-
Vorrichtung zur Anzeige von Eis, Schnee und zur Eisbildung neigenden
Zuständen auf einer Oberfläche, insbesondere einer Straße Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Anzeige von Eis, Schnee und zur Eisbildung neigenden Zuständen
auf einer Oberfläche, insbesondere einer Straße, mit einem Temperaturfühler und
einem beheizten Nässefühler, die je eine in der Oberfläche anzuordnende Endfläche
aufweisen und an eine Anzeigeschaltung angeschlossen sind, die bei gleichzeitigem
Auftreten von Meßwerten in vorgegebenen Meßwertbereichen der beiden Fühler ein Anzeigesignal
auslöst.
-
Bekannte Vorrichtungen dieser Art sind nur in einem begrenzten Bereich
der veränderlichen Umgebungseinflüsse brauchbar. So kann beispielsweise durch die
Heizung des Nässefühlers unter ungünstigen Bedingungen ein auf den Nässefühler auftreffender
Feuchtigkeitsniederschlag verdampft werden, bevor es zur Ausbildung eines zusammenhängenden
Flüssigkeitsfihns kommt. Andererseits ist es bei zu schwacher Heizung möglich, daß
bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein auf dem Nässefühler gebildeter Eis- oder
Schneeniederschlag nicht mehr bis zur Bildung eines zusammenhängenden Flüssigkeitsfilms
aufgetaut wird.
-
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung
der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die in einem weiten Bereich von Umgebungs-Zustandsgrößen
zuverlässig arbeitet und die geschilderten Nachteile der bekannten Einrichtungen
nicht aufweist.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt nach der Erfindung im wesentlichen
dadurch, daß bei einer eingangs angegebenen Vorrichtung für die Beheizung des Nässefühlers
eine Thermostateinrichtung vorgesehen ist, die ein Absinken der Temperatur der Endfläche
des Nässefühlers unter einen vorgegebenen, nahe über dem Gefrierpunkt des Wassers
liegenden Wert verhindert.
-
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Heizleistung des Nässefühlers
automatisch den jeweils vorliegenden Umgebungsverhältnissen angepaßt.
-
Da die Temperatur unter allen Umständen stets auf einem vorgegebenen,
nahe über dem Gefrierpunkt des Wassers liegenden Wert gehalten wird, kann weder
eine zu rasche Verdampfung abgesetzter Niederschlagsteilchen noch eine ungenügende
Aufschmelzung eines gebildeten Eisbelages auftreten.
-
Es ist zwar bereits eine Eiswaruvorrichtung für Flugzeuge bekanntgeworden,
bei der die Heizung von Vereisungsfühlern reguliert wird, doch wird bei dieser Einrichtung
die Ein- und Ausschaltung der Heizung pneumatisch in Abhängigkeit von den durch
Eis ablagerungen hervorgerufenen Veränderungen der
Strömungsverhältnisse am Vereisungsfühler
gesteuert, so daß die Heizung grundsätzlich erst dann eingeschaltet- wird, nachdem
sich eine nicht unbeträchtliche Eismenge auf dem Fühler abgesetzt hat. Eine derartige
Einrichtung ist weder für nicht umströmte Oberflächen, z. B. Straßenoberflächen,
brauchbar, noch vermag sie auf flüssige Niederschläge und überhaupt sehr kleine
Niederschlagsmengen anzusprechen. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Temperatur des Fühlers auch nicht annähernd konstant gehalten.
-
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
-
Fig. 1 ist ein allgemeines Schaltschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 ist eine Teilschnittdarstellung des einen Fühlers einer in eine Oberfläche
eingebetteten erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht
eines Teils der in F i g. 2 gezeigten Vorrichtung; F i g. 4 zeigt im Querschnitt
Einzelheiten des anderen Fühlers der erfindungsgemäßen Einrichtung; Fig. 5 ist eine
schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
-
Die in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße- Vorrichtung 10 enthält
einen Feuchtefühler 12 und einen Temperaturfühler 14. Diese Fühler liegen als Schaltelemente
in
den Zweigen 16 bzw. 18 einer Impedanz brücke 20. Die Veränderungen im Ausgang des
ersten und zweiten Fühlers 12 bzw. 14 werden über ein Paar von Verstärkern 22, 24
auf ein Paar Relais 26 und 28 weitergegeben.
