DE102021214323B3

DE102021214323B3 - Wasserschlaglast-Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102021214323B3
Application number: DE102021214323.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kabatzke; Ronja MÜLLER
Original assignee: Fehrmann GmbH
Current assignee: Fehrmann GmbH
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2041-12-15

Abstract

Wasserschlaglast-Messvorrichtung, Wasserschlaglast-Messsystem und Verfahren zur Erfassung von Wasserschlaglasten, insbesondere im maritimen Bereich, zur Ermittlung von Intensitäten (Höhe, Kraft), Auftrittsorten und Auftrittszeiten, sodass daraus Schlüsse für die Häufigkeit und Intensitäten an bestimmten Orten oder in bestimmten maritimen Regionen gezogen werden können, um auf dieser Grundlage das maritim eingesetzte Material auszulegen und zu dimensionieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung, ein Wasserschlaglast-Messsystem und ein Verfahren zur Erfassung von Wasserschlaglasten, insbesondere im maritimen Bereich.
Hintergrund der Erfindung
Im maritimen Umfeld kommt es immer wieder zu Belastungen von Gerät durch Wasserschlaglasten. Wasserschlaglasten treten beispielsweise bei sogenannten Monsterwellen oder Freakwaves auf. Diese führen zu einem hochimpulsiven Aufprall, der zu schweren Zerstörungen oder zum Untergang eines Schiffes führen kann.
Eine Monsterwelle oder eine Freakwave ist dabei eine Welle, die in der Regel unvorhergesehen auftritt. Monsterwellen überschreiten die „signifikante Wellenhöhe“, also den Mittelwert der höchsten Wellen in einem Seegang, um mindestens das Doppelte und haben eine vergleichsweise kurze Wellenlänge. Monsterwellen oder Freakwaves sind somit nicht durch eine absolute Wellenhöhe definiert, sondern werden in ihrem maritimen Umfeld definiert.
Nachdem Monsterwellen früher ins Gebiet der Erzählungen abgetan wurden, sind seit Mitte der 1990er Jahre Monsterwellen sowohl qualitativ, als auch quantitativ messtechnisch dokumentiert worden. Drei Arten von Monsterwellen sind bisher bekannt: Der sogenannte Kaventsmann (engl. rogue wave), eine große, relativ schnelle Welle, die nicht der Richtung des normalen Seegangs folgt; die sogenannten Drei Schwestern (engl. Three Sisters), in der Regel drei schnell aufeinander folgende große Wellen, in deren schmalen Tälern Schiffe nicht den nötigen Auftrieb entwickeln können und dann von der zweiten oder spätestens dritten Woge überrollt werden; und die sogenannte Weiße Wand (engl. white wall), eine sehr steile Welle, von deren Kamm die Gischt herabsprüht, gefolgt von einem tiefen Wellental.
Monsterwellen oder Freakwaves entstehen zum Beispiel durch Überlagerung von Wellen, bei denen sich die Wellenberge mehrerer Wellen überlagern (Interferenz). Die Überlagerung kann durch eine Überlagerung von Wellen in unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung und/oder Wellen mit gleicher Ausbreitungsrichtung, aber unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten erfolgen.
Es ist von großem Interesse für Hersteller und Betreiber maritimer Einrichtungen, z.B. von Schiffen, Bohrinseln oder auch Landeinrichtungen, auftretende Monsterwellen oder Freakwaves sowohl von deren Intensität (Höhe, Kraft), also auch von deren Auftrittsort und Auftrittszeit zu erfassen, sodass daraus Schlüsse für die Häufigkeit und Intensitäten an bestimmten geografischen Orten oder in bestimmten Regionen gezogen werden können, um auf diese Grundlage das maritim eingesetzte Material auszulegen und zu dimensionieren. Das Fehlen von Sensoren und Messeinrichtungen führt dazu, dass Monsterwellen quantitativ bislang nur an wenigen Stellen, und folglich auch nur selten erfasst wurden. Daher fehlt es an einer Datenbasis, die es erlaubt eine größere Anzahl von Messungen an unterschiedlichen Orten auszuwerten, die dann zu Berechnungszwecken oder Modellbildungen herangezogen werden können. Die fehlende Kenntnis über die Orte, Zeiten und Ausmaße von Monsterwellen kann Auswirkungen haben auf die Betriebssicherheit, die Betriebskosten einschließlich Versicherungsprämien und natürlich die Personensicherheit.
Bisher bekannte Messeinrichtungen sind nicht im notwendigen Maße auf die Erfassung von Monsterwellen bzw. Freakwaves ausgelegt und ausgerichtet gewesen. Es gibt zwar eine Vielzahl von Messeinrichtungen zur Messung von Druck oder Kraft, jedoch sind diese in der Regel nicht für den maritimen Bereich, nicht für die auftretenden Drücke und Kräfte und die Betriebsatmosphären ausgelegt, als dass diese für eine Erfassung von Eigenschaften von Monsterwellen bzw. Freakwaves geeignet gewesen wären.
Beispielsweise ist aus EP 1 009 654 B1 ein System bekannt mit einem Verformungssensor zum Messen von Schiffsverformungen, wobei eine durch eine Schiffsverformung hervorgerufene Ablenkung eines Laserstrahls zur Ermittlung der Schiffsverformung herangezogen wird. Diese Messung erlaubt eine Messung der Verformung eines Schiffes, jedoch keine Rückschlüsse auf die Eigenschaften einer Monsterwelle.
Aus CN 2 729 641 ist ein optisches Verfahren zur Messung von Deformationen von Schiffen bekannt, bei dem ein Maß deiner Schiffsverformung mittels durch Halbspiegel aufgeteilter und reflektierter Lichtstrahlen mittels Videokamera und Videoauswertung ermittelt wird. Dieses Verfahren erlaubt eine Messung der Verformung eines Schiffes, jedoch ebenfalls keine Rückschlüsse auf die Eigenschaften einer Monsterwelle.
Aus CN 1 08 709 680 A ist ein optisches Messverfahren zur Erfassung der Kraft von Monsterwellen bekannt. Dieses optische Verfahren basiert auf dem Prinzip des Mach-Zehnder-Interferometers. Hierbei sind die beiden optische Medien über zwei Lichtwellenleiter in Form von Monomode-Lichtwellenleitern abgebildet worden. Eine Kraft bzw. Torsion führt zu einer Phasenverschiebung Δcp der Signale, die durch die beiden optischen Wege laufen. Die Resulate werden in einer nachgelagerten Messeinrichtung ausgewertet und in ein elektrisches Signal überführt. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Monomode-Lichtwellenleitern wird durch den besonderen mechanischen Einbau in einem zylindrischen Gefäß und durch Krafteinwirkung auf dieses durch Wellen / Monsterwellen erzeugt. Aber auch dieses Verfahren erlaubt keine Rückschlüsse auf die Eigenschaften einer Monsterwelle.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nun eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung, ein Wasserschlaglast-Messsystem und ein Verfahren zur Erfassung von Wasserschlaglasten, insbesondere im maritimen Bereich bereitgestellt, dass den Stand der Technik weiterbildet.
