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Strömungsmesser für offene Kanäle. Die Erfindung betrifft Vorrichtungen
zum Messen der Durchflußmengen von Flüssigkeiten in offenen Kanälen und ferner Einrichtungen
zur fortgesetzten Registrierung derselben.
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Die Erfindung betrifft hauptsächlich. Einrichtungen, mit deren Hilfe
der Niveauunterschied der Flüssigkeit, z. B. Wasser, an zwei Punkten im Kanal
(d. h. die hydrauliscbe Neigung zwischen den beiden Punkten) und die Tiefe
des Wassers an einem der besagten Punkte oder an einem dazwischen oder danebenliegenden
Punkt benutzt werden, um den Mechanismus anzutreiben, so (laß er das Durchflußvolumen
des Wassers anzeigt oder registriert.
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Abb. i: ist eine schematische Skizze des Apparates.
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Die Abb. 2 bis 4 stellen die bauliche Durchbildung dar.
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Abb. 2 ist eine Ansicht des Apparates mit dem Zifferblatt und der
Registriertrommel. Abb. 3 zeigt die Anordnung der Nocken und deren Übertragungsmechanismus.
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Abh. 4 ist ein Querschnitt der Vorrichtung. Die Einzelheiten des Rahmenwerkes
und das Gehäuse ebenso wie die elektrischen oder anderen Apparate, mittels deren
das Steigen und Fallen des Wassers übertragen wird, sind fortgelassen.
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Zur Ausführung der Erfindung sind zwei Schwimmer2 und 3 in
geeigneter Entfernung voneinander in der Längsrichtung des Kanales angeordnet, so
daß der Niveauunterschied zwischen den beiden Schwimmern auf den Meßapparat übertragen
wird.
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Die Entfernung zwischen den beiden Schwimmern kann sehr bedeutend
sein mit Rücksicht auf die flache hydraulische Neigung, welche in den meisten offenen
Kanälen herrscht. Die Übertragung von den Schwimmern auf den Meßapparat ist daher
vorzugsweise elektrisch und jeder beliebige Apparat kann verwendet werden, welcher
den Wasserstand auf diese Entfernung zu übertragen vermag.
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Das Durchflußvolumen fürr die Zeiteinheit Q ist gleich dem
Produkt der QuerschnittsflächeA des Kanales und der Geschwindigkeit V der Flüssigkeit,
also Q = A V.
Die Geschwindigkeit V der Flüssigkeit
potenziert die hydraulische Neigung F, die hy-
draulische Durchschnittstiefe
R und den Reibungskoeffizienten des Kanales, n. V kann als Funktion von
S, R, it ausgedrückt werden in Verbindung mit gewissen willkürlichen
Konstanten nach Kutters oder einer anderen bekannten Formel.
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Durch geeignete Mechanismen kann der Wert von V in jedem Augenb4ick
durch die Stellung der beiden Schwimmer angegeben -werden. Mittels geeigneter Einrichtung
kann der Wert von A auf einem Punkt des Kanales von dem Niveau des Schwimmers
an besagtem
Punkte -efolgert werden. Wenn diese Werte von
A und V logarithmisch dargestellt und durch Zeiger angezeigt werden,
die sich vor logarithmischen Skalen bewegen, wird die algebraische Summe der Bewegungen
gleich sein dem Logarithmus von Q. Bei Ausführung der Erfindung werden die
senkrechten Bewegung.-n der beiden Schwimmer durch ein Differentialgetriebe 4 auf
eine Welle 5 derart übertragen, daß der Drehungswinkel der Welle im Verhältnis
zu dem Niveauunterschied der beiden Schwimmer steht, also zur hydraulischen Neigung.
Auf dieser Welle oder auf einer von ihr angetriebenen Welle 6 ist ein Nocken
7 vorgesehen, der als »Geschwindi,o"keitsnocl,en« bezeichnet werden kann.
Er ist so geformt, daß er auf einen Zeiger 8, welcher vor einer Skala
9 steht, eine Verschiebung überträgt, die im Verhältnis steht zu dem Logarithmus
des »Geschwindigkeitsverhältnisses« der Flüssigkeit im Kanal. Ein dritter Schwimmer,
der der »Tiefenschwinliner« genannt werden kann, betätigt durch ein geeignetes Getriebe
einen zweiten Nocken io, der auf einer Welle i i aufgekeilt ist. Man kann ihn als
»Querschnittsnocken« bezeichnen. Er- ist so gebaut, daß er auf die obenerwähnte
Skala eine Verschiebung überträgt, die im Verhältnis steht zum Logarithmus des »Soll-Ausflusses«
des Kanales. Kontaktstücke oder Rollen 12 und j3, die geeignet geführt sind, werden
durch geeignete Mittel gegen die Nocken 7 und io angedrückt, und die «#,7erschiebung
dieser Kontaktrollen, welche durch die Drehung der Nocken bewirkt wird, überträgt
sich auf den Zeiger8 und die Skalag. Die Verschiebung des Schwimmers mit Bezug zur
Skalag ist die Summe der beiden erwähnten Verschiebungen, also proportional zum
Ausflußlogarithmus Q; und da die Skala logarithmisch geteilt ist, zeigt der
Zeiger den Ausfluß an.