-
Die Brückenschaltung 20 besteht aus einer herkömmlichen vierarmigen
Brückenschaltung mit einem Paar gegenüber angeordneter Widerstandszweige 16, 18
und einem weiteren Paar gegenüberliegender Widerstandszweige 30,32. Beide Arme 30,
32 sind als veränderbare Widerstände ausgeführt, stehen jedoch mit keinem der Fühler
12,14 in aktiver Beziehung. Die Stromversorgung der Brücke erfolgt über die Klemmen
34 und 36, an die die Sekundärwicklung 38 eines Transformators angeschlossen ist,
deren Mittelanzapfung geerdet ist. Die Transformatorsekundärwicklung stellt einen
Teil einer nicht dargestellten Wechselstromversorgung dar, die der Vorrichtung10
die erforderliche Betriebsleistung zuführt.
-
Die Signalausgangsklemmen der Brückenschaltung 20 bestehen aus einem
Paar diagonal gegenüberliegender I(lemmen 40,42, die an je einen Eingang der Verstärker
22,24 angeschlossen sind.
-
Die Relais 26,28 haben Arbeitsspulen 44 bzw.46, die an je einen Ausgang
der Verstärker22,24 angeschlossen sind, und je einen Schalter 48 in Form eines einpoligen
Umschalters. Der eine Schalter 48 schaltet einen Kontakt 52 zwischen den Kontakten
56 und 58; und der andere Schalter 50 schaltet einen Kontakt 54 zwischen den Kontakten
60 und 62. Die Anschlüsse 52, 56 des Relais 26 und die Anschlüsse 54,60 des Relais
28 stellen die Ausgangsklemmen für den Anschluß geeigneter, nicht dargestellter
Anzeigevorrichtungen dar, die auf die von den beiden Fühlern 12,14 erfaßten Zustände
ansprechen.
-
Der in Fig. 2 dargestellte Nässefühler 12 besteht aus einem Paar
konzentrisch angeordneter, freiliegender kreisförmiger Kontakte 66, 68, die durch
einen gegossenen Isolierkörper 70 zusammengehalten und gegeneinander isoliert werden;
diese drei Teile bilden eine steckbare Einheit64. Die Einheit 64 ist in eine Straßenoberfläche
72 od. dgl. derart eingebettet, daß die freiliegenden Oberflächen der Kontakte 66,
68 und des dazwischenliegenden Isolierkörpers 70 mit der Straßenoberfläche fluchten.
Somit wird jegliche Feuchtigkeit auf der Straßenoberfläche 72 den durch den Isolierkörper
70 gebildeten Spalt zwischen den kreisförmigen Kontakten 68, 66 überbrükken und
zwischen den Kontakten einen geschlossenen Stromkreis herstellen.
-
Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist, besteht der äußere Kontakt
68 aus einem Metallrohr, während der innere Kontakt 64 durch einen Abschnitt eines
Metallstabes dargestellt wird, in welchem ein Paar längsverianfender Kammern 74,
76 angeordnet ist.
-
Damit der Nässefühler 64 die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der
Straßenoberfläche 72 richtig erfassen kann, sind in den Innenbohrungen 74,76 ein
elektrischer Rohrheizkörper 78 und ein damit in Reihe geschalteter rohrförmiger
thermostatischer Steuerschalter 80 eingebaut. Der Thermostat wird so eingestellt,
daß er die Fühlereinheit 64 auf einer Ternperatur hält, die dicht oberhalb der Gefriertemperatur
von Wasser (00 C) liegt, so daß Schnee oder Eis, die sich auf der Straßenoberfläche
72 und dem Fühler 64 befinden, geschmolzen und als Flüssigkeit erfaßt werden. Die
Heizleistung wird dem Heizelement 78 bzw. dem Schalter 80 über ein Lei-
tungspaar
82, 84 zugeführt. Die Kontakte 66- und 68 sind ebenfalls mit Leitungen 86 bzw. 88
versehen, die diese Kontakte mit Anschlüssen 34 und 40 in der Brückenschaltung 20
verbinden.