Zusammenfassung der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung, ein Wasserschlaglast-Messsystem, sowie ein Wasserschlaglast-Messsystem-Netz gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit, wobei Weiterbildungen in den abhängigen Ansprüchen verkörpert sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, aufweisend eine Wasserschlaglast-feste Barriere, eine an einer Wasserschlaglastseite der Barriere vorgesehene Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit mit einem Sensorkopf mit einer federelastischen Aufhängung, und einen an einer von der Wasserschlaglastseite der Barriere abgewandten Seite der Barriere vorgesehenen Abstandssensor; wobei der Sensorkopf ausgelegt ist bei einer Einwirkung durch eine Wasserschlaglast in Bezug auf den Abstandssensor federelastisch ausgelenkt zu werden, wobei die Barriere bezüglich der Wechselwirkung zwischen Abstandssensor und Sensorkopf durchlässig ist.
Auf diese Weise kann eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt werden die einen im Wesentlichen unempfindlichen Sensorkopf auf einer Seite einer Barriere, etwa einem Schiffsfenster vorzusehen, die Witterungs- und Umgebungsbedingungen, etwa im maritimen Umfeld ausgesetzt sind, im Folgenden auch als Rauseite bezeichnet. In diesem Bereich sind auch Wasserschlaglasten durch Monster- oder Freakwellen zu erwarten, die durch die Wasserschlaglast-Messvorrichtung erfasst und gemessen werden sollen. Ein empfindlicherer Teil der Wasserschlaglast-Messvorrichtung, nämlich der eigentliche Abstandssensor, ist dabei auf der Seite der Barriere vorgesehen, die von der Rauseite abgewandt ist, im Folgenden auch als Ruheseite bezeichnet. So können etwa auch empfindliche Abstandssensoren eingesetzt werden, die gegenüber den rauen Bedingungen auf der Rauseite nicht mehr gesondert abgeschirmt werden müssen. Dies erspart insbesondere elektrische Zu- und Ableitungen gegenüber Einflüssen auf der Rauseite abschirmen und kapseln zu müssen, da die Wasserschlaglast-feste Barriere bereits als Abschirmung verwendet werden kann. Es sei verstanden, dass die beschriebene Anordnung nicht ausschließt auch die auf der Rauseite vorgesehenen Komponenten gegenüber Einflüssen der Rauseite gesondert abzuschirmen, um etwa Komponenten oder Teile des Sensorkopfes den unmittelbaren Einflüssen der Rauseite zu entziehen.
Als Wechselwirkung zwischen Abstandssensor und Sensorkopf ist die physikalische Größe zu verstehen, auf deren Grundlage der Abstandssensor den Abstand des Sensorkopfes misst. Bei z.B. einem optischen Sensor ist als die Wechselwirkung Licht zu verstehen, wobei dieses nicht auf den sichtbaren Bereich beschränkt ist und auch im Infrarot- oder Ultraviolettbereich sein kann. Bei z.B. einem magnetischen Sensor ist als die Wechselwirkung ein Magnetfeld zu verstehen, wobei dieses ungeachtet der Modulation durch den ausgelenkten Sensorkopf sowohl ein Gleich-, als auch ein Wechselmagnetfeld sein kann.
Der Sensorkopf wird beispielsweise durch die Einwirkung eines Wasserschlages in eine Richtung ausgelenkt, die eine Richtungskomponente aufweist, die der Messrichtung des Abstandssensors entspricht. Die Auslenkung des Sensorkopfes erfolgt beispielsweise in die Hauptmessrichtung der Wasserschlaglast-Messvorrichtung. Diese ist beispielsweise orthogonal zur Barriere ausgerichtet. Der Sensorkopf kann beispielsweise so aufgehängt sein, dass dieser sich nur in eine Richtung auslenken kann, beispielsweise in Richtung der Hauptmessrichtung. In diesem Fall kann eine Umrechnung in eine Richtungskomponente in der Messrichtung der Hauptmessrichtung entfallen, da diese im Falle einer Aufhängung mit ausschließlicher Auslenkung in die Hauptmessrichtung bereits in Richtung der Hauptmessrichtung liegt.
Die Hauptmessrichtung ist die Richtung der Wasserschlaglast-Messvorrichtung, bei der die Wasserschlaglast-Messvorrichtung bei einer einwirkenden Wasserschlaglast ein zumindest lokales Maximum eines Sensorsignals aufweist. Dabei kann ein Sensorsignal auch ausschließlich eine Auslenkung in die Hauptmessrichtung repräsentieren, d.h. Sensorkonstruktionsbedingt keine Messsignale entstehen für Auslenkungen, die nicht der Hauptmessrichtung entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der die Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit an der Wasserschlaglastseite der Barriere an der Barriere befestigt ist.
Auf diese Weise kann die Barriere, etwa ein Schiffsfenster bereits vor dem Einbau mit der Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit versehen werden. Das ermöglicht die auf dieser Seite der Barriere vorgesehenen Komponenten und Teile unter Werkstatt- bzw. Fertigungsstätten-Bedingungen vorzubereiten und zu befestigen, um so nicht den Umgebungsbedingungen der bereits fertig eingebauten Barriere Rechnung tragen zu müssen. Das ist insbesondere bei Klebevorgängen von Relevanz, die unter Werkstattbedingungen einfacher hergestellt werden können als beispielsweise am Schiff im Hafen. Sofern die Wasserschlaglast-Messvorrichtung jedoch an einer bereits bestehenden Barriere nachgerüstet werden soll, so kann die Befestigung auch mittels eines Haltearms erfolgen, dessen eines Ende neben einer Barrierekante an einer Struktur befestigt ist, an der auch die Barriere befestigt ist, und an dessen anderem Ende der Sensorkopf befestigt ist. Der Haltearm kann dann derart über die Barriere hinüber ragen, dass die Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit gegenüber einem Abstandssensor auf der anderen Seite der Barriere angeordnet ist, ohne, dass die Barrierekante oder auch die Befestigungsstruktur, an der die Barriere festgelegt ist, die Messung signifikant beeinträchtigt.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der der Sensorkopf einen optischen Reflektor aufweist und der Abstandssensor eine auf den Reflektor ausgerichtete Lichtquelle und einen auf ein von der Lichtquelle emittiertes und von dem Reflektor reflektiertes Licht ausgerichteten Lichtsensor aufweist, wobei der Sensorkopf mit dem Reflektor ausgelegt ist bei einer Einwirkung durch eine Wasserschlaglast in Bezug auf den Abstandssensor ausgelenkt zu werden.