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Der obenerwähnte »Soll-Ausfluß<z ist der Ausfluß für jeden Querschnitt
oder Tiefe, welche einer konstanten willkürlichen »Soll«-Böschung entspricht.
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Die Verbindung zwischen den No#cken und den Wellen oder anderen Mechanismen,
welche sie betätigen, kann regelbar gemacht werden durch Zwischenschaltung eines
Schneckenrades oder einer tangentialen Reglerschraube, so daß der Nocken mit Bezug
auf 'die Welle und auf den übrigen Mechanismus gedreht werden kann.
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Die Skala kann feststehend angeordnet werden, -wenn man den Mechanismus
einschaltet, der nötig ist, um auf den Schwimmer eine Bewegung zu übertragen, welche
die Summe der beiden oben beschrieben= Bewegungen darstellt. Nach einer Methode
zum Ausgleich dafür, daß das »Geschwindigkeitsverhältnis« nicht ganz unabhängig
von der Wassertiefe im Kanal ist, kann der Ausschlag des Zeigers, der durch die
Veränderung in der- hydraulischen Neigung bewirkt wird, von der Tiefe abhängig gemacht
werden, indem man den »Geschwindigkeitsnocken« breit und sich in achsialer
- Richtung zuspitzend macht, so daß sein Bewegungsbereich an einem Ende größer
ist als am anderen. Die Stellung der Rollen, welche gegen den Nocken anliegen, würde
durch den Mechanismus, welcher vom Tiefenschwirnmer betätigt wird, in achsialer
Richtung bewegt werden. In Abb. i ist eine gleichwertige Methode, zum Ausgleich
dargestellt, die aus einem veränderlichen Hebelinechanismus besteht, welcher zwischen
der Kontaktrolle 1:2 und dem Zeiger 8 eingeschaltet ist. Am Ende der Stange
14, welche die Kontaktrolle 1:2 trägt, ist eine Radiusstange 15 angelenkt. Das andere
Ende 16 der Radiusstange greift in einen Schlitz 17 ein, der in einem Hebel 18 angeordnet
ist, dessen eines Ende auf einem festen Drehzapfen ig anomelenkt ist, und dessen
anderes Ende 3o den Zeiger 8 trägt. Die Radiusstange -ist bei 21 mittels
einer über eine FührungsscheibeP geführten. biegsamen Schnur mit der Stange:2-,
verbunden, welche die Kontdl,ztrolle 13 trägt; eine Reglerschraube:23 ist
zwischengeschaltet. Die in dem Apparat verwendeten biegsamen Schnüre sind zweckmäßig
so angeordnet, daß sie über Führungsrollen P gehen und durch Gegengewichte TV straff
gehalten werden, Die drehbare Skala 9, weiche von dem Tiefenschwimmer:2 betätigt
wird, ist mit einem Zeiger 26 versehen, der sich auf einer feststehenden
Skala 27 bewegen kann, die nach den Tiefen oder den Ouerschnitten des Kanales
eingeteilt ist.
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Die Erfindung kann-in zahlreichen Formen ausgeführt werden, aber die
vorstehende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die lizinernatischen Elemente.
Die Übertragung von den beiden erwähnten Nocken kann, wie dieses in Abb. i, schematisch
gezeigt ist, mittels Schnüre geschehen oder durch Kontakt mit schwingenden Hebeln,
die abwechselnd ihre Bewegungen durch Zahnräder oder ein anderes Getriebe auf den
Anzeigerteil des .Apparates übertragen, wie dieses vorstehend beschrieben ist. Diese
können anzeigen: i. das »Geschwindigkeitsverhältnis« oder die hydraulische Neigung,
2. die Tiefe oder den Querschnitt des Kanales und 3. den Ausfluß.
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Sie können als drei konzentrische Skalenscheiben und Zeiger ausgeführt
sein. Einige
der Skalenscheiben können feststehend sein und die
entsprechenden Zeiger beweglich oder umgekehrt.