-
Der in Fig.4 dargestellte Temperaturfühler 14 enthält einen Thermistor90,
der in einer Hülle 92 aus gut wärmeleitendem Metall eingeschlossen ist; diese Hülle
ist in der Straßenoberfläche eingebettet.
-
Die Metallhülle 92 ist mit einem Isoliermaterial 94 gefüllt, in welchem
der Thermistor 90 eingebettet ist.
-
Das Isoliermaterial 94 hat ebenfalls gut wärmeleitende Eigenschaften
und wird in der Hülle 92 durch ein Paar metallischer Endkappen 96 und 98 an Ort
und Stelle gehalten. Die Endkappe 98 ist mit einer isolierten Bohrung 100 versehen,
durch die ein Paar Leitungen 102,104 verläuft, die den Thermistor 90 mit den Anschlüssen
42 bzw. 36 der Brückenschaltung 20 verbinden. Der Thermistor 90 arbeitet so, daß
sein Widerstand mit fallender Temperatur steigt, und die auf diese Weise hervorgerufene
Impedanzänderung im Arm 18 der Brückenschaltung 20 erzeugt an der Klemme 42 der
Brücke 20 ein dieser Impedanzänderung entsprechendes Ausgangssignal.
-
Ein vollständigeres Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in Fig.5 dargestellt. Bei dieser Schaltung besteht jeder der Verstärker 22 und
24 aus einem Paar in Reihe geschalteter PNP-Transistoren dos, 108 bzw. 110,112.
Die Ausgangsanschlüsse 40 und 42 der Brückenschaltung 20 sind mit den Basiselektroden
114 bzw. 116 der Transistoren 106 bzw. 110 der Verstärker 22 bzw. 24 verbunden.
-
Die Spule 44 des ersten Relais 26 liegt als Last im Kollektorkreis
des Transistors 108 des ersten Verstärkers 22, während die Spule 46 des zweiten
Relais 28 als Last im Kollektorkreis des Transistors 112 des zweiten Verstärkers
24 liegt.
-
Die Betriebsleistung für beide Verstärker 22 und 24 wird aus einer
Sekundärwicklung 118 eines Transformators 120 entnommen, der auch die mittelangezapfte
Sekundärwicklung 38 in der Brückenschaltung 20 enthält. Die Wicklung 118 ist an
die Kollektoren der Transistoren der Verstärker 22, 24 über Gleichrichtereinrichtungen
122 bzw. 124 angeschlossen, und zwischen jedem der Kollektoren und den Gleichrichtern
sind geeignete Impedanzen wie der Widerstand 126 und der Kondensator 128 beim ersten
Verstärker 22 bzw. der Widerstandl30 und der Kondensator 132 beim zweiten Verstärker
24 vorgesehen.
-
Die Schalteranker 48, 50 sind so angeordnet, daß sie über eine Leitung
134 in Reihe geschaltet sind, wenn sie an ihren entsprechenden Arbeitskontakten
136 bzw. 138 liegen. Die nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung, die beim Auftreten
des vorgegebenen Zustandes aus einer geeigneten Leistungsquelle (nicht dargestellt)
gespeist wird, ist über die Relaiskontakte 136 und 138 sowie die Leitungen 140 bzw.
142 angeschlossen und wird jedesmal dann eingeschaltet, wenn sich beide Relaisanker
48,50 schließend an die Kontakte 136 bzw. 138 legen.
-
Arbeitsweise Im folgenden wird auf die Fig. 2,4 und 5 Bezug genommen.
