DE2036742A1 - Wasserspiegelabhängiges Meßgerät für Freispiegelkanäle oder -Behälter mit einem Schwimmer, der auf einem am Gerät drehbar angeordneten Hebel befestigt ist - Google Patents

Description

• Wasserspiegelabhängiges Meßgerät für Freispiegelkanäle oder -Behälter mit einem Schwimmer, der auf einem am Gerät drehbar angeordneten Hebel befestigt ist.
• Es ist bekannt, den Durchfluß in Freispiegelkanälen durch Messung der Wasserspiegelhöhe an einer bestimmten Stelle zu ermitteln. Der Zusammenhang zwischen Wasserspiegelhöhe tmd Durchfluß ist hierbei von der Ausgestaltung des Kanals, seiner Querschnittsform, seiner Wandrauhigkeit, seinem Gefälle usw. abhängig und nicht linear. Auch bei Überfallmeßwehren, Venturikanälen und ähnlichen Einrichtungen wird der Durchfluß durch Messung der Spiegelhöhe ermittelt. Auch hierbei ist der Zusammenhang zwischen Wasserspiegelhöhe und Durchfluß nicht linear.
• Es ist üblich, den nicht linearen Zusammenhang zwischen der erfaßten Spiegelhöhe und dem anzuzeigenden Durchfluß durch ein mechanisches Kurvengetriebe oder Wälzhebelgetriebe oder auf elektrischem Wege durch Anwendung eines entsprechenden unlinear gewickelten Widerstandsferngebers oder dergleichen zu linearisieren.
• Die Spiegelhöhe wird bei diesen Geräten durch einen Schwimmer ermittelt, der sich entweder in einer mit dem Kanal kommunizierenden Schwimmer kammer vertikal auf- und abbewegt und seinen Hub über ein Seil auf eine am Gerät befestigte Seilscheibe überträgt, oder der an einem am Gerät drehbar gelagerten Hebel befestigt ist. In diesem letzteren Fall ist aber die Spiegelhöhe nicht linear mit dem Drehwinkel des Schwimmerhebels, sondern mit der Sinusfunktion des Drehwinkels varknderlich.
• Es ist üblich, diese sinusförmige Verzerrung des Schwi-erhebel-Drehwinkels bei der Ausführung des oben erwähnten Linearisierungsgetriebes bzw. Linearisierungsferngebers für die Durchflüßfunktion zu berUcksichtigen, so daß also sowohl die Sinusfunktion, als auch die Durchfluß-Spiegelhöhen-Funktion zusammen linearisiert werden.
• Diese übliche Ausführung hat aber folgenden Nachteil: Ein Linear sierungsgetriebe, das für Durchflußmeßgerite mit vertikal beweglichem Schwimmer geeignet ist, kann nicht für Durchflußmeßgeräte mit Hebelschwimmer benutzt werden. Außerdem ist die Verzerrung durch die Sinusfunktion von den jeweils vorgegebenen Anfangs- und End-Drehwinkeln des Schwimmerhebels abhängig.
• Durch die Verschiedenheit der örtlichen Gegebenheiten ist es nämlich nicht möglich, immer die gleichen Drehwinkel zu benutzen. Im einen Fall hat der Schwimmerhebel beim Durchfluß Null z.B. einen Winkel von 450 unter der Horizontalen und beim Maximaldurchfluß einen Winkel von 10° unter der Horizontalen, in einem anderen Fall, z.B. bei Durchfluß Null 30° und bei Maximaldurchfluß 5° unter der Horizontalen.
• Man müßte also nicht nur für jede Art von Venturikanal, Überfallwehr und dergleichen ein besondere Linearisierungsgetriebe anfertigen, sondern darüber hinaus für jedes dieser, von der jeweiligen Durchfluß funktion abhängigen Getriebe noch eine genze Anzahl weiterer Linearisierungsgetriebe, in denen verschieden Anfangs- und End-Drehwinkel des Schwimmerhebels berücksichtigt sind.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die sinusförmig verzerrte Beziehung zwischen Schwimmerhub und Drehwinkel des Schwimmerhebels für alle praktisch vorkommenden Drehwinkel in eine lineare Beziehung umzuwandeln, so daß für die nachfolgende Durchflußlineariserung in jedem Fall eine Ausgangswelle zur Verfügung steht, deren Drehwinkel propor tional dem Schwimmerhub ist, unabhängig davon, in welchem Winkel zur Horizontalen der Schwimmerhebel jeweils steht Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines besonderen Eingangsgetriebes gelöst, das in an sich bekannter Weise als Kurvengetriebe oder als Wälzhebelgetriebe ausgeführt ist. Dieses Eingangsgetriebe ist in gleicher Form allgemein verwendbar, völlig unabhängig davon, welche Durchflußfunktions-Linearisierungs-Einrichtung von ihm angetrieben wird.
• In Fig. 1 ist ein Beispiel dieses Kurvengetriebes dargestellt. Es bedeuten: 1 den Schwimmer, der auf der Flüssigkeit schwimmt und die Spiegelhöhe h erfaßt.
• 2 den Schwimmerhebel, der den Drehwinkel α ausführt.
• 3 eine Zahnradübersetzung zur Vergrößerung des Drehwinkels α auf den Drehwinkel ß .
• 4 die Kurvenscheibe des Eingangsgetriebes, deren Drehwinkelß proportional dem Drehwinkel α des Schwimmerhebels ist.
• 5 den Rollenhebel des Eingangsgetriebes, dessen Drehwinkelt sich linear mit der Spiegelhöhe h verändert.
• 6 die Rolle des Rollenhebels 5.
• In Fig. 1 sind die Einzelteile 1, 2, 3, 4, 5 und 6 in ihrer Stellung bei Anfangswert (Durchfluß Null) ausgezogen gezeichnet und in der Endstellung (,laximaldurchfluß) gestrichelt gezeichnet.
• Die Kurve der Kurvenscheibe 4 hat bei dieser Ausführung eine Form, die einer archimedischen Spirale ähnlich ist, sich aber von dieser erstens durch den Unterschied zwischen Sinusfunktion eines Winkels und dem Winkel selbst und zweitens um die Verzerrung durch die endliche Länge des Rollenhehels 5 unterscheidet. Die genaue Konstruktion der Kurvenforn aus den .a,eometrischen Voraussetzungen erfolgt in bekannter Weise nach den Methoden der Getriebelehre.
• Noch günstigere Verhältnisse ergeben sich, wenn man die Kurvenscheibe und den Rollenhebel so anordnet, daß die in der ebenen Projektion als Punkt dargestellten Drehachsen von Survenscheibe und Rollenhebel mit der als Punkt dargesteilten Rollenachse einen spitzen Winkel bilden, dessen Scheitel in der Rollenachse liegt. hierdurch erübrigt sich die andernfalls erforderliche Zahnradübersetzung vor der Kurvenscheibe (alsoaC (3), und die Kurve auf der Kurvenscheibe wird verhältnismäßig kurz und wenig gekrümmt, so daß sie einfach herzustellen ist. Bei dieser unordnung können auch die Kurvenscheibe und der Rollenhebel miteinander vertauscht werden, so daß also die Kurvenscheibe der getriebene und der Rollenhebel der treibende Teil ist.
• Diese Variation des Erfindungsgedankens ist in Fig. 2 dargestellt.
• Darin bedeuten: 1 den Schwimmer, der auf der Flüssigkeit schwimmt und die Spiegelhöhle h erfaßt.
• 2 den Schwimmerbebel, der den DrehwinkelOC ausführt.
• 7 den Rollenhebel des Eingangsgetriebes, dessen Drehwinkel ß proportional oder gleich dem DrehwinkelOC des Schwimmerhebels St, 8 die Kurvenscheibe, deren Drehwinkel # sich linear mit dor Spiegelhöhe h verändert.
• 9 das Kurvenstück der Kurvenscheibe Außerdem sind in Fig. 2 auch noch die nicht zum eigentlichen Erfindungsgedanken gehörenden Teile der Durchflußfunktions-Li ne ari sierung darge -stellt, nämlich 10 Zahnradübersetzung.
• 11 Kurvenscheibe zur Linearisierung der Durchflußfunktion.
• 12 Rollenhebel mit Rolle 13.
• 14 Zeiger, dessen Drehwinkel proportional dem Durchfluß ist.
• 15 Skale.
• Auf die Kurvenscheibe 11 mit Rollenhebel 12 kann man verzichten, wenn man einen der Spiegelhöhe proportionalen Ausschlag wünscht Das erfindungsgemäße Eingangsgetriebe kann also nicht nur in Verbindung mit einer Durchflüßfunktions-Linearisierungs-Einrichtung für Durchflußmessung, sondern auch für die lineare Messung der Wasserspiegelhöhe mittels Hebelschwimmers verwendet werden.
• Bei den in Fig. 11 und 2 dargestellten Kurvengetrieben liegen die Rollen kraftschlüssig an der Kurve an, d.h. sie werden durch eine Feder- oder Gewichtskraft auf die Kurve gedrückt.
• Bei der Ausführung des Eingangsgetriebes nach Fig. 2 mit der verhältnismäßig kurzen Kurve ergibt sicht auch noch die Möglichkeit, auf einfache Weise die Rolle noch Art einer Kurbelschleife beiderseitig zu umfassen.
• Hierdurch sind Rolle und Kurve nicht kraftschlüssig, sondern formschlüssig miteinander gehoppelt. Dies ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt.
• Hier bedeutet: 16 die als Kurbelschleife ausgebildete Kurvenscheibe mit dem Kurvenstück 9.A nstelle des Zeigers 14 mit Skale 15 kann auch eine Schreibeinrichtung oder ein mechanisches Zählwerk oder ein elektrischer Ferngeber angebracht werden

