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Beschreibung UAnordnung für die Probenentnahme und die Messung physikalischer
Parameter am Grund eines flüssigen Mediums" Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf eine Anordnung für die Probenentnahme am Grund eines flüssigen Mediums und auf
die Messung von physikalischen Parametern am Grund des Mediums und betrifft insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich, eine Anordnung, die es erlaubt, eine bestimmte Quantität
der Flüssigkeit unter bestimmten physikalischen Bedingungen am Grund eines schwer
zugänglichen Mediums, wie eines Flusses, eines Stromes, im Meer u.dgl., zu isolieren
und zu entnehmen.
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Es sind bereits Methoden für Probenentnahmen bekannt, die darin bestehen,
daß in den Fluß oder das betreffende Medium ein gewöhnlicher Rezipient versenkt
wird versenkt wird mit einem Ballast, der an einem Kabel hängt und nachher wieder
an die Oberfläche gezogen wird, um die Flüssigkeit und die in ihr befindlichen Feststoffe,
die entnommen wurden, zu analysieren.
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Nach einer etwas genaueren, jedoch noch immer beschränkten Methode
für die Entnahme flüssiger Proben benutzt man Flaschen, die eventuell mit Vorrichtungen
für die Messung der Temperatur versehen sind und die vertikal zum Grund des betreffenden
Mediums abgesenkt werden. Eine Anordnung erlaubt dabei das Schwenken dieser Flaschen
während der Probenentnahme, und es können Mittel vorgesehen sein, um mit der Probenfüllung
erst in dem Augenblick und an dem genauen Ort zu beginnen, den der die Prüfung Vornehmende
wünscht.
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Falls beispielsweise ein nicht homogenes Medium, wie ein Fluß, untersucht
wird, kommt es vor, daß das bewegte Wasser Feststoffe mit sich führt, wie Sand oder
Bruchteile von Steinen, vegetabilische oder tierische Materialien oder sonst gelöste
Elemente.
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Es ist deshalb für eine genaue Untersuchung dieser Medien nicht nur
notwendig, eiakufAlliges Gemisch dieses Wassers und der in ihm enthaltenen Elemente
zu entnehmen, sondern es soll an einem vorbestimmten Ort ein Anteil der Strömung
wisoliertw werden unter physikalisch genau vorbestimmten Bedingungen, und das soll
erfolgen, ohne die Strömung zu stören. Ein solches Resultat kann man offensichtlich
nicht mit Hilfe der oben beschriebenen Einrichtungen erhalten.
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Die vorliegende Erfindung hat eine Anordnung für das Isolieren einer
Flüssigkeitsquantität aus dem Medium zum Gegenstand für die Entnahme einer Probe
unter vorgegebenen physikalischen Bedingungen, ohne das medium zu stören.
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Diese Anordnung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie
aus einem beweglichen Apparat, aufgehängt an einem Tragkabel, besteht, der mindestens
eine zylindrische Röhre aufweist für die Aufnahme des zu prüfenden Flüssigkeitsanteils,
die an ihren Enden mit Verschlußpforten in ebener oder zylindrischer Form ausgestattet
ist, die im offenen Zustand der Röhre eine Lage parallel zur Röhrenachse einnehmen,
ferner eine Leitvorrichtung parallel zu der Röhrenachse für die Orientierung der
Röhre parallel zur Strömung am Grund des Mediums, in das
sie versenkt
ist, aufweist, daß Federn vorgesehen sind, die die Pforten in Schließrichtung gegen
den Einfluß von ferngesteuerten Zlltteln vorspannen, die die Pforten in ihrer offenen
Stellung halten, und daß schließlich Vorrichtungen für die Messung physikalischen
Charakteristiken des Mediums in der Umgebung der Entzaahmestelle vorgesehen sind.
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Andere kennzeichnende Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung werden
aus der Beschreibung eines Ausfümngsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen
erkennbar, in denen, Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
zeigt und Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Anordnung darstellt.
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In der folgenden Beschreibung wird gleichzeitig auf beide Figuren
Bezug genommen.
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Die Anordnung, die in den beiden Figuren dargestellt ist, ist vorzugsweise
dafür bestimmt, auf den Grund eines flüssigen Mediums versenkt zu werden, wie eines
Flusses, eines Kanals, ii Meer usw., wobei die betätigende Person sich außerhalb
der Oberfläche des Mediums befindet, beispielsweise auf einer Brücke über dem Fluß,
in einem Fahrzeug oder dergleichen.