Auf diese Weise kann eine optische Abstandsmessung vorgenommen werden, bei der der Abstand bzw. die Abstandsänderung des ausgelenkten Sensorkopfes zu dem Abstandssensor ermittelt werden kann. Da die geometrische Anordnung einschließlich elastischer Komponenten bekannt ist, kann auch ermittelt werden, welche Auslenkung der Sensorkopf bei einer bestimmten Kraft erfährt. Es können neben den statischen elastischen Eigenschaften der auf der Rauseite vorgesehenen Komponenten auch dynamische Eigenschaften der auf der Rauseite vorgesehenen Komponenten berücksichtigt werden, wie etwa die Trägheit. So kann aus der statischen und dynamischen Auslenkungscharakteristik, der Stärke und der Schnelligkeit der Auslenkung auf die Kraft der Wasserschlaglast geschlossen werden. Ein optischer Sensor kann dabei sehr genau arbeiten und bei gerichtetem Licht auch eine gewisse örtliche Auflösung ermöglichen, je nachdem welche Art von Sensorempfänger verwendet wird. Es kann beispielsweise ein Sensorfeld verwendet werden, welches Lichtablenkungen in seitlicher Richtung erfassen kann. Es sei verstanden, dass insbesondere der reflektierende Teil des Sensorkopfes gegenüber der Rauseitigen Atmosphäre abgeschirmt sein kann, um die Reflexionsfähigkeit nicht zu beinträchtigen. Das kann beispielsweise durch einen Faltenbalg erfolgen, der den vom einfallenden und reflektierten Lichtstrahl durchquerten Raum auf der Rauseite gegenüber der Rauseitigen Atmosphäre abschirmt und dichtend sowohl an einer Barrierenoberfläche, als auch an dem reflektierenden Bereich des Reflektors anschließt. Der Faltenbalg kann auch Teil der federelastischen Aufhängung sein oder diese darstellen.
Ein optischer Sensor kann ein Sensor sein, der die Änderung der Laufzeit des Lichtes vom Sensor zu einem Reflektor und zurück durch direkte oder indirekte Krafteinwirkung auf den Reflektor ermittelt. Der Sensor auf der Innenseite der optisch durchlässigen Barriere kann die Änderung der physikalischen Größe ermitteln und dieses in ein analoges elektrisches Signal oder ein digitales Signal umwandeln. Der Sensor zusammen mit dem Reflektor arbeitet dann als Kraft-Weg-Umsetzer. Anstelle eines Reflektors kann auch ein optischer Ableiter oder Modifizierer verwendet werden, der das Licht aufgrund einer Krafteinwirkung ableitet oder modifiziert, etwa durch Polarisation.
Ein optischer Sensor kann ein Sensor sein, der die Änderung der räumlichen Ausrichtung des Reflektors zum Sensor durch direkte oder indirekte Krafteinwirkung auf den Reflektor ermittelt. Der Sensor auf der Innenseite der optisch durchlässigen Barriere kann die Änderung der physikalischen Größe ermitteln und dieses in ein analoges elektrisches Signal oder ein digitales Signal umwandeln.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der der Abstandssensor ausgelegt ist einen Laufzeitunterschied zwischen emittiertem und reflektiertem Licht zu ermitteln.
Auf diese Weise kann der Wegunterschied von einfallendem und reflektiertem Lichtstrahl zwischen einem nicht ausgelenkten Reflektor und einem ausgelenkten Reflektor ermittelt werden und auf diese Weise die Auslenkung und die Auslenkungsveränderung ermittelt werden. Dabei kann der Laufzeitunterschied unmittelbar ermittelt werden, etwa durch eine schnelle Zeitmessung, oder mittelbar, etwa durch Erfassen von Interferenzmustern oder Polarisationsmustern, welche etwa von einfallendem und reflektiertem Lichtstrahl bzw. Polarisationselementen gebildet werden. Es sei verstanden, dass das Licht auch Spektralbereiche außerhalb des für den Menschen sichtbaren Lichtes aufweisen kann. So kann beispielsweise die Messung mit Licht im Infrarotbereich erfolgen, um etwaigen Einflüssen von Verschmutzungen entgegen zu wirken, oder mit ultraviolettem Licht. Es können auch Lichtspektren verwendet werden, die zugleich Bereiche im sichtbaren und auch im nicht sichtbaren Bereich aufweisen. Es kann auch eine getrennte Auswertung unterschiedlicher Spektralbereiche erfolgen, um auf diese Weise etwaige Störeffekte zu erkennen oder herauszurechnen, etwa, wenn Verschmutzungen nur Einflüsse in einem bestimmtem Spektralbereich haben. Das Material der Barriere wird entsprechend des verwendeten Lichtspektrums ausgewählt, bzw. wird das Lichtspektrum an das verwendete Material der Barriere angepasst, etwa in Abhängigkeit des Filterspektrums des Barrierenmaterials. Die Barriere kann dabei aus Glas oder auch aus transparentem Kunststoff, etwa Acryl oder Polycarbonat bestehen oder aus einer Kombination daraus aufgebaut sein.
Ein optischer Sensor kann ein Sensor sein, der aufgrund einer durch direkte oder indirekte Krafteinwirkung auf den Reflektor hervorgerufenen Verformung oder Verschiebung eine optische Veränderung im empfangenen Lichtsignal ermittelt. Der Sensor auf der Innenseite der optisch durchlässigen Barriere ermittelt die Änderung der physikalischen Größe und wandelt diese in ein analoges elektrisches Signal oder ein digitales Signal um.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der der Sensorkopf einen Magnetkreis mit Magnetkreiselementen aufweist, wobei der Magnetkreis ein den Abstandssensor überdeckendes Magnetfeld erzeugt, wobei wenigstens ein Magnetkreiselement ein Magnet ist und wenigstens ein Magnetkreiselement einen magnetischen Luftspalt aufweist, wobei ein Magnetkreiselement ausgelegt ist bei einer Einwirkung durch eine Wasserschlaglast in Bezug auf den Abstandssensor ausgelenkt zu werden, wobei der Abstandssensor einen Magnetfeldsensor aufweist, der ausgelegt ist ein sich durch eine auf das auslenkbare Magnetkreiselement wirkende Wasserschlaglast veränderndes Magnetfeld zu erfassen.
Auf diese Weise kann eine Abstandsmessung auch bei einer optisch nicht durchlässigen Barriere erfolgen, sofern die Barriere magnetisch durchlässig ist. Der ausgelenkte Sensorkopf verändert den Luftspalt des Magnetkreises, sodass sich die Magnetfelddichte und damit die Stärke des Magnetfeldes bei einer Auslenkung bzw. Auslenkungsveränderung des Sensorkopfes verändert, die durch den Abstandssensor erfasst werden kann. Durch eine bekannte Geometrie der federelastischen Aufhängung, einschließlich bekannter Federkonstanten bzw. Federcharakteristik der federelastischen Aufhängung kann aus der auslenkungsbedingten erfassten Magnetfeldstärke bzw. Magnetfeldänderung auf die Kraft der Wasserschlaglast geschlossen werden.
