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Fernmelde- bzw. Fernsteuerungseinrichtung, bei welcher die Meldungen
und Kommandos mittels Schallwellen übertragen werden Bei der Einrichtung moderner
Wasserwerke wird vielfach vollautomatischer Betrieb verlangt, d. h. die Ein- und
Abschaltung der Pumpenmotoren soll durch eine selbständige Steuerung vom Hochbehälter
aus erfolgen. Andererseits will man bei Wasserwerken mit nicht vollautomatischem
Betrieb die Steuerung der einzelnen verstellbaren Organe möglichst von einer Zentralstelle
aus vornehmen. In diesem Falle pflegt man die beweglichen Organe elektrisch über
Leitungen fernzusteuern und deren Stellung beispielsweise nach einer erfolgten Stellungsänderung
nach der Zentralstelle zu melden. Die Auswahl kann dabei durch Einstellung von Wählern
oder durch Betätigung von Resonanzrelais mittels Wechselströme verschiedener Frequenz
erfolgen. Der Überwachungsbeamte behält hierdurch jederzeit den notwendigen Überblick
über die jeweiligen Betriebsverhältnisse. Man hat nun bereits für Wasserwerke, aber
auch für Wasserkraftwerke o. dgl. vorgeschlagen, für die Meldungen Schwimmerschalter,
welche die Fernstromkreise beeinflussen, zu verwenden. Diese sind im Hochbehälter
angebracht und werden vom Wasserspiegel direkt beemflußt. Die Schwimmerschalter
sind oft auch derart angeordnet; daß ihre Kontakte über die Fernleitung unmittelbar
an den Zugspulenkreis der Motornetzschützen geschaltet sind, so daß bei einem entsprechenden
Wasserstand diese Kontakte geschlossen und die Motoren dadurch eingeschaltet und
beim Höchstwasserstand aber geöffnet und somit die Pumpen wieder abgeschaltet werden.
Eine andere bekannte Anordnung besteht darin, daß die Kontakte dieser Schwimmerschalter
elektrische Fernsteuerungseinrichtungen mit leitungssparenden Mitteln direkt oder
über die notwendigen Zwischenglieder beeinflussen. Vielfach wird auch die Steuerung
durch einen elektrischen Pegel bewirkt, dessen Wirkungsweise auf dein Prinzip der
Widerstandsmessung beruht. Bei allen diesen Arten der Fernsteuerung und Fernmeldung
bzw. auch bei dem automatischen Betrieb mit Rückmeldung ist aber das Vorhandensein
einer oder mehrerer besonderer Steuerleitungen zwischen dem Hochbehälter und dem
Pumpenhaus unbedingt erforderlich. Die Anlage einer derartigen Steuerleitung, gleichgültig
ob dies eine Kabel- oder Freileitung ist, bedingt jedoch einen erheblichen Unkostenaufwand,
zumal es sich hierbei meistens um verhältnismäßig große Entfernungen handelt. Dies
gilt insbesondere auch für
Energie- und Rohrleitungsnetze anderer
Art, in welchen verstellbare Glieder zu betätigen bzw. deren Stellungen fernzumelden
sind.
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Weiterhin ist es bekannt, Drücke dadurch fernzumessen, daß man an
den Druckraum ein Rohr anschließt und den am Ende des Rohres herrschenden Druck
mißt. Es ist außerdem bekannt, bei Schiffskommandoanlagen die Sprache über Rohre
zu leiten und diese Rohre zur besseren Schallübertragung mit Wasser zu füllen. In
diesen Fällen werden entsprechend den besonderen elektrischen Leitungen besondere
Rohrleitungen zur Fernmeldung verlegt. Elektrische Schallsender und Schallempfänger,
die elektrische Ströme in Schall umsetzen und umgekehrt Schall wieder in elektrische
Ströme verwandeln, sind ebenfalls bekannt und wurden vorzugsweise auf Schiffen verwendet.
Schließlich ist es auch bekannt, an einem Rohrleitungsnetz durch Änderung des herrschenden
Druckes auf Druck ansprechende Kontakte zur Betätigung von Geräten zu verwenden.
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Demgegenüber wird durch die Erfindung eine einfache Anlage zur Übertragung
von Meldungen und Kommandos mittels Schallwellen angegeben, die keine besonderen
übertragungsleitungen oder Rohrleitungen benötigen. Dies wird dadurch erreicht,
daß die Übertragung der Meldungen und Kommandos durch Schallwellen erfolgt, die
an den Geberorten in der Flüssigkeit vorhandener Rohrleitungen zu diesem Zweck erzeugt
werden und an den Empfangsorten über in diesen angebaute Empfänger für Schallwellen
mit anschließender Verstärkung selbsttätig Anzeige-oder Steuervorrichtungen betätigen.
