DE4428421A1

DE4428421A1 - Meßeinrichtung für Wassermengen

Info

Publication number: DE4428421A1
Application number: DE19944428421
Authority: DE
Inventors: Andreas Stein; Hermann Schmelzer
Original assignee: Andreas Stein; Hermann Schmelzer
Current assignee: SYRO SYSTEM-ROHR- UND ANLAGEBAU GMBH, 57234 WILNSD
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2014-08-12
Also published as: DE4428421C2

Description

Bei Wasserüberlaufbauwerken, wie z. B. Regenüberlauf- oder Klär becken usw. ist es erforderlich, die fließenden Wassermengen zu ermitteln. Nach dem bisherigen Stand der Technik geschieht dies durch eine Höhenstandsmessung des Wassers in Relation zur Höhe der Überlaufschwelle.

Die Wasserstandshöhe wird dabei mittels einer im Wasser befindlichen Drucksonde oder mittels eines außerhalb des Wassers angeordneten und auf die Wasseroberfläche gerichteten Ultraschallsensors ermittelt. Die fließende und im allgemeinen überlaufende Wassermenge wird anschließend durch die Poleni-Formel berechnet. In diese Berech nungsgleichung geht u. a. ein Formbeiwert ein, der von der Schwellen länge und deren geometrischer Formgenauigkeit sowie von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Diese Abhängigkeiten führen bei den üblichen Überlaufschwellen, insbesondere bei kleinen überlaufenden Wassermengen, zu nachteilig ungenauen Meßergebnissen.

Da aber mehr als die Hälfte der gesamten Jahreswassermenge aus dem häufigen bis ständigem Überlaufen sehr kleiner Wassermengen resultiert, addieren sich diese Meßfehler zu einem erheblichen Gesamtfehler bei der Erfassung der überlaufenden Wassermengen, was zu falschen Leistungsnachweisen führt.

Um kleinere Oberlaufmengen genauer als mit dem bisher beschriebe nen Hilfsmitteln zu erfassen, sind nach dem derzeitigem Stand der Technik separate Messungen in den Ablaufkanälen des Überlaufbau werkes, z. B. Doppler-Messungen erforderlich. Diese Meßeinrichtungen erfassen kleinere Wassermengen zwar etwas genauer, aber immer noch nicht zufriedenstellend. Hinzu kommt der Nachteil, daß diese Meßeinrichtungen baulich und damit kostenmäßig sehr aufwendig sind und unter den räumlichen Gegebenheiten gar nicht immer möglich sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für das Messen kleiner fließender Wassermengen eine genaue und möglichst auch wirtschaftliche Lösung zu finden. Außerdem soll es möglich sein, diese neue Meßeinrichtung nachträglich in bestehende Überlaufschwellen einzubauen.

Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, daß anstelle oder in Verbindung mit einer stationären Über laufschwelle (2) ein oder mehrere bewegliche neuartige Überlauf schwellen (3) eingebaut werden.

Diese insbesondere für die Messung kleiner fließender Wassermengen ausgelegten Überlaufschwellen (3) sind durch ein Stellglied (4) verstell bar, was vorzugsweise auch automatisch durch eine Antriebseinheit (5) in Verbindung mit einer Steuer- bzw. Regeleinheit (6) bewerkstelligt wird.

Die Steuer- bzw. Regeleinheit (6) kann dabei ihr Signal beispielsweise von einer wasserstandsmeldenden Drucksonde (7) oder einem Ultra schallsensor (8) erhalten.

Mit dieser neuartigen Meßeinrichtung wird der jeweilige Wasserstand (9) definiert abgesenkt oder vorzugsweise konstant gehalten, um speziell kleinere überlaufende Wassermengen (10) über diese beweg liche Überlaufschwelle (3) ablaufen zu lassen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, speziell kleinere Überlaufmengen mit der heute üblichen Poleni-Formel oder auch mit anderen höhen- und fliesgeschwindigkeitsabhängigen Kalibrierungen wesentlich genauer zu erfassen. Damit können die für wasserbauliche Anlagen erforderlichen Leistungsnachweise (z. B. Nachweis der Entlastungsmenge bzw. die sog. Entlastungsrate) exakter geführt werden.

Weiterhin ist diese neue Meßeinrichtung wirtschaftlicher als die sonst in den Ablaufkanälen zu installierenden Meßeinrichtungen, weil zusätz liche Bauwerke und/oder Beruhigungsstrecken nicht erforderlich sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patent anspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 er möglicht es, weitere der beschriebenen beweglichen Überlaufschwellen (3) in einem Wasserüberlauf einzusetzen, was den Vorteil einer kaska denförmigen Hintereinanderschaltung bringt. Dies bedeutet, daß bei Erreichen der maximal definierten Wassermenge über der ersten be weglichen Überlaufschwelle (3) ein Signal zum Inkrafttreten einer zweiten bewegliche Überlaufschwelle (3) genutzt wird und falls erforder lich, nach Erreichen dessen maximaler Wasserüberlaufmenge noch weitere bewegliche Überlaufschwellen (3) in der beschriebenen Aus führung eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsmäßigen Meßeinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 den schematischen Aufbau und in