Ein magnetischer Sensor reagiert auf Änderung des Magnetfeldes aufgrund einer Auslenkung durch direkte oder indirekte Krafteinwirkung auf Komponenten eines Magnetkreises. Dabei können die Änderungen des durch den Sensor gemessenen Magnetfeldes durch Abstandsänderungen und/oder Formänderungen von Komponenten des Magnetkreises hervorgerufen werden. Komponenten des Magnetkreises können ein Magnet, ein magnetisch leitendes Material und/oder Luftspalte bzw. Lufträume sein. Infolge einer Abstandsänderung und/oder Formänderung kann durch die Krafteinwirkung auf Komponenten des Magnetkreises der Sensor Änderung der physikalischen Größe ermitteln und dieses in ein analoges elektrisches Signal oder ein digitales Signal umwandeln. Der Sensor zusammen mit den Magnetkreiskomponenten arbeitet als Kraft-Weg-Umsetzer. Die auslenkbaren Komponenten können beispielsweise ein Permanentmagnet sein, oder eine magnetisch leitende Komponente im Magnetkreis, etwa ein ferromagnetisches Element. Die Luftspaltkomponente kann sich durch die Auslenkung des Permanentmagneten oder der magnetisch leitfähigen Komponente ebenfalls geometrisch ändern, sodass sich auch das dort herrschende Magnetfeld ändert, was vom Magnetfeldsensor als Maß der Auslenkung erfasst werden kann.
Anstelle eines Permanentmagneten kann jedoch auch ein Elektromagnet verwendet werden. In diesem Fall muss aufgrund der Anordnung auf der Wasserschlaglast-Seite jedoch die Abdichtung der elektrischen Zuführung gewährleistet sein, um Wasserschlaglast-fest zu sein. Alternativ kann der Elektromagnet auch durch eine induktive Kopplung elektrisch versorgt werden. Der Elektromagnet kann dabei auch auf der Ruheseite der Barriere vorgesehen sein, während der durch eine Wasserschlaglastkraft ausgelenkte Teil des Magnetkreises auf der Rauseite der Barriere angeordnet ist. Bei Verwendung eines Elektromagneten kann die Veränderung des magnetischen Wechselfeldes in Abhängigkeit von der Auslenkung des Sensorkopfes ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der die Barriere eine Wasserschlaglast-feste Platte aus einem magnetisch im Wesentlichen neutralen Metall oder einer magnetisch im Wesentlichen neutralen Metalllegierung, insbesondere einem magnetisch im Wesentlichen neutralen Leichtmetall oder einer magnetisch im Wesentlichen neutralen Leichtmetalllegierung gefertigt ist.
Auf diese Weise kann eine Barriere bereitgestellt werden, die bei einer extremen Belastung auch eine plastische Verformung erfahren kann, ohne spröde zu brechen, wie etwa Glas. Das kann zwar zur Zerstörung der Messvorrichtung führen, jedoch die Barriere intakt halten. Dazu kann als Leichtmetall etwa eine Barriere aus Aluminium oder einer unmagnetischen Aluminiumlegierung, Titan oder einer unmagnetischen Titanlegierung verwendet werden. Alternativ kann auch eine Barriere aus Kunststoff oder Faserverbundwerkstoff oder eine geschichtete Kombination aus den vorgenannten Materialien verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der eine federelastische Aufhängung des Sensorkopfes durch eine Anordnung mit Elastomer-Elementen, insbesondere seewasserfesten Elastomer-Elementen ausgeführt ist.
Auf diese Weise kann ein Feder-Masse-System auf der Rauseite bereitgestellt werden, welches robust gegen maritime Einflüsse ist. Die Elastomer-Elemente können einen UV-Schutz aufweisen und auch andere Schutzausrüstungen, die einer Alterung durch maritime Einflüsse verlangsamen können, um die Charakteristik des Feder-Masse-Systems nicht zu verändern. Es kann in der Auswertung auch ein statisches oder auch dynamisches oder adaptives Alterungsmodell für die Elastomer-Elemente hinterlegt sein, welches der zeitlichen alterungsbedingten Veränderung des Elastomer-Materials Rechnung trägt, um die Charakteristik auch nach einer möglichen Alterung annähernd korrekt zu berücksichtigen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der der für eine Abstandsmessung relevante Teil des Sensorkopfes hermetisch gegenüber einer Wasserschlaglast-seitigen Atmosphäre abgedichtet ist.
Auf diese Weise kann der für die Abstandsmessung relevante Teil gegenüber den maritimen Einflüssen geschützt werden. Das kann beispielsweise durch den bereits zuvor beschriebenen Faltenbalg erfolgen, der sowohl auf der Seite der Barriere, als auch auf der Seite des Sensorkopfes dichtend befestigt ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung bereitgestellt, bei der die Wasserschlaglast-Messvorrichtung eine Ortsbestimmungsvorrichtung, insbesondere eine Satelliten-gestützte Ortsbestimmungsvorrichtung aufweist, um einer auftretenden Wasserschlaglast einen Auftrittsort zuzuweisen.
Auf diese Weise kann der auftretenden Wasserschlaglast auch ein eindeutiger geografischer Ort zugewiesen werden. Dies ermöglicht auch die Erstellung von Wellenatlanten, wenn die Erfassungen beispielsweise von mehreren Schiffen zusammengeführt werden. Etwaige Korrelationen können so ermittelt werden, ob gewisse Wellenphänomene entlang bestimmter Routen z.B. periodisch auftreten. Durch eine dreidimensionale Ortsbestimmung kann auch in einer Höhenrichtung die geografische Höhe ermittelt werden und mit der Kraft der Wasserschlaglast verglichen werden, ob eine durch die Kraftmessung ermittelte Wellenhöhe auch mit einer durch eine Satelliten-gestützte Ortsbestimmungsvorrichtung (z.B. GPS, Global Positioning System) gestützt bestimmten geografischen Höhe korreliert. Insbesondere kann ein Abgleich erfolgen, ob die auf die Wasserschlaglast-Messvorrichtung ausgeübte Kraft tatsächlich von einem Wasserschlag einer Welle herrührt, oder möglicherweise bei „ruhiger See“ künstlich herbeigeführt wurde, um etwa missbräuchlich Versicherungsschäden geltend zu machen.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Wasserschlaglast-Messsystem mit wenigstens einer ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung und einer zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung bereitgestellt, wobei eine Hauptmessrichtung der ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung und eine Hauptmessrichtung der zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung derart zueinander, insbesondere in einem Winkel zueinander angeordnet sind, dass ein Messsignal der ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung und ein Messsignal der zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung eine Bestimmung der Richtung der Wasserschlaglast ermöglicht.