Zweckmäßig wird hierbei die Einrichtung so getroffen, daß -jedem verstellbaren Organ
bzw. jeder seiner Stellungen ein Ton bestimmter Höhe zugeordnet ist. Eine besonders
vorteilhafte Anordnung gemäß der Erfindung wird auch dadurch erhalten, daß in den
Empfangsstellen in den Rohrleitungen Membranen vorgesehen sind, die über Zwischenglieder
die Schalt- und Anzeigevorgänge bewirken. Hierbei wird durch die Membran zunächst
ein Mikrophon erregt, dessen Stromschwankungen durch eine Verstärkereinrichtung
verstärkt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Anwendung
auf die selbsttätige Fernsteuerung eines Pumpenwerkes mit Meldeeinrichtungen mittels
Schallwellen schematisch dargestellt. Im Hochbekälter H wird auf mechanischem Wege
durch die Energie des steigenden oder fallenden Wasserspiegels ein genügend starker
Ton erzeugt. Als Geber dient hierbei ein im Hochbehälter H aufgehängtes Stahlrohr
a, welches hei jedem Wasserstand in inniger Berührung mit dem Wasser ist. Ein Schwimmer
b betätigt den Hammer c, welcher allmählich an-,gehoben wird und der bei einem bestimmten
Wasserstand herabfällt und einen starken Schlag gegen das Stahlrohre ausführt. Durch
diesen Schlag wird ein kräftiger Ton erzeugt, dessen Schallwellen sich durch die
abgeschlossene Wassersäule der Steigleitung S fortpflanzen. Die Fortleitung der
Schallwellen im Wasser erfolgt bekanntlich mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit
und geringer Dämpfung. - So sind z: B. auch die Stöße einer Kolbenpumpe über kilometerweite
Entfernungen im Hochbehälter deutlich . vernehmbar. Die Schallwellen treffen im
Pumpenhaus P auf die zweckmäßig in einem nach unten verlängerten Arm der Steigleitung
S angebrachte Membran d auf, so daß dieselbe in Schwingungen versetzt wird. Vermittels
eines Stiftese werden die Schwingungen der Membran auf ein Mikrophon/ übertragen.
Hierdurch wird das Mikrophon erregt und dessen Stromschwankungen über den Transformator
T1 dem Gitter g einer Verstärkerröhre h der Verstärkereinrichtung V zugeführt. Der
durch die Röhre fließende Anodenstrom nvird auf bekannte Weise über einen zweiten
Transformator T= einer zweiten Verstärkerröhre hl zugeführt. Die Frequenz des entstehenden
pulsierenden Gleichstromes entspricht dabei der Frequenz . der übertragenen Schallwellen.
Nachdem der pulsierende Gleichstrom das letzte Verstärker rohr verlassen hat, wird
dieser einem Frequenzrelais IZ zugeführt, dessen auf dieselbe Frequenz abgestimmte
Zungekl oder k. erregt, d. h. in Schwingungen versetzt wird.
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Um die durch den langen Weg und die Trägheit der Membran auftretende
starke Dämpfung der Schwingungen- auszugleichen, wird zweckmäßig der Eingangstransformator
der Verstärkereinrichtung mit einem verhältnismäßig hohen übersetzungsverhältnis
gewählt. Eine hierdurch etwa bewirkte Verzerrung des Tones ist unbeachtlich, da
ja an einer naturgetreuen Wiedergabe des im Hochbehälter erzeugten Tones nichts
gelegen ist. Auch die Stärke der ankommenden Schallwellen ist von nicht allzu großer
Bedeutung, da deren Verstärkung in weiten Grenzen möglich ist. Wichtig ist dabei
nur die Auswahlfähigkeit der Empfangseinrichtung, da bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
,zwei, unter Umständen aber eine sehr große Anzahl verschiedener voneinander unabhängiger
Melde- oder Steuervorgänge auszuführen sind. So soll z. B. das Einschalten der Pumpen
bei dem tiefsten Wasserstand, das Ausschalten derselben bei einem gewissen Höchststand
erfolgen. In diesem Falle sind im Hochbehälter zwei verschieden hohe Töne zu erzeugen.
Dies
wird -bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ohne zusätzliche
Hilfsmittel in einfacher Weise dadurch bewirkt, daß bei dem. Höchstwasserstarid
nur ein kurzes Stück des Stahlrohres über dem Wasserspiegel frei liegt, wodurch
ein bestimmter hoher Ton entsteht, während bei dem tiefsten Wasserstand die gesamte
Länge des Schwingungskörpers a in Schwingungen gerät. Dies hat zur Folge, daß beim
Tiefstwasserstand ein entsprechend tieferer Ton entsteht. In gleicher Weise können
Tonzwischenlagen geschaffen werden, denen an dem Frequenzrelais 12 auf die @entsprechende-
Frequenz abgestimmte Zungen zugeordnet -sind, welche die Einleitung vorbeugender
bzw. vorbereitender. Schaltmaßnahmen, die Einleitung von Warnungssignalen o. dgl.
bewirken.
