Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Zielsetzung des Projektes bestand in der Entwicklung eines neuartigen Ultraschall- Durchflussmengenme\u00dfsystems f\u00fcr teil- und vollgef\u00fcllte Abwasserkanalprofile mit Regelungstechnik zur Kanalbewirtschaftung sowie die Untersuchungen zur Eignung des Ger\u00e4tes f\u00fcr diesen Bereich. Das Ger\u00e4t sollte sich durch folgende Eigenschaften auszeichnen: Messfehler +\/- 3%, Str\u00f6mungsrichtungserkennung, keine bewegten mechanischen Bauelemente, leichte Montierbarkeit im Abwasserkanal, geringe Aufstau erzeugende Einbauten im Kanalquerschnitt, geringer Batterieverbrauch, Steuer- und Regelm\u00f6glichkeit, geringe Gesamtkosten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Ergebnis einer gutachterlichen Diskussion des urspr\u00fcnglichen Projektantrages war vorgeschlagen worden, das Projekt in zwei Phasen durchzuf\u00fchren. In der ersten Phase sollte unter Mitwirkung des Leichtwei\u00df-Institutes der TU Braunschweig die eigentliche Ger\u00e4teentwicklung stattfinden. In der zweiten Phase sollte ein Partner eingebunden werden, der die entwickelte Technologie in der Praxis unter realen Bedingungen erprobt. In der ersten Projektphase sollten folgende Schritte umgesetzt werden: genaue Analyse der Ausgangsdaten; Entwicklung der Sensorkopfelektronik zur Durchflussmessung (Schaltplanentwicklung, Bauteilauswahl und Bauteiltest, Platinen- Layout f\u00fcr Testmuster, Aufbau eines gr\u00f6\u00dferen Testmusters, Test und Fehlerbehebung, Platinenlayout Prototyp, Aufbau Prototyp, Sensorkopfelektronik und Test); Entwicklung eines kleinen str\u00f6mungsg\u00fcnstigen Sensorkopfes; Entwicklung der Erfassungs- und Aufzeichnungselektronik; Hardware-Programmierung mit Fehlersuche (Erfassungssoftware, Aufzeichnungs-Software); Entwicklung der Signalprozessorelektronik; Entwicklung und Programmierung der Signalprozessorelektronik; Testl\u00e4ufe (am Leichtwei\u00df-Institut, im Oldenburger Kanalnetz, Fehlerbehebung); Aufbau einer Demonstrationsmessstrecke im Oldenburger Abwassernetz; Abschlussbericht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Zum Projekt liegt der Abschlussbericht von April\/ 1999 vor. Trotz der gro\u00dfen Vielfalt an Durchflussmessger\u00e4ten sind deren Anwendungsm\u00f6glichkeiten in der Abwas-sermesstechnik durch die heterogene Zusammensetzung stark eingeschr\u00e4nkt. F\u00fcr Applikationen im Abwasserbereich k\u00f6nnen daher keine mechanischen oder den Querschnitt stark beeintr\u00e4chtigende Sensoren eingesetzt werden. Eine umfassende Systemanalyse zeigte, dass akustische Durchflussmesssyste-me, deren Entwicklung in j\u00fcngster Zeit auf den Gebieten Umwelt- und Verfahrenstechnik schnell vorangeschritten ist, keine mechanisch bewegten Bauelemente besitzen, sich durch kleine Druckverluste und Messzeiten auszeichnen und f\u00fcr beide Str\u00f6mungsrichtungen eingesetzt werden k\u00f6nnen. Akustische Durchflussmessverfahren, deren Schallfrequenzen meist im Ultraschallbereich liegen, lassen sich grunds\u00e4tzlich nach ihren physikalischen Effekten in drei Kategorien aufteilen. Laufzeit-, Doppler- und Driftverfahren. Zur Zeit werden haupts\u00e4chlich die beiden ersten industriell angewandt.
\nDas im Projekt entwickelte Me\u00dfsystem besteht aus einer elektronischen Datenerfassungs- und Mikroprozessoreinheit, welche sich in einer druckfesten Kapselung nach Explosionsschutzrichtlinien befindet. An diesem Geh\u00e4use befinden sich Ein- und Ausg\u00e4nge f\u00fcr den anzuschlie\u00dfenden Sensorkopf mit den Ultraschallschwingern und einer H\u00f6henstands-Sonde sowie dem Anschlusskabel f\u00fcr die Bedienung und den Signalausgang. Die Datenerfassung hat einen Durchmesser von 12 cm und eine H\u00f6he von 40 cm. Das Messger\u00e4t kann daher leicht transportiert und unterhalb eines Schachtdeckels befestigt werden. Der Sondenkopf wird auf der Kanalsohle mit handels\u00fcblichen Spannringen arretiert.