Auf diese Weise kann ein Messsystem bereitgestellt werden, welches nicht nur die absolute Kraft bzw. Kraftkomponente in die Hauptmessrichtung ermittelt, sondern auch eine Richtung ermittelt werden, aus der die Wasserschlaglast wirkt. Es kann auf der Grundlage der Messergebnisse der ersten und der zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung, sowie deren räumliche Anordnung und Ausrichtung zueinander eine vektorielle Berechnung vorgenommen werden, um auf dieser Grundlage nicht nur die Richtung, sondern auch die resultierende Kraft der Wasserschlaglast zu bestimmen. Das Wasserschlaglast-Messsystem kann dabei jedoch auch mehr als zwei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen gemäß vorstehender Beschreibung aufweisen. So können beispielsweise drei derartige Wasserschlaglast-Messvorrichtungen mit drei Hauptmessrichtungen in allen drei Dimensionen vorgesehen werden, um auch eine räumliche Richtung der erfassten Wasserschlaglast zu ermitteln, woraus möglicherweise auf den Charakter einer die Wasserschlaglast verursachenden Welle gezogen werden kann. Drei derartige Wasserschlaglast-Messvorrichtungen können auch mit drei Hauptmessrichtungen analog eines etwa gleichseitigen Dreiecks angeordnet sein, sodass auch Wasserschlaglasten mit einer rückwärtigen Komponente erfasst werden können. Vier derartige Wasserschlaglast-Messvorrichtungen können mit ihren Hauptmessrichtungen auch analog eines Tetrapoden angeordnet sein, um in alle Raumrichtungen einen Betrag und eine Richtung einer Wasserschlaglast zu bestimmen. Als Hauptmessrichtung kann die Richtung verstanden werden, in der die höchste Messempfindlichkeit vorliegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Wasserschlaglast-Messsystem die Barriere der ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung und die Barriere der zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung zusammen einstückig ausgeführt. Dieses einstückige Element kann plan, gebogen oder geknickt ausgeführt sein. Bei einer gebogenen oder geknickten Ausgestaltung kann die Hauptmessrichtung der jeweiligen Wasserschlaglast-Messvorrichtung orthogonal zur jeweiligen Fläche des einstückigen Elementes sein, die dem jeweiligen Abstandssensor gegenüber liegt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Wasserschlaglast-Messvorrichtung und/oder das Wasserschlaglast-Messsystem eine Ortsbestimmungsvorrichtung, insbesondere eine satelliten-gestützte Ortsbestimmungsvorrichtung aufweisen, um einer auftretenden Wasserschlaglast einen Auftrittsort der Wasserschlaglast zuzuordnen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Wasserschlaglast-Messvorrichtung und/oder das Wasserschlaglast-Messsystem eine Zeitbestimmungsvorrichtung, insbesondere eine Ortszeitbestimmungsvorrichtung aufweisen, um einer auftretenden Wasserschlaglast eine Auftrittszeit der Wasserschlaglast zuzuordnen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Wasserschlaglast-Messvorrichtung und/oder das Wasserschlaglast-Messsystem einen Datenspeicher aufweisen zum Abspeichern einer Intensität, ggf. einer Richtung, einer Auftrittszeit und/oder eines Auftrittsortes einer Wasserschlaglast.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Wasserschlaglast-Messvorrichtung und/oder das Wasserschlaglast-Messsystem eine Sendevorrichtung aufweisen zum Senden einer Intensität, ggf. einer Richtung, einer Auftrittszeit und/oder eines Auftrittsortes einer Wasserschlaglast an einen entfernten Empfänger.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Wasserschlaglast-Messsystem-Netz mit einer Mehrzahl von Wasserschlaglast-Messsystemen gemäß vorstehender Beschreibung und/oder Wasserschlaglast-Messvorrichtungen gemäß vorstehende Beschreibung bereitgestellt, wobei das Wasserschlaglast-Messsystem-Netz wenigstens einen Datensammelknoten aufweist, in dem von wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Wasserschlaglast-Messsystemen und/oder Wasserschlaglast-Messvorrichtungen für gemessene Wasserschlaglasten eine ermittelte Intensität, ggf. eine Richtung, eine Auftrittszeit und/oder ein oder mehrere Auftrittsorte gesammelt und für eine Auswertung bereitgestellt werden.
Auf diese Weise können Informationen bezüglich Wasserschlaglasten, insbesondere Wasserschlaglasten von Monster- bzw. Freakwellen zusammengetragen werden und konsolidiert für eine Auswertung bereitgestellt werden. Dadurch können räumliche Zusammenhänge und zeitliche Zusammenhänge bezüglich der entsprechenden Wasserschlaglasteigenschaften zusammengetragen und zueinander in Beziehung gesetzt werden. Es können beispielsweise Risiken bezüglich des Auftrittsortes und der Auftrittszeit spezifiziert werden und ggf. mit geologischen Ereignissen wie Seebeben, Vulkanausbrüchen, etc. in Verbindung gebracht und korreliert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Wasserschlaglast-Messsystem-Netz bereitgestellt, bei dem das Wasserschlaglast-Messsystem-Netz ausgelegt ist basierend auf erfassten Daten bezüglich Intensität, ggf. Richtung, Auftrittszeit und/oder Auftrittsort eine Auswertung vorzunehmen, die insbesondere unter Einbeziehung von Wetterdaten und oder geologischen Ereignissen eine Vorhersage von Wasserschlaglasten, insbesondere Monsterwellen bzw. Freakwaves ermöglicht.
Auf diese Weise kann auch die Auswertung durch das Wasserschlaglast-Messsystem-Netz erfolgen und bezüglich Intensität, ggf. Richtung, Auftrittszeit und/oder Auftrittsort ausgewertet werden und Zusammenhänge ermittelt werden zu Wetterdaten bzw. geologischen Ereignissen, um auf diese Weise eine Vorhersage von Wasserschlaglasten, insbesondere Monsterwellen bzw. Freakwaves zu ermöglichen.
Es sei verstanden, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch kombiniert werden können und dass die sich daraus ergebenden Effekte die Wirkung der Summe der einzelnen Effekte übersteigen kann, wodurch sich ein unerwarteter Nutzen bei der Kombination von Ausführungsformen ergibt.
Figurenliste
Die Erfindung wird anhand der im Folgenden aufgeführten Figuren beschrieben, in denen

1: eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem optischen Reflektor auf der Rauseite und einem optischen Abstandssensor auf der Ruheseite,
2: eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem eingebetteten optischen Reflektor auf der Rauseite und einem optischen Abstandssensor auf der Ruheseite,
3: eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem magnetischen Abstandssensor,
4: eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem gekapselten Magnetkreiselement bzw. Reflektor,
5: eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Sensorkopf an einer Struktur festgelegt ist, die die Barriere hält,
6: eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Magnetkreis mit mehreren Magnetkreiselementen (Polschuhen),
7: ein Wasserschlaglast-Messsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen,
8: ein Wasserschlaglast-Messsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen, die sich eine gemeinsame, hier gebogene Barriere teilen, und
9: ein Wasserschlaglast-Messsystem-Netz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, hier mit zwei Wasserschlaglast-Messsystemen und zwei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
1 zeigt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung 1, 2, 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem optischen Reflektor 16 auf der Rauseite 31 einer Barriere 30 und einem optischen Abstandssensor 20 auf einer Ruheseite 32 der Barriere 30. Die Wasserschlaglast-Messvorrichtung 1 weist dabei auf der Rauhseite 31 eine Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit 10 auf, die einen Sensorkopf 15 umfasst, der den Reflektor 16 positioniert. Die Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit 10 weist neben dem Sensorkopf 15 eine federelastische Aufhängung 18 auf, die den Sensorkopf 15 in Bezug auf die Barriere 30 positioniert. Die Federelastische Aufhängung 18 weist dabei elastische Elemente 19 auf, die beispielsweise aus einem Elastomer bestehen können. Anstelle der Elastomer-Elemente 19 können auch Federn verwendet werden. Eine Wasserschlaglast, hervorgerufen etwa durch eine Monster- oder Freakwelle lenkt den Sensorkopf 15 aus, der durch die elastische Aufhängung 18 eine Rückstellkraft erfährt. Die Charakteristik der federelastischen Aufhängung 18 erlaubt die wirkende Kraft durch das Ausmaß der Auslenkung zu bestimmen. Dazu kann ein auf der Ruheseite 32 vorgesehener Abstandssensor 20 den Abstand bzw. die Abstandsänderung zu dem Reflektor 16 auf der Rauseite 31 ermitteln, sodass daraus Rückschlüsse auf die durch eine Wasserschlaglast hervorgerufene Kraftwirkung gezogen werden können. Die Barriere 30 ist dabei durchlässig für die von dem Abstandssensor ausgesendeten und vom Reflektor 16 reflektierten Lichtstrahlen. Die Barriere 30 wird dabei durch beispielsweise eine Wasserschlaglast-feste Platte 35 gebildet, etwa eine Glasplatte. Die Glasplatte kann dabei eine gehärtete Glasplatte bzw. eine Verbundglasplatte sein, die speziell für die zu erwartenden Wasserschlaglasten zuzüglich eines Sicherheitsfaktors dimensioniert ist.
