angeordneten Längsnut 7 durchsetzt. Der Grund 8 dieser Längsnut 7 liegt etwas unterhalb einer Lagerstelle für die Welle 9 eines Laufrades 10 des Strömungsmessers. Dieses Laufrad 10 hat etwas größere Breite als die Nut 7, so daß es beidseitig von den seitlichen Rändern 11 der Nut 7 überlappt wird. Hierdurch wird einer Verstopfungsgefahr an den seitlichen Rändern des Laufrades 10 vorgebeugt.
Wie besonders aus F i g. 3 ersichtlich ist, läßt sich das Laufrad von der der Unterseite gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 5 her in dieses einsetzen.
Fig.4 zeigt das Laufrad 10 mit vereinfacht dargestellten Schaufeln 15. Am Laufrad 10 sind diagonal gegenüber zwei Permanentmagnete 17 angeordnet.
Benachbart dem Laufrad 10 ist ein Draht 16 mit magnetisch harter Schale und magnetisch weichem Kern, der von einer Spule 18 umwickelt ist. Der so gebildete Magnetfeldsensor setzt die magnetischen Impulse der umlaufenden Permanentmagnete in der Laufraddrehzahl ihrer Anzahl nach proportionale Spannungsimpulse um. Die Spannungsimpulse werden über ein durch das Surfbrett 1 durchgeführtes Kabel 19 (F i g. 1) einer in einem Gehäuse 23 auf der Oberseite 13 des Surfbrettes angeordneten elektrischen Anzeigevorrichtung 20 zugeführt. Zu dieser Vorrichtung gehört eine digitale Anzeige 21 und eine interne Stromversorgung in Gestalt einer Solarzellenanordnung 22 (F i g. 1, 6).
Die elektrische Schaltung 24 zum Umsetzen der über das Kabel 19 zur Anzeigevorrichtung geführten Spannungsimpulse in Zählimpulse der digitalen Anzeige 21 ist vorzugsweise als IC ausgeführt und ebenfalls in dem Gehäuse 23 der Anzeigevorrichtung 20 untergebracht. Selbstverständlich kann auch die gesamte Anzeigevorrichtung 20 einschließlich der elektrischen Schaltung 24 und der Energieversorgung in einer Bohrung im Surfbrett untergebracht sein.
F i g. 5 zeigt den Anbringungsort des Geschwindigkeitsmessers 4 mit Anzeigevorrichtung 20 an dem Surfbrett 1 zwischen dem Fußpunkt 30 des kardanisch angelenkten Mastes 31 und der Schwertöffnung 32 für das Steckschwert 33. An dieser Stelle ist die Anzeigevorrichtung 20 von dem Benutzer gut einsehbar.
Fig. 6 stellt die digitale Anzeige 21 so dar, wie sie der Benutzer sieht. Auch in diesem Falle ist eine Befestigung mittels Schrauben 25 unter Zwischenfügung einer Dichtung 26 (Silikonmasse) vorgesehen. Die Anzeige selbst ist dreistellig digital mit zwei Ziffern vor und einer hinter dem Komma ausgebildet und zur Anzeige der Geschwindigkeit in Knoten geeicht. Die Geschwindigkeit wird bis auf eine Stelle hinter dem Komma mit Meßgenauigkeit angezeigt. Diese hohe Genauigkeit macht den Geschwindigkeitsmesser geeignet für ein optimales Trimmen eines damit ausgerüstetes Surfbrettes oder Segelbootes. Als weiterer Ausbau in diesem Sinne ist die wahlweise zusätzliche Anzeige »+« vor den die Geschwindigkeit in Knoten symbolisierenden Ziffern zu verstehen. »+« zeigt dabei ein Anwachsen und »-« ein Abnehmen der Geschwindigkeit an.
Die empfindlichen Teile des beschriebenen Geschwindigkeitsmessers 4, insbesondere das Laufrad 10, sind mittels einer einfachen Einmal-Montage so im Gehäuse 5 am Surfbrett 1 montiert, daß sie von einer Beschädigung insbesondere bei Handhabung an Land oder beim Fahren in seichtem Gewässer sicher geschützt sind. Die lösbare Befestigung mit Schrauben ist bevorzugt, damit bei eventuellem Ausfall ein Austausch auch einzelner Baugruppen möglich ist.
Eine externe Stromversorgung ist wegen des geringen Stromverbrauchs des Magnetfeldsensors 16, 17, 18 und der Schaltung zur Umformung der Spannungsimpulse in digitale Zählimpulse überflüssig.
Der Geschwindigkeitsmesser hat eine hohe Lebensdauer, die jedenfalls für die Lebensdauer des Surfbrettes ausreicht. Er ist vollständig wartungsfrei; bei Verwendung einer Solarzelle als Energiequelle entfällt selbst der Austausch von Batterien.
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Claims