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Die Anordnung besteht aus einem Tragkäfig 1, der in parallelepipedischer
Form aus der Zusammenstellung zweier U-f@@miger Teile besteht, von denen man in
Fig. 1 die vertikalen Arme 2 und 3 erkennt und in Fig. 2 die horizontalen Arme 4
und 5. Die Abstnde zwischen diesen Teilen werden durch mindestens eine Stange 6
mit T-förmigem Querschnitt sichergestellt, deren Enden an den mittleren Teil der
horizontalen Arme 4 und 5 angeschweißt sind.
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Die oberen Spitzen des Käfigs sind mit Anhängerringen 7,8,9,10 ausgerüstet,
die das Einhängen von Kabeln 11,12,13 und 14 gestatten, die ihrerseits mit einem
Hauptkabel 15 verbunden sind. Auf den beiden Seiten des Käfigs sind zwei flache
Streben 16 und 17 befestigt, die sich bei 18 und 19 krümmen und bei 20 miteinander
vereinigen, um das Anbringen einer Leitvorrichtung 21 in Form eines flachen trapezförmigen
Metallteils zu gestatten, der mittels dreier Schrauben 22,23 und 24 befestigt ist.
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Diese Leitvorrichtung 21 ist dafür bestimmt, die Anordnung in der
Strömungsrichtung zu orientieren, wenn sie an den Grund eines beweglichen Mediums,
wie beispielsweise eines Flusses, versenkt wird. Demnach wird der Teil der Anordnung
als der vordere bezeichnet, der stromaufwarts gerichtet ist, und derjeniger Teil
der Anordnung als der hintere, der stromabwärts gerichtet ist, oder, mit anderen
Worten, der Teil, an dem sich der Stabilisator befindet.
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Die unteren Enden des Käfigs, zurückgebogen, um FUße 25,26,27 und
28 zu bilden, dienen der Befestigung des Hauptteiles der Anordnung, die noch zu
beschreiben ist, mittels der Muttern 29,30,31 und 32. Der Hauptteil besteht aus
zwei rechteckigen Metallplatten 33,34 gleicher Abmessungen, die parallel zueinander
angeordnet sind. Die obere Platte 33 ist mit einer runden Ausnehmung 35 im mittleren
Teil ihrer großen Seite versehen sowie mit einer anderen Ausnehmung 36 kleinerer
Abmessung. Diese Ausnehmungen dienen als Platz für Geräte zur Bestimmung der Wasserströmung,
des pH-Wertes usw., wie man später erkennen wird. Die untere Platte 34 besitzt keine
Ausnehmungen. Sie dient im wesentlichen als Rost für die Entnahme der festen Bestandteile
des Flusses.
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Der Abstand und die Anordnung der beiden Platten 33 und 34 sind sichergestellt
durch acht Träger, von denen in Fig. 1 bei 37 und 38 einige sichtbar sind. Man erkennt
bei 39@0,41 und 42 die Muttern für die Befestigung der oberen rechteckigen Platte
33.
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Die Muttern 29,30,31 und 32 dienen außerdem für die Befestigung des
Käfigs. Man erkennt auch, daß die unteren Enden 25,,26,27 und 28 des Käfigs winklig
abgebogen sind. Die dadurch gebildeten Füße sind mit Löchern für den Durchlaß von
vier mit Gewinde versehenen Trägern versehen, auf denen vier Muttern 29,30,31,32
sitzen, die zur Halterung dienen.
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Zwischen den beiden Platten 33 und 34 sind zwei parallelepipedische
Röhren 43 und 44 angeordnet, vorzugsweise aus plastischem Material und mit offenen
Enden, wie für die Röhre 43 bei 45 und 46 dargestellt. Die Abmessungen der Röhren
43 und 44 sind so gewählt, daß dieselben sich zwischen die vier Träger einfügen,
an denen der Tragkäfig mit seinen Haiterungen befestigt ist.
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Die Röhren 43 und 44 sind auch bezüglich der ihnen zugeordneten Mechanismen
gleich. Diese Mechanismen sind für die Röhre 43 und die Röhre 44 in verschiedenen
Zuständen gezeigt, um ihre Funktio besser erlautern zu können.