2 zeigt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem in den Sensorkopf 15 eingebetteten optischen Reflektor 16 auf der Rauseite 31 und einem optischen Abstandssensor 20 auf der Ruheseite 32. Die Einbettung kann durch ein Eingießen des Reflektors 16 in den Sensorkopf 15 erfolgen. Der Abstandssensor weist in der in 2 gezeigten Ausführungsform eine Lichtquelle 26 auf, von der Licht durch die Barriere 30 zum Reflektor 16 ausgestrahlt wird. Die Lichtquelle kann, je nach Anwendungsfall eine Laserlichtquelle oder auch eine Lichtquelle für polarisiertes Licht sein. Der Abstandssensor 20 weist ferner einen Lichtsensor 27 auf, von dem das vom Reflektor 16 reflektierte Licht empfangen werden kann. Der Lichtsensor 27 kann dabei so empfindliche und schnell sein, dass mittels einer hier nicht gezeigten Auswerteelektronik der Laufzeitunterschied des Lichtes zwischen einem ausgelenkten und einem nicht ausgelenkten Zustand des Sensorkopfes 15 ermittelt werden kann. Alternativ kann auch eine durch die Auslenkung hervorgerufene Strahlverschiebung durch einen schräg auf den Reflektor auftreffenden Lichtstrahl durch eine Ortsauflösung am Lichtsensor 27 ermittelt werden. Auch eine Auswertung einer Interferenzverschiebung oder eines Polarisierungsmusters bei einer Überlagerung des ausgesendeten und des reflektierten Lichtstrahls kann durch einen ortsauflösenden Lichtsensor 27 ermittelt werden.
3 zeigt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem magnetischen Abstandssensor. Die Wasserschlaglast-Messvorrichtung weist auf der Rauseite 32 eine Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit 10 auf, die, wie zuvor beschrieben, eine federelastische Aufhängung 18 eines Sensorkopfes 15 aufweist. Der Sensorkopf 15 weist dabei einen Magneten 12 auf, der ein Permanentmagnet oder auch ein Elektromagnet sein kann. Dieser erzeugt ein Magnetfeld, welches durch ein aus einem magnetisch leitfähigen Material gefertigtes Element 13 unterstützt auf den Abstandssensor 20 gerichtet ist. Das magnetisch leitfähige Element 13 ist hier an dem Magneten 12 befestigt, sodass sich bei einer Auslenkung des Sensorkopfes 15 eine Veränderung des Luftspaltes des Magnetkreises 14 ergibt, die auch zu einer Veränderung des Magnetfeldes führt, welches von einem Magnetfeldsensor 22 am Abstandssensor 20 gemessen werden kann. Es sei verstanden, dass das magnetisch leitfähige Element 13 auch direkt auf der Barrierenoberfläche 31 angeordnet sein kann, sodass sich der veränderliche Luftspalt 14 zwischen dem Magneten 12 und dem magnetisch leitfähigen Element 13 befindet. Analog zur Ausführung, die auf einem optischen Messverfahren beruht, ist die Änderung des Magnetfeldes ein Maß für die Auslenkung des Sensorkopfes 15 und damit für die Kraftauswirkung durch eine Wasserschlaglast. Es sei verstanden, dass ein optisches Messverfahren auch mit einem magnetischen Messverfahren kombiniert werden kann. So können beispielsweise Störungen erkannt und ggf. kompensiert werden, die bei einem der Messverfahren zu Messverzerrungen führen können, etwa Verschmutzungen.
4 zeigt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem gekapselten Magnetkreiselement 12, 13 bzw. Reflektor 16. Ungeachtet des Messverfahrens kann sich der Magnet 12, ein magnetisch leitfähiges Element 13 oder der Reflektor 16 in einem hermetisch abgeschlossenen Raum im Sensorkopf 15 befinden, um gegenüber den Einflüssen der Rauseite 31, etwa maritimen Einflüssen geschützt zu sein. Für den Fall, dass das eingeschlossene Element ein magnetisch leitfähiges Material 13 ist, ist der Magnet 12 des Magnetkreises an einer anderen, hier nicht illustrierten Stelle angeordnet. Die Barriere 30 bzw. die Barrierenplatte 35 kann z.B. an einer Struktur 40 festgelegt sein. Die Struktur 40 kann dabei z.B. ein Gehäuse eines Wasserschlaglast-Messsystems und/oder eine Schiffswand sein.
5 zeigt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Sensorkopf 15 an einer Struktur 40 festgelegt ist, die die Barriere 30 bzw. die Barrierenplatte 35 hält. Die Struktur 40 kann dabei ein Gehäuse eines Wasserschlaglast-Messsystems 40 und/oder eine Schiffswand sein. Die Halterung sollte so bemessen sein, dass der Sensorkopf 15, bzw. das magnetische Element 12, 13 (bzw. der Reflektor 16 wie in 4) und der Abstandssensor 20 so weit von der Struktur 40 entfernt sind, dass durch diese keine signifikante Beeinflussung der Messung zu erwarten ist. Es sein verstanden, dass die Aufhängung auch durch einen Kragarm realiert sein kann, ohne dass es zwei Stützpunkte durch das in 5 gezeigte Joch bedarf. Für eine symmetrische Auslenkung kann der Kragarm starr an der Struktur 40 festgelegt sein, sodass dieser keine signifikante Auslenkung erfährt, und an diesem eine symmetrische federelastische Aufhängung des Sensorkopfes 15 erfolgen. 5 illustriert ein Ausführungsbeispiel mit Magnetkreiselementen 12, 13. Es sei jedoch verstanden, dass die in 5 gezeigte Aufhängung auch für ein Messsystem verwendet werden kann, welches auf einer optischen Reflexionsmessung beruht, wie in 4 gezeigt.