\nDas System wird mit 6 handels\u00fcblichen Monozellen betrieben. Zur Datenauslesung ist die Datenerfassungseinheit mit einem Handger\u00e4t oder einem Notebook zu verbinden. Die Geschwindigkeitsmessung erfolgt auf der Basis des Doppler-Ultraschallverfahrens und die H\u00f6henstandsmessung mittels einer Druckzelle. Aus Geschwindigkeit und F\u00fcllstand wird der Durchfluss unter Einbeziehung der Profilform in der Datenerfassungseinheit ermittelt.
\nUm die Beeinflussung des Abflussquerschnittes im Kanalstrang so gering wie m\u00f6glich zu halten musste der Sensorkopf so klein wie m\u00f6glich gestaltet werden. Nach einer Reihe von Konstruktionen und str\u00f6mungstechnischen Anforderungen wurde der Sensor mit den Ma\u00dfen l x h x b = 120 x 120 x 40 mm entwickelt. Im Sensorgeh\u00e4use befindet sich die Elektronik zur Ultraschallumwandlung, der Ultraschallsender und -empf\u00e4nger sowie die Druckzelle zur H\u00f6henstandsmessung. Das Geh\u00e4use ist aus abwasserresistentem Kunststoff (POM) gefertigt.
\nBei der Entwicklung des Sensorkopfes ergaben sich Schwierigkeiten hinsichtlich des Vergie\u00dfens der Ultraschallschwinger, da die spezifizierten Herstellerangaben von s\u00e4mtlichen Vergussmassen hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme und der Quelleigenschaften nicht hundertprozentig stimmten.
\nDieses hatte einen erheblichen finanziellen und zeitlichen Mehraufwand bei der Entwicklung des Sensorkopfes zur Folge als urspr\u00fcnglich eingeplant war. Es stellte sich kein befriedigendes Ergebnis bei der Langzeitstabilit\u00e4t der Geschwindigkeitsmessung ein. Aufgrund der Feuchtigkeitsaufnahme der Vergussmassen kommt es zu einem Quellvorgang des Harzes, welches eine D\u00e4mpfung der Ultraschallwandler bedingt. Dieses f\u00fchrt zu einem erheblichen Leistungsverlust in der Abstrahlung, so dass es nach einiger Betriebszeit zu Fehlmessungen und sogar Messwertausf\u00e4llen kam. Damit man hier zu einem gesicherten Ergebnis gelangt, w\u00e4ren weitere Umkonstruktionen des Sensorkopfes notwendig, um andere Vergusstechniken und Vergussmassen zu testen.
\nAufgrund der Sensorproblematik konnten noch keine abschlie\u00dfenden Messphasen durchgef\u00fchrt werden. Es wurden lediglich Kurzzeittests zur \u00dcberpr\u00fcfung der Geschwindigkeitsmessung durchgef\u00fchrt. Hierbei zeigte sich, dass die stellte Forderung nach einer Fehlertoleranz von +\/- 3% eingehalten werden konnte. Am Institut f\u00fcr Wasserwirtschaft an der FH Magdeburg konnten in der dortigen Versuchsrinne Messungen mit Geschwindigkeiten bis zu 1 m\/s durchgef\u00fchrt werden. Am Leichtwei\u00df-Institut der TU Braunschweig konnten in einer Rohrleitung Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten bis zu 1,5 m\/s gemessen werden. An einer Me\u00dfrinne in der Firma GEOS wurden Langzeitgtestmessungen mit gleichbleibender Geschwindig-keit von 0,3 m\/s und Richtungskontrollen gefahren.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Aufgrund der verfahrenstechnischen Probleme bei der Entwicklung des Ger\u00e4tes f\u00fchrte die Firma GEOS keine \u00d6ffentlichkeitsarbeit im Projekt durch.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Firma GEOS leitete die weitere Entwicklung des Durchflussmengenmessger\u00e4tes nicht mehr in eine zweite Projektphase \u00fcber. Der k\u00fcnftige Weiterentwicklungsbedarf f\u00fcr den Praxiseinsatz w\u00e4re nach Einsch\u00e4tzung des Unternehmens aufgrund der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse noch zu gro\u00df gewesen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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