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Es ist demgemäß gleichgültig, welche der einrichtungen näher beschrieben
wird. In diesem Fall soll sich die Beschreibung auf die Röhre 43 beziehen, die in
Fig. 1 dargestellt ist.
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Um die Fig. 1 nicht unübersichtlich zu machen und zu überladen, ist
vorausgesetzt worden, daß die den Röhren 43 und 44 zugeordneten Mechanismen in dem
gleichen Zustand dargestellt sind, d.h. im geöffneten Zustand der Röhre.
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Die gleichen Bezugs: eichen beziehen sich auf die gleichen Teile
der Mechanismen, die beiden Röhren 43 und 44 zugeordnet sind.
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Jede Röhre (und wir beziehen uns hier auf die Röhre 43) ist durch
vier halbrunde Ansätze 47,48,49,50 aus Plastikmaterial gehalten, die am Oberteil
der Röhre auf beiden großen Seiten der rechteckigen Platte 33 angeklebt sind. Diese
Ansätze erlauben eine Verschiebung der Röhre in Längsrichtung. Eine seitliche Bewegung
ist, wie man gesehen hat, nicht möglich dank den Trägern , zwischen denen jede Röhre
plaziert ist.
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Auf der Platte 33 sind zwei Vorrichtungen für das Schließen der Röhren
befestigt.
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Die eine ist in der Stellung dargestellt, die der geschlossenen Röhre
entspricht (Röhre 44), die andere in der Stellung, die der geöffneten Röhre entspricht
(Röhre 43), und es ist diese letztere Stellung, bezüglich der die Beschreibung fortgesetzt
wird.
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Man erkennt gleichermaßen, daß das System der Röhren schließung seinerseits
symmetrisch ist, und demgemäß wird nur das 8 für das Schließen des Endes 45 der
Röhre 43 bestimmte System auf der hinteren Seite der Anordnung beschrieben, wobei
sich die gleichen Bezugszeichen auch auf andere Teile beziehen, die jedoch durch
einen unterscheidenden Indexstrich gekennzeichnet sind.
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In der Nähe des Endes 45 der Röhre 43 ist eine Pforte 51 in rechteckiger
Form angeordnet, die an einer ihrer Seiten mittels zweier Scharniere gelagert ist,
deren Gelenkteile 52 und 53 mit der Pforte 51 verbunden sind, während ihre anderen
Gelenkteile 54 und 55 an der oberen Platte 33 angebracht sind.
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Man erkennt bei 56 und 57 zwei Befestigungsmuttern sowie zwei Bolzen
S8 und 59, die gleichzeitig als Anschlag am Ende der Federn dienen, die weiter unten
beschrieben werden.
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Man erkennt, daß die Scharnierteile 54 und 55 so ausgebildet sind,
daß sie in Längsrichtung in bezug auf die Röhre 43 versetzt werden können in einer
solchen Weise, daß die Schließpforte 51 in bezug auf das Ende der Röhre 43 justiert
werden kann, und zwar sind Langlöcher 60,61 und 62,63 in den Scharnierteilen 54
und 55 angebracht.
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Die Seite der Pforte 51, die sich dank der Lagerung mittels der Scharnierachsen
64 dem Inneren des Endes der Röhre 43 zudrehen kann, ist mit einer Bedeckung 65
(s. Fig. 1) aus einem elastischen Material, wie beispielsweise ichgusti, versehen.
Die liöhe dieser Bedeckung kann gering sein, um die Strömung an den Rändern der
öffnung der Röhre 43 zu vermeiden.
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Auf der Oberseite 66 der Pforte 51 ist ein Hebel 67 angebracht, dessen
anderes Ende ein Gelenk, bestehend aus der Achse 68 und dem GelenkbUgel 69, trägt,
der seinerseits mittels der Achse 70 drehbar mit dem Ende eines Kolbens 71 verbunden
ist. Dieser Kolben ist verschiebbar im Inneren zweier Ausnehmungen in Führungsstücken
72 und 73 gelagert, die fest mit der oberen Platte 33 verbunden sind. Das Ende des
Kolbens 71 ist mit Gewinde versehen. Dieses mit Gewinde versehene Ende dient als
Halterung für ein Plättchen 74 mittels einer Mutter 75, so daß das Plättchen in
Längsrichtung verschoben werden kann.