6 zeigt eine Wasserschlaglast-Messvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Magnetkreis mit mehreren Magnetkreiselementen 12, 13, 14. Der Magnetkreis kann durch eine Anordnung von Polschuhen 13 als magnetisch leitfähige Elemente geführt werden, sodass der Luftspalt 14 möglichst klein gehalten werden kann, um so einen empfindlichen Sensor bereitzustellen. Magnetkreiselemente können dabei sowohl auf der Rauseite 31, wie hier gezeigt, als auch auf der Ruheseite 32 vorgesehen sein (letzteres hier nicht gezeigt). Bei der Luftspaltbetrachtung ist die Dicke der Barriere 30 mit zu berücksichtigen, da diese im Wesentlichen magnetisch inaktiv ist und somit magnetisch ebenfalls als Luft zu betrachten ist. Die magnetisch leitfähigen Elemente 13 können sowohl am Magneten 12 befestigt sein und sich mit diesem auslenken, als auch mit der Barriere 30 fest verbunden sein, sodass sich der Magnet 12 zu den feststehenden magnetischen Elementen 13 auslenkt. Alternativ kann der Magnet auch an der Stelle eines der magnetischen Elemente 13 angeordnet sein und sich ein magnetisch leitfähiges Element 13 an der Stelle des Magneten 12 in der 6 befinden, bei dessen Auslenkung sich auch der Luftspalt 14 und damit die magnetische Flussdichte ändert, und dies von dem Magnetfeldsensor 22 erfasst werden kann.
7 zeigt ein Wasserschlaglast-Messsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit drei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, 3. Die Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, 3 sind in unterschiedliche Raumrichtungen A, B, C gerichtet, die deren Hauptmessrichtungen entsprechen. Die Barriere 30 wird hier durch ein Gehäuse 40 gebildet, sodass die Barriere 30 für alle drei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, 3 einstückig sein kann. Obgleich die Abstandssensoren 20 und die Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheiten 10 hier orthogonal zu dem jeweiligen Barriereabschnitt ausgerichtet sind, sei verstanden, dass die Barriere 30 nicht zwingend orthogonal zur Ausrichtung des Abstandssensors 20 und der Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit 10 liegen muss, sondern auch dazu geneigt sein kann. Etwaige Lichtbrechungsverschiebungen bei optischen Systemen sind dabei bezüglich der Kalibrierung und Auswertung zu berücksichtigen, insbesondere bei einer optischen Messung, wenn diese auf einer Ortsauflösung beruht. Die jeweiligen Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, 3 messen die auftreffende Wasserschlaglast aus der tatsächlichen Wasserschlaglast-Richtung D und messen dabei die Komponente, die in die jeweilige Hauptmessrichtung A, B, C weist. Bei den Hauptmessrichtungen A und C, hier von den Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1 und 3, wird die Auslenkung durch die Wasserschlaglast und damit das Signal verhältnismäßig hoch sein, während die Wasserschlaglast-Messvorrichtung 2 mit der im Wesentlichen orthogonal zur tatsächlichen Wasserschlaglast-Richtung D liegenden Hauptmessrichtung B nur eine verhältnismäßig kleine Auslenkung und daher ein kleines Signal erzeugen wird. Sofern die Ausrichtung der Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, 3 bekannt ist, kann aus den Messdaten nicht nur der richtige Betrag, sondern auch die Richtung D der tatsächlichen Wasserschlaglast ermittelt werden. Dazu reichen bereits die Wasserschlaglast-Messvorrichtung 1 und 3 aus, während die Messdaten der Wasserschlaglast-Messvorrichtung 2 zur Verifizierung der Daten herangezogen werden kann. Analog kann die Auswertung erfolgen, wenn ein Wasserschlaglast-Messsystem mit drei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen bereitgestellt wird, die etwa in einem 120 Grad Winkel zueinander angeordnet sind. Die Anzahl der Wasserschlaglast-Messvorrichtungen in einem Wasserschlaglast-Messsystem ist nicht begrenzt und kann bei einer größeren Anzahl die Genauigkeit bezüglich des Betrages und der Richtung erhöhen bzw. erlauben die Messergebnisse zu verifizieren. Die Messdaten der Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, 3, insbesondere die Messdaten der jeweiligen Abstandssensoren 20 können an eine Auswerteeinheit 9 weitergegeben werden, um die Beträge und Richtungen von Wasserschlaglasten zu ermitteln. Ferner kann eine Ortsbestimmungsvorrichtung 5 etwa ein GPS System vorgesehen sein, um die Messergebnisse der Wasserschlaglast-Messvorrichtungen einem geografischen Ort zuzuweisen. Das Wasserschlaglast-Messsystem 100 kann ferner eine Sendeeinheit 6 aufweisen, um die Daten von der Wasserschlaglast-Messvorrichtung 1, 2, 3 bzw. dem Wasserschlaglast-Messsystem 100 an einen entfernten Empfänger zu senden. Die Sendevorrichtung 6 kann kabelgebunden oder kabellos ausgeführt sein. Neben einer Ortsbestimmungseinheit kann ferner eine hier nicht gezeigte Zeitbestimmungseinheit vorgesehen sein, die die Messdaten neben den Ortsdaten mit Zeitdaten verknüpft.
8 zeigt ein Wasserschlaglast-Messsystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2, die sich eine gemeinsame - hier gebogene - Barriere 30 teilen. Die systematische Anordnung entspricht der der 7, jedoch mit nur zwei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2. Die Funktionsweise entspricht der mit Bezugnahme auf 7 beschriebenen Betriebsweise. Die Barriere 30 kann, wie hier gezeigt, eine gebogene Barriere 30 sein, die aus einer gebogenen Barriere-Platte 35 gefertigt sein kann, die auf die erwartete Wasserschlaglast einschließlich erforderlicher Sicherheitsfaktoren dimensioniert ist. Diese kann unter Belastungsgesichtspunkten stabiler sein als eine Barriere mit geraden Flächen und Kanten, wie in 7 gezeigt.