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In der . Zeichnung sind der Einfachheit halber an dem Frequenzrelais
R nur zwei Zungen kt und k2 vorgesehen, von denen die eine in Schwingungen gerät,
wenn der hohe Ton erzeugt wird, die also auf eine dem hohen Ton entsprechende Frequenz
abgestimmt ist, während die andere mit dem tiefen Ton bzw.' mit der niederen Frequenz
in Resonanz .ist. Die Kontakte kt und k2 betätigen über die Relaiswicklungen sl
und s2 eine Quecksilberschaltröhre L, beispielsweise derart, daß bei Erregung der
Spulest das Rohr l zum Kippen, d. h. zum Einschalten gebracht wird, wodurch der
Schaltschütz für den AntriebsmotorM der Pumpe p erregt wird. Spricht später die
zweite Kontaktzunge k2 an, so wird die Quecksilberschaltröhre L in die Ruhestellung
zurückgeführt, wodurch- die Öffnung des Stromkreises des Schaltschützes s des Antriebsmotors
bewirkt wird. Der Schalter des Antriebsmotors 'm kehrt alsdann unter der Wirkung
eines in der Zeichnung nicht dargestellten Kraft; speichers ebenfalls in die Ausschaltstellung
zurück.
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Schaltet man 2arallel zu dem Magnet-System i des Resonanzrelais
R einen Lautsprecher m, so kann man gleichzeitig an der Überwachungsstelle des Pumpenhauses
P den Schlag hörbar machen. Außerdem kann man aber auch gemäß der Erfindung, beispielsweise
durch die Energie des aus dem Hochbehälter entströmenden Wassers, einen Dauerton
@erzeugen, dessen Frequenz der jeweiligen Höhe des Wasserspiegels entspricht. In
diesem Falle wird an dem Ausgangskreis zweckmäßig ein frequenzanzeigendes Meßinstrument
a angeschlossen, vorzugsweise ein Frequenzm@eßgerät nach Art der an sich bekannten
Zungenfrequenzmesser, dessen Skala unmittelbar in Metern/Wassersäule geeicht werden
kann. Auf diese Weise wird ei ermöglicht, den Wasserstand im Hochbehälter in der
überwachungsstelle des Pumpenhauses ohne die:. Schaffung,-besonderer Fernleitungen
anzuzeigen. - Durch entsprechende Kombination beider Einrichtungen wird es ermöglicht,
eine vollständig selbsttätig arbeitende Einrichtung zur überwachung des Pumpenwerkes
sowie zum selbsttätigen Betrieb des Pumpenwerkes zu schaffen. Soll außer -der kontinuierlichen
Wasserstandsanzeige noch ,eine besondere Anzeige der beiden Endstellungen vorgenommen
werden, so sind von den Zungen hl und k2 bzw. von den diesen zugeordneten Zungen
des Anzeigeinstrumentes iz besondere Anzeigeorgane zu steuern.
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Die Einrichtung .gemäß der Erfindung ist außer zur Übertragung von
Meldungen und Steuerkommandos, die durch Änderungen im Hochbehälter bewirkt werden,
auch zur übertragung von Kommandos geeignet, die von der zentralen Überwachungsstelle
aus gegeben werden. In diesem Falle tritt in der Überwachungsstelle zu der Empfangsmembran
d noch ein mechanischer Schwingungserzeuger nach Art des Schwingungserzeugers c",
durch den ein Kommando nach dem Hochbehälter H _gegeben werden kann. Dieses kann
dort zur Veränderung eines Abstellschiebers o. dgl. verwendet werden. In ähnlicher
Weise können über die Steuerleitung $ Kommandos ausgesandt werden; die den am Hochbehälter
beschäftigten Arbeitern Kommandos besonderer Art übermitteln. Zur sicheren Trennung
der einzelnen Schalhvellen bzw. zur Sperrung gegen die Maschinengeräusche werden
vorteilhaft mechanische oder elektrische Sperren vorgesehen. Auch können die einzelnen
Schwingungserzeuger so abgestimmt werden, daß deren Frequenzen von denen der Maschinengeräusche
weit entfernt sind. Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist für Rohrleitungsnetze
aller Art, beispielsweise auch! für Wasserleitungsnetze, für die Verstellung von
beweglichen Organen an demselben oder an fremden Netzen, beispielsweise für die
Umschaltung von Tarifwerken usw., anwendbar.