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Bei der baulichen Ausführung des in den Abb. 2- bis 4 dargestellten
Apparates ist ein Zahnradmechanismus verwendet, um die Bewegung von den Nocken auf
die verschiedenen Skalensch#eiben zu übertragen, die auf der Vorderseite des Meßapparates
angeordnet sind. In der Zeichnung sind für diejenigen Teile, welche die gleichen
Funktionen erfüllen wie die entsprechenden Teile in der Abb. i, die gleichen Bezugsziffern
benutzt.
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Das Differentialgetriebe 4 überträgt die Bewegungen der beiden Schwimmer
auf Sperräder41 und 42 oder auf ähnliche Vorrichtungen, die durch Vermittlung
von elektrischeil Apparaten, die nicht zur Er#ndung gehören, fest verbunden sind
oder einen Teil derselben bilden. Die Welle 6, der »Ge-s -chwindigkeitsnocken«7
und die Kontaktrolle 12 erfüllen die bereits beschriebene Funktion. Die Kontaktrolle
12- wird von einem Hebelarm 14 getragen, der auf einer auf dem Rahmen-,verkF des
Messers in geeigneter# Weise montierten Welle 141 befestigt ist. Auf dieser Welle
ist ebenfalls ein Zahnsegment 14:2 aufgekeilt, welches mit einem auf der Welle 144
aufgekeilten Zahnrad 143 in ringriff steht. Auf dieser Welle ist ferner eine kreisförmige
Scheibe 145 befestigt, welche eine kalibrierte Skala für den Niveattunterschied
der beiden Schwimmer trägt, d.h. eine Skala der hydraulischen Neigung. Der entsprechende
Zeiger 146 ist auf dem Ra-hmenwerk befestigt. Die Scheibe 145 kann ebenfalls eine
Skala des »Gesch-windigkeitsverhältnisses« tragen, welche den hy-
draulischen
Neigungen entspricht.
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Die auf und ab steigende Bewegung des Tiefenschwimmers:3 wird elektrisch
auf die Welle i i übermittelt, die in der Verlängerung der Welle 6 und des
Differentialgetriebes 4 , an geordnet ist. Die Welle ii, der Nocken io und
die Kontaktrolle 13 erfüllen die bereits beschriebenen Funktionen. Die Kontaktrolle
13 wird von einem Hebelarm:2-> getragen, der auf einer in geeigneter Weise
im Maschinengestell gelagerten Welle 221 befestigt ist. Auf dieser Welle ist ferner
ein Zahnseginent 222 aufgekeilt, welches mit einem Zahnrad 223 in Eingriff
steht. Dieses Zahnrad ist auf der-, Welle 144 angeordnet,; so daß es sich frei auf
dieser drehen kann. Eine Scheibe 9, welche die Skala für den Ausfluß trägt,
ist auf dem Zahnrad 2,--93 befestigt und dreht sich, mit demselben - ; der
entsprechende Zeiger 8 ist auf der Scheibe 145 befestigt. Eine Tiefenskala
ist auf der ringförmigen Scheibe 27 vorgesehen, welche am Rahmengestell befestigt
ist, der entsprechende Zeiger sitzt auf der Scheibe g.
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Der Registrierteil des Apparates besteht aus einer durch Uhrwerk angetriebenen
Trommel 31, um welche das Blatt gewunden ist. Sie dreht sich in Berührung mit einem
Schreibstift 32, der proportional zum Ausfluß in einer Richtung verschoben
wird, die parallel zu der Achse (ler Trommel liegt. Diese verhältnismäßige Verschiebung
kann durch achsiale Verschiebungen der Trommel tind des Schreib#stiftes bewirkt
werden, die von dein Querschnittsnocken und Geschwindigj,zeitsnocken (wie in Abb.
i gezeigt) übertragen werden, oder die Achse der Trommel kann feststehend sein und
dem, Schreibstift wird eine Verschiebung mitgeteilt, welche ,gleich ist der algebraischen
Summe der Verschiebtingen der beiden Nocken. -
Bei der Ausführungsform nach
Abb. 2 wird ctie RegistriertrOmInel 31 nicht in der Richtung ihrer Achse
verschoben wie nach Abb. i, die Bewegung des Schreibs-Ciftes 32' wird daher
von der Stimme der Winkelbewegungen der Scheiben 9 und 145 bestimmt. Um die
entsprechende Bewegung des Schreibstiftes zu erhalten, ist die Scheibe
9 auf ihrem Umfange genutet, eine entsprechend genutete Scheibe 1.17 ist
auf der Welle 144 befestigt oder ein Zahnrad 143, an welchem diese Scheibe 145 festsitzt.
Eine biegsame Schnur, deren beide Enden auf dem Umfange der Scheiben 9 und
147 festgemacht sind, istüber geeignete Führungsrollen P geführt und um die Rolle
51 gewunden, an welcher der Schreibstift aufgehängt ist.