9 zeigt ein Wasserschlaglast-Messsystem-Netz 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, hier mit zwei Wasserschlaglast-Messsystemen 100 und zwei Wasserschlaglast-Messvorrichtungen 1, 2. Jede der Vorrichtungen 1, 2 bzw. Systeme 100 kann dabei eine Sendevorrichtung 6 aufweisen, die Messdaten direkt, etwa von den Vorrichtungen 1 und 2 oder bereits vor-korreliert, etwa von den Systemen 100, an einen Datensammelknoten 8 senden, die dort durch eine Empfangseinheit 7 empfangen werden können. Das Netz 200 kann dabei, obwohl hier nicht gezeigt, auch mehrere Datensammelknoten 8 aufweisen, die miteinander Daten austauschen und verarbeiten. Der Datensammelknoten 8 kann dabei anstelle oder auch zusätzlich zu den Systemen 100 Datenverarbeitungsvorrichtungen bzw. Auswerteeinheiten 9 aufweisen. Auf diese Weise kann eine gebietsübergreifende Sammlung von Daten zu Monster- bzw. Freakwellen erfolgen und ausgewertet werden, sodass das Phänomen der Monster- bzw. Freakwellen mittel- und langfristig besser vorhersehbar wird und entsprechende Maßnahmen an Material, Einrichtungen und Verfahren vorgenommen werden können, die die Sicherheit, insbesondere maritimer Einrichtungen verbessern.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3: Wasserschlaglast-Messvorrichtung
5: Ortsbestimmungsvorrichtung
6: Sender an Wasserschlaglast-Messvorrichtung bzw. -Messsystem
7: Empfänger im Wasserschlaglast-Messsystem-Netz
8: Datensammelknoten
9: Auswerteeinheit
10: Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit
11: Gehäuse/Kapsel des Sensorkopfes
12: Magnetkreiselementen: Magnet/ Permanentmagnet
13: Magnetkreiselementen: magnetisch leitfähiges Element
14: Magnetkreiselementen: magnetischer Luftspalt
15: Sensorkopf
16: Reflektor / optischen Reflektor
18: federelastischen Aufhängung
19: Elastomer-Elementen
20: Abstandssensor
22: Magnetfeldsensor
26: Lichtquelle am Abstandsensor 20
27: Lichtsensor am Abstandsensor 20
30: Wasserschlaglast-feste Barriere
31: Wasserschlaglastseite der Barriere 30
32: von der Wasserschlaglastseite der Barriere 30 abgewandten Seite
35: Wasserschlaglast-feste Platte
40: Gehäuse des Wasserschlaglast-Messsystems
100: Wasserschlaglast-Messsystem
200: Wasserschlaglast-Messsystem-Netz
A: Hauptmessrichtung der Wasserschlaglast-Messvorrichtung 1
B: Hauptmessrichtung der Wasserschlaglast-Messvorrichtung 2
C: Hauptmessrichtung der Wasserschlaglast-Messvorrichtung 3
D: Richtung der Wasserschlaglast

Claims

Wasserschlaglast-Messvorrichtung aufweisend: eine Wasserschlaglast-feste Barriere (30); eine an einer Wasserschlaglastseite (31) der Barriere (30) vorgesehene Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit (10) mit einem Sensorkopf (15) mit einer federelastischen Aufhängung (18); einen an einer von der Wasserschlaglastseite der Barriere abgewandten Seite (32) der Barriere (30) vorgesehenen Abstandssensor (20); wobei der Sensorkopf (15) ausgelegt ist bei einer Einwirkung durch eine Wasserschlaglast in Bezug auf den Abstandssensor (20) federelastisch ausgelenkt zu werden; wobei die Barriere (30) bezüglich der Wechselwirkung zwischen Abstandssensor (20) und Sensorkopf (15) durchlässig ist.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Wasserschlaglast-Aufnahmeeinheit (10) an der Wasserschlaglastseite (31) der Barriere (30) an der Barriere (30) befestigt ist.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Sensorkopf (15) einen optischen Reflektor (16) aufweist und der Abstandssensor (20) eine auf den Reflektor ausgerichtete Lichtquelle (26) und einen auf ein von der Lichtquelle (26) emittiertes und von dem Reflektor (16) reflektiertes Licht ausgerichteten Lichtsensor (27) aufweist, wobei der Sensorkopf (10) mit dem Reflektor (16) ausgelegt ist bei einer Einwirkung durch eine Wasserschlaglast in Bezug auf den Abstandssensor (10) ausgelenkt zu werden.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Abstandssensor (20) ausgelegt ist einen Laufzeitunterschied zwischen emittiertem und reflektiertem Licht zu ermitteln.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensorkopf (15) einen Magnetkreis mit Magnetkreiselementen (12, 13, 14) aufweist, wobei der Magnetkreis ein den Abstandssensor überdeckendes Magnetfeld erzeugt, wobei wenigstens ein Magnetkreiselement (12) ein Magnet ist und wenigstens ein Magnetkreiselement (14) einen magnetischen Luftspalt aufweist, wobei ein Magnetkreiselement (12, 13) ausgelegt ist bei einer Einwirkung durch eine Wasserschlaglast in Bezug auf den Abstandssensor (20) ausgelenkt zu werden, wobei der Abstandssensor (20) einen Magnetfeldsensor (22) aufweist, der ausgelegt ist ein sich durch eine auf das auslenkbare Magnetkreiselement (12, 13) wirkende Wasserschlaglast veränderndes Magnetfeld zu erfassen.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Barriere (30) eine Wasserschlaglast-feste Platte (35) aus einem magnetisch im Wesentlichen neutralen Metall oder einer magnetisch im Wesentlichen neutralen Metalllegierung, insbesondere einem magnetisch im Wesentlichen neutralen Leichtmetall oder einer magnetisch im Wesentlichen neutralen Leichtmetalllegierung gefertigt ist.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine federelastische Aufhängung (18) des Sensorkopfes durch eine Anordnung mit Elastomer-Elementen (19), insbesondere seewasserfesten Elastomer-Elementen ausgeführt ist.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der für eine Abstandsmessung relevante Teil (12, 13, 16) des Sensorkopfes (15) hermetisch gegenüber einer Wasserschlaglast-seitigen Atmosphäre abgedichtet ist.
Wasserschlaglast-Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wasserschlaglast-Messvorrichtung (1, 2, 3) eine Ortsbestimmungsvorrichtung (5), insbesondere eine Satelliten-gestützte Ortsbestimmungsvorrichtung aufweist, um einer auftretenden Wasserschlaglast einen Auftrittsort zuzuweisen.
Wasserschlaglast-Messsystem mit wenigstens einer ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Hauptmessrichtung (A) der ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung (1) und eine Hauptmessrichtung (B) der zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung (2) derart zueinander, insbesondere in einem Winkel zueinander angeordnet sind, dass ein Messsignal der ersten Wasserschlaglast-Messvorrichtung (1) und ein Messsignal der zweiten Wasserschlaglast-Messvorrichtung (2) eine Bestimmung der Richtung (D) der Wasserschlaglast ermöglicht.
Wasserschlaglast-Messsystem-Netz mit einer Mehrzahl von Wasserschlaglast-Messsystemen (100) gemäß Anspruch 10 und/oder Wasserschlaglast-Messvorrichtungen (1, 2, 3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Wasserschlaglast-Messsystem-Netz (200) wenigstens einen Datensammelknoten (8) aufweist, in dem von einem Teil der Mehrzahl von Wasserschlaglast-Messsystemen (100) und/oder Wasserschlaglast-Messvorrichtungen (1, 2, 3) für gemessene Wasserschlaglasten eine ermittelte Intensität, ggf. eine Richtung, eine Auftrittszeit und/oder ein Auftrittsort gesammelt und für eine Auswertung bereitgestellt wird.
Wasserschlaglast-Messsystem-Netz gemäß Anspruch 11, wobei das Wasserschlaglast-Messsystem-Netz (200) ausgelegt ist basierend auf erfassten Daten bezüglich Intensität, ggf. Richtung, Auftrittszeit und/oder Auftrittsort eine Auswertung vorzunehmen, die insbesondere unter Einbeziehung von Wetterdaten eine Vorhersage von Wasserschlaglasten, insbesondere Monsterwellen bzw. Freakwaves ermöglicht.