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Das Plättchen 74 dient als Halterung für die Enden zweier Federn
76 und 77, deren andere Enden mit zwei Halterungen 58 und 59 verbunden sind, die
ihrerseits, wie bereits beschrieben, zur Befestigung der Gelenkteile 54 und 55 der
Scharniere der Pforte 51 dienen. Eine Längsverschiebung des Plättchens 74 verändert
die Vorspannung der Federn 76 und 77.
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Das mit Gewinde versehene Ende des Kolbens 71 ist außerdem mit einer
Mutter 78 versehen (sichtbar bei dem Mechanismus auch in Fig. 1 der Röhre 44), die
von einem Kle:nmbacken 79 gehalten wird, ebenso wie die Mutter 78', die dem Schließmechanismus
des Endes 46 der Röhre 43 zugehört.
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Dieser Klenibacken 79 ist am Ende eines Armes 80 des Hebels 81 angebracht,
dessen anderer Arm einen flachen Abschnitt 82 mit einer öffnung 83 aufweist. Der
Hebel 81 ist mittels der Achse 84 drehbar gelagert, die ihrerseits einstückig mit
der oberen Platte 33 verbunden ist.
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Die Arbeitsweise des Schließsystems ist leicht zu verstehen.
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In der Öffnungsstellung ist der Kolben 71 gegen die Vorspannung der
Federn 76 und 77 in einer solchen Stellung gehalten, daß die Mutter 78 (und ebenso
die Mutter 78') von dem Klemmbacken 79 umklammert wird. Beim Schließen stUtzt sich
der Hebel 81 mit seinem Arm 82 ab und gibt die Mutter 78 und die Mutter 78' frei,
so daß die Pforten 51 und 51' durch die Vorspannung der Federn 76 und 77 geschlossen
werden können (ebenso 76',77'). Die Fernsteuerung dieser schließ vorgänge wird auf
folgende Weise bewirkt: Für die Schließsteuerung der Röhren 43 und 44 ist je ein
Führungsdraht 85 vorgesehen, der von der Bedienungsperson zu einer Aufhängevorrichtung
auf der Platte 33 führt und dabei die Öffnung 83 in dem flachen Abschnitt 82 des
Hebels 81 durchsetzt. Ein Gewicht 87 mit beispielsweise einer zylindrischen Form
(whe es nur in der Fig. 1 dargestellt ist) weist eine zentrale Bohrung auf, durch
die der Führungsdraht 85 verläuft.
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Wenn die Bedienungsperson das Gewicht am Ende des Führungsdrahtes
in irgendeinem gewünschten Augenblick losläßt, gleitet es entlang dem Draht und
schlägt auf den Arm 82 des Hebels in der Nähe des Loches 83 auf, wobei eine plötzliche
öffnung der Röhre 43 erfolgt, wie es'oben beschrieben wurde. Die Röhre 44 ist offensichtlich
mit dem gleichen Steuerungssystem ausgestattet.
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Wenn das gleichzeitige Schließen beider Röhren 43 und 44 erwünscht
ist, braucht man nur ein einziges Gewicht zu benutzen und kann die beiden Hebel
mechanisch miteinander kuppeln.
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Um die Abdichtung der Röhren zu erreichen, ohne dauernd eine Vorspannung
der Federn 76,77 zu benötigen, ist eine Verriegelungseinrichtung für jede Pforte
vorgesehen mittels der beiden Klinken 88 und 89 aus einem elastischen Band, dessen
Enden zurückgebogen sind. Diese Klinken sind beidseitig auf der unteren Platte 34
befestigt.
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An der Vorderseite der Anordnung und in den halbkreisförmigen Aussparungen
35 zwischen den beiden Probenentnahmeröhren 43 und 44 kann ein Meßgerät 90 für die
Strömungsgeschwindigkeit angeordnet sein. An der Rückseite der Vorrichtung in der
kleinen Ausnehmung 36 gegenüber der runden Ausnehmung können andere Einrichtungen,
wie Thermoelemente für die Messung der Temperatur, Meßsonden für den pH-Wert usw.,
angebracht werden (diese sind nicht in den Zeichnungen dargestellt).