Patentansprüche: 1. Geschwindigkeitsmesser für strömende Medien, insbesondere zur Anwendung an Segelbooten und Surfbrettern, mit einem durch die Strömung beaufschlagten Laufrad, dessen Bewegung dem Anzeigemechanismus einer Anzeigevorrichtung für die Geschwindigkeit des Mediums mitgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (10) mit seinem äußeren Umfang in einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse (5) innerhalb der Gehäusekontur versenkt angeordnet und von dem Medium über eine in Strömungsrichtung verlaufende Nut (7) im Gehäuse beaufschlagt ist.
2. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bewegungen des Laufrades erfassender Sensor (16, 17, 18) im Gehäuse untergebracht ist, der die Laufradbewegung in eine elektrische Größe zum Betätigen des Anzeigemechanismus umformt.
3. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Magnetfeldsensor (16, 17, 18) ist, welcher unter Ausnutzung des »Wiegand«-Effektes durch die Laufraddrehung erzeugte Spannungsimpulse an eine elektrische Schaltung (24) zum Betätigen des digital arbeitenden Anzeigemechanismus (21) weiterleitet
4. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) an einer relativ zum Medium bewegten Wand (2), insbesondere der Unterseite eines Surfbrettes (1) befestigt ist.
5. Geschwindigkeitsmesser sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (20) jenseits der Wand (2) im Blickfeld des Benutzers angeordnet und über ein die Wand durchsetzendes Kabel (19) mit dem Gehäuse (5) verbunden ist.
6. Geschwindigkeitsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (20) auf der Oberseite (3) eines Surfbrettes (1) oberhalb dem Montageort des Geschwindigkeitsmessers (4) hinter dem Mastfußpunkt (30) und vor der Schwertöffnung (32) bzw. einem Schwert (33) des Surfbrettes angeordnet ist.
7. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigevorrichtung (20) eine interne Stromquelle, wie eine Batterie oder Solarzelle (22) zugeordnet ist und daß die digitale Anzeige (21) auf eine Stelle hinter dem Komma genau anzeigt.
8. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (9) des Laufrades (10) jenseits des Nutengrundes (8) der Nut (7) im Gehäuse (5) gelagert ist.
9. Geschwindigkeitsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutbreite geringer als die Laufradbreite ist, derart, daß das Laufrad (10) von den seitlichen Nuträndern (11) beidseitig überlappt wird.

Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitsmesser für strömende Medien, insbesondere zur Anwendung an Segelbooten und Surfbrettern, mit einem durch die Strömung beaufschlagten Laufrad, dessen Bewegung dem Anzeigemechanismus einer Anzeigevorrichtung für die Geschwindigkeit des Mediums mitgeteilt wird.

Bei üblichen Geschwindigkeitsmessern dieser Art ist das an der Unterseite des Bootskörpers eines Segelbootes o. dgl. angebrachte Laufrad frei der Stömung ausgesetzt. Dies kann zu Verschmutzung und bei Anlaufen auf den Grund oder bei Kollision mit Gegenständen im Wasser zur Beschädigung bzw.

Zerstörung führen. Problematisch ist diese Anordnung vor allem bei Surfbrettern, die häufig über den Grund geschleift werden.

Es ist ein Geschwindigkeitsmesser der eingangs beschriebenen Art bekannt (DE-OS 28 47 277), bei dessen einer Ausführung das Laufrad auf einer lotrechten Welle außerhalb eines Gehäuseunterteils angeordnet ist. Von dem Gehäuseunterteil ragt eine die eine Laufradhälfte abschirmende Leitrippe nach unten.

Die andere Laufradhälfte ist dem anströmenden Medium frei ausgesetzt, also nicht vor einem Anlaufen am Untergrund noch vor Verschmutzung geschützt. Bei einer anderen Ausführung ist das Laufrad als schräg stehendes Kegelrad ausgebildet, das auf dem schräg abgebogenen Ende einer biegsamen Welle sitzt In diesem Fall wird das Laufrad zwar teilweise von einem Gehäuseunterteil umfaßt; es ragt aber ebenfalls mit einem von der Strömung zu beaufschlagenden Teil über die Gehäusekontur nach unten hinaus und ist somit ebenfalls der Gefahr einer Beschädigung und Verschmutzung ausgesetzt. Die DE-OS 28 47 277 vermittelt weder durch Beschreibung oder Ansprüche noch durch die Zeichnungen eine Anregung zur Stellung und Lösung der wie folgt definierten Erfindungsaufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geschwindigkeitsmesser der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß Beschädigungen oder gar Zerstörungen ausgeschlossen und die Verschmutzungsgefahr vermindert sind, wobei gleichzeitig eine einfache Montage sichergestellt sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Laufrad mit seinem äußeren Umfang in einem strömungsgünstig gestalteten Gehäuse innerhalb der Gehäusekontur versenkt angeordnet und von dem Medium über eine in Strömungsrichtung verlaufende Nut im Gehäuse beaufschlagt ist.

Das Laufrad ragt also bei der Erfindung überhaupt nicht aus dem Gehäuse vor. Dies eliminiert vollständig die Gefahr eines Bodenkontaktes und die damit einhergehende Beschädigungsgefahr. Überraschend reicht eine Beaufschlagung des im Gehäuse versenkten Laufrades allein durch die Nut im Gehäuse zu einer schon auf sehr kleine Strömungsgeschwindigkeiten reagierenden genauen Messung aus, wobei - ebenfalls überraschend - die Verschmutzungs- bzw. Verstopfungsgefahr durch Fremdteilchen, z. B. Pflanzenteile, in dem Medium deutlich vermindert ist.

Zweckmäßig ist ein Bewegungen des Laufrades erfassender Sensor im Gehäuse untergebracht, der die Laufradbewegung in eine elektrische Größe zum Betätigen des Anzeigemechanismus umformt Bei den üblichen Geschwindigkeitsmessern geschieht dies beispielsweise mittels eines Tacho-Dynamos oder mit anderen bekannten Wandlern, die jedoch sämtlich so energieaufwendig sind, daß eine externe Stromquelle nötig ist.