Fig. 2 schematisch die Wirkungsweise der neuen Meßeinrichtung in einem Wasserüberlaufbauwerk.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein nicht näher dargestelltes Wasserüberlaufwerk, in dem mittels einer langen und stationär errichteten Überlaufschwelle 2 eine definierte maximale Wassermenge gestaut wird. Beim Erreichen der Oberkante der langen stationären Überlaufschwelle 2 wird dieses Wasserstandsereignis mittels einer Drucksonde 7 oder eines Ultraschallsensors 8 in einer Steuer- bzw. Regeleinheit 6 verarbeitet, so daß durch eine Antriebseinheit 5 ein geeignetes Stellglied 4 die im Verhältnis zur stationären Überlauf schwelle sehr viel kürzere und bewegliche Überlaufschwelle 3 solange verstellt, bis daß der übrige Wasserstand im Wasserüberlaufbauwerk 1 während des Überlaufereignisses konstant bleibt und somit die gesamte, vorzugsweise kleinere Wassermenge über die bewegliche Überlaufschwelle wiederum mittels eines weiteren Ultraschallsensors 8 durch die verbesserten Meßbedingungen genauer erfaßt wird.

Fig. 2 zeigt schematisch die Wirkungsweise der neuen Meßeinrich tung, in dem der Wasserstand 9 im Wasserüberlaufbauwerk 1 kurz vor dem Erreichen der Oberkante der stationären Überlaufschwelle 2 mittels geeigneter Sensoren, wie beispielsweise Schwimmkörper, Drucksonde 7 oder Ultraschallsensoren 8 innerhalb eines kurzen Meß bereiches erfaßt wird. Erreicht der Wasserstand 9 die untere Arbeits marke dieses Meßbereiches wird die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 aktiviert.

Die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 gibt in Abhängigkeit des steigenden oder sinkenden Wasserstandes 9 Öffnungs- oder Schließsignale an die Antriebseinheit, so daß möglichst eine geeignete Mittelstellung (Sollwert) innerhalb des Meßbereiches erzielt wird. Die Antriebseinheit 5 betätigt infolge der erhaltenen Signale über ein oder mehrere geeignete Stellglieder 4 die Höhe der beweglichen Überlaufschwelle 3 in der jeweils erforderlichen Richtung, so daß eine hinreichende Steuerung bzw. Regelung der überlaufenden Wassermenge 10 zu stande kommt.

Die Steuer- bzw. Regeleinheit 9 verfügt über eine Signalverstärkungs- und Auswerteelektronik kann neben einer Recheneinheit eine digitale digitale Anzeige sowie geeignete Schnittstellen für Datenfernüber tragungen und Leitrechner enthalten.

Bezugszeichenliste

1 Wasserüberlaufwerk
2 Stationäre Überlaufschwelle
3 Bewegliche Überlaufschwelle
4 Stellglied
5 Antriebseinheit
6 Steuer- bzw. Regeleinheit
7 Drucksonde
8 Ultraschallsensor
9 Wasserstand
10 Überlaufende Wassermenge.

Claims

1. Meßeinrichtung an wasserbaulichen Anlagen aller Art, wie z. B. Regenüberlauf- und Regenrückhaltebecken, Klärbecken und deren Ausläufen, Zuläufe, Löschwasserspeicher, Wasserkraft anlagen, Talsperren und Wasserüberlaufbauwerken (1) mit oder anstelle einer stationären Überlaufschwelle (2), dadurch gekennzeichnet, daß anstelle oder in die stationäre Überlaufschwelle (2) mindestens eine bewegliche Überlaufschwelle (3) eingebaut ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere bewegliche Überlaufschwellen (3) vorzugsweise nacheinander oder auch parallel genutzt werden.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Überlaufschwelle (3) aus ein oder mehren geometrisch definierten Teilen besteht, die eine meßtechnisch günstige Kanalform, wie z. B. Rechteck, Dreieck oder eine gewölbte Oberkante haben.

4. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufschwelle (3) mittels einem oder mehrere geeig neter Stellglieder (4) wie beispielsweise Kette, Seil, Riemen, Zahnstange, Kolbenstange, Hebelgestänge oder ähnlichem, verstellbar ist.

5. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Stellglieder von einer Antriebseinheit (5) betätigt werden kann.

6. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (5) manuell, wasserstandsbetätigt (z. B. durch schwimmende Auftriebskörper), mittels Energiespeicher oder motorisch ausgeführt ist.

7. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Überlaufschwelle (3) in Verbindung mit der Antriebseinheit (5) über eine Steuer-bzw. Regeleinheit (6) auto matisch betätigt wird.

8. Meßeinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die über die bewegliche Überlaufschwelle (3) abfließende Wassermenge herkömmlich ermittelt wird.

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Überlaufschwelle (3) abfließende Wasser menge mit anderen geeigneten Meßmethoden, wie z. B. durch versuchstechnisch überprüfte Zusammenhänge zwischen Überströmungshöhe und überlaufender Wassermenge ermittelt wird.