Claims (5)

1. Patentansprüche li Wasserspiegelabhängiges Meßgerät für Freispiegelkanäle oder -Behälter mit einem Schwimmer, der auf einem am Gerät drehbar angeordneten Hebel befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gerät ein Kurvengetriebe angeordnet ist, dessen Kurvenscheibe (4) (Fig. 1) durch den Schwimmerhebel (2) angetrieben wird und dessen Kurve derart geformt ist, daß sich der Rollenhebel (5) um einen mit der Flüssigkeitsspiegelhöhe linear veränderlichen Winkel dreht.
2. 2. Wasserspiegelabhängiges Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehpunkte von Rollenhebel (7) und Kurvenscheibe (8) nach Fig. 2 mit der Rollenachse einen spitzen Winkel bilden, dessen Scheitel in der Rollenachse liegt.
3. 3. Wasserspiegelabhängiges Meßgerät ähnlich Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenhebel (7) nach Fig. 2 vom Schwimmerhebel (2) angetrieben wird, und daß die Kurvenscheibe derart geformt ist, daß sie sich um einen mit der Flüssigkeitsspiegelhöhe linear veränderlichen Winkel verdreht.
4. 4. Wasserspiegelabhängiges Meßgerät ähnlich Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe nach Art einer Kurbeischleife (16) (Fig. 3) ausgebildet ist, die die Rolle von beiden Seiten umfaßt.
5. 5. Meßgerät ähnlich Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kurvenscheibe (4 bzw. 8 bzw. 16) mit Rollenhebel (5 bzw. 7) ein Wälzhebelgetriebe verwendet wird.

   L e e r's e i t e