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Um eine Probenentnahme beispielsweise in einem Fluß vorzunehmen,
wird die Anordnung mittels eines Tragkabels 15 versenkt, an dem ein nicht dargestelltes
Kabel befestigt ist für die Weiterleitung der elektrischen Informationen, die von
den Meßgeräten abgegeben werden, undi außerdem die beiden Drähte (von denen einer
mit85 bezeichnet ist), die der Führung der beiden Gewichte für die Steuerung des
Schließvorganges der Röhrenpforten dienen.
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Solange die Anordnung von der Flußströmung durchsetzt wird, sind
ihre Pforten geöffnet und stellen sich parallel zur Longitudinalrichtung der beiden
Röhren. Die beiden Klemmbacken, von denen eine mit 79 bezeichnet ist, die die Muttern
78,78' halten, bewirken, daß die verschiedenen Kolben in einer Stellung entsprechend
der Öffnung der Pforten verharren.
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Infolge des Einflusses der Leitvorrichtung 21 orientiert sich die
Anordnung in Strömungsrichtung.
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Für gewisse Untersuchungen ist es erwünscht, eine Probe vom Grund
des Flusses selbst zu entnehmen; in diesem Fall wird die Anordnung abgelassen, bis
sie auf den Grund des Flusses auftrifft (was sich sogleich an der Spannung des Tragkabels
bemerkbar nacht). flie geringe Höhe der rechteckigen Basisplatte 34 ebenso wie die
parallelepipedische Form der Röhren 43 und 44 erlaubt auch die Entnahme einer Probe
so nahe dem Grund wie irgend möglich.
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Sobald die Anordnung auf das Niveau abgelassen ist, das von dem Experimentator
gewünscht wird, und die physikalischen Bedingungen der Probenentnahme, wie Temperatur,
pH-Wert in der Umgebung der Probenentnahme usw., bestimmt worden sind, läßt man
das metallische Gewicht, wie das mit 87 bezeichnete, längs des Führungsdrahtes 85
gleiten. Am Sunde seines Weges schlägt es auf das Ende des Hebels 81 auf, der dadurch
die beiden Muttern 78,78' freigibt, wodurch plötzlich die beiden Enden der Röhre
43 geschlossen werden und wodurch eine bestimmte Flüssigkeitsmenge isoliert wird.
Die Zusammensetzung dieser Flüssigkeit wird nicht von dem Schließvorgang gestört,
weil dieser sehr schnell verlEuftw Die gleiche Operation wird mit Hilfe der zweiten
Röhre 44 vorgenommen, sei es auf dem gleichen Entnahmeniveau oder sei es auf einem
anderen Niveau, je nach den geforderten Bedingungen des Experiments.
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Man erkennt, daß die Anordnung den großen Vorteil aufweiset, daß
nur eine sehr geringe Störung der Umgebung erfolgt, wo die Probe entnommen wird.
Sie erlaubt, in einem bestimmten Augenblick einen Teil des strömenden Flüssigkeitsmediums
zu isolieren, das die gleiche Natur aufweist, als sei der Probenentnahmeapparat
nicht existent.
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Tatsächlich bietet die Anordnung dank der Form der Probenentnahmeröhren
und der Stellung der Pforten während ihrer Öffnungsstellung der Strömung einen praktisch
vernachlasigbaren Widerstand, wenn sie einmal mit Hilfe der Leitvorrichtung 21 in
dia richtige Orientierung gebracht worden tgt.
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Die Strömung wird nicht gestört und durchsetzt die Probenentnahmeröhren
43 und 44.
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Die Anordnung weist einen hohen Grad der Betriebssicherheit auf.
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Die Anordnung für das Schließen der Pforten ist so konzipiert, daß
eine unerwUnschte Schließung derselben nicht stattfinden kann. Tatsächlich kann
man bemerken, daß eine zufällige Spannung des Drahtes innerhalb des Mediums keinen
Einfluß auf das System der Pfortenschließeinrichtung hat. Das ist insbesondere von
Bedeutung am Grund eines Mediums wie beispielsweise eines Flusses, wo störende Elemente
mitgeführt werden können, wie beispielsweise die Äste von Bäumen, die sich in dem
Draht verhängen und einen zufälligen Zug auf denselben ausüben könnten.
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Die Anordnung ist einfach konstruziert, wenig kostspielig, platzsparend
und sehr sicher im Betrieb.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, das vielen Abwandlungen unterworfen werden kann, sondern das Ausführungsbeispiel
wurde nur zum besseren Verständnis der Erfindungsgedanken beschrieben.
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Patentansprüche t