Im Betrieb wird der Nässefühler 12 durch die Wirkung des in ihm angeordneten rohrförmigen
Heizkörpers 78 und infolge der automatischen Regelung durch den ebenfalls in dem
Nässefühler
12 eingebauten thermostatischen Steuerschalter 80 auf
etwa +3,50C C gehalten. Dadurch wird sichergestellt, daß Eis, Schnee oder Reif,
die ebenso wie auf der Straßenoberfläche 72 auf dem mit der Straßenoberfläche fluchtenden
Nässefühler 12 vorhanden sind, geschmolzen werden und dadurch eine durch Feuchtigkeit
gebildete Überbrückung des zwlschen den Elektroden 66 und 68 liegenden Isolierspalts
bilden. Diese Temperatur führt zwar zum Schmelzen, ist aber niedrig genug, um unerwünschte
Verdampfung von Feuchtigkeit auf dem Nässefühler 12 zu vermeiden.
-
Der Temperaturfühler 14 ist so gewählt, daß durch Einstellung der
veränderbaren Widerstände 30,32 der Brückenschaltung 20 die Brücke so abgeglichen
ist, daß das zweite Relais 28 erst dann erregt wird, wenn der Thermistor 90 eine
Oberflächentemperatur meldet, die gleich der Gefriertemperatur von Wasser ist oder
nahe an dieser Gefriertemperatur liegt.
-
Nimmt man an, daß Schnee, Eis, Reif oder Regen auf der Straßenoberfläche
72 vorhanden sind und die Oberflächentemperatur kleiner als oder gleich der Gefriertemperatur
von Wasser ist, so ruft der Nässefühler 12, da seine Elektroden 66,68 durch Feuchtigkeit
überbrückt sind, eine Widerstandsänderung im Zweig 16 der Brücke 20 zwischen den
Anschlüssen 34 und 40 hervor, und der Temperaturfühler 14 stellt im Brückenzweig
18 der Brücke 20 zwischen den Anschlüssen 36 und 42 einen solchen Widerstand dar,
daß die Brücke aus dem Gleichgewicht gebracht wird und Ausgangssignale an den Ausgangsklemmen
40 und 42 erscheinen.
-
Das Ausgangssignal am Anschluß 40 wird der Basis 114 des ersten Transistors
106 des ersten Verstärkers 22 zugeführt und veranlaßt den ersten Transistor 106,
leitend zu werden und den zweiten Transistor 108 in den leitenden Zustand zu versetzen,
so daß die Spule 44 des ersten Relais 26 erregt wird.
-
Dies führt dazu, daß der Anker 48 des ersten Relais 26 die Ausgangsleitung
140 über den Anker 48 und den Kontakt 136 mit der Leitung 134 verbindet.
-
Das Ausgangssignal am Anschluß 42 der Brücke 20 wird der Basis 116
des ersten Transistors 110 des zweiten Verstärkers 24 zugeleitet und veranlaßt diesen
Transistor, leitend zu werden und den zweiten Transistor 112 in den leitenden Zustand
zu versetzen, so daß die Spule 46 des zweiten Relais 28 unter Spannung gesetzt wird.
Dies bewirkt, daß der Anker 50 des zweiten Relais 28 die Ausgangsleitung 142 über
den Anker 50 und den Kontakt 138 mit der Leitung 134 verbindet.
-
Somit wird, wenn sowohl das erste Relais 26 als auch das zweite Relais
28 erregt werden, ein Stromkreis über die Leitung 134 geschlossen, wodurch eine
(nicht dargestellte) Anzeigeeinrichtung, die an die beiden Ausgangsleitungen 140
und 142 angeschlossen ist, unter Spannung gesetzt wird.
-
Wenn der kritische Zustand entweder in bezug auf die Feuchte oder
in bezug auf die Temperatur nicht
vorliegt, wird nur der eine der beiden Fühler 12
und 14 ein Ungleichgewicht in der Brücke 20 hervorrufen, und nur das zu dem betreffenden
Teil gehörige eine Relais wird erregt. Dadurch wird zwischen den Leitungen 140 und
142 über die Leitung 134 jedoch kein Stromkreis geschlossen, und es wird kein Signal
abgegeben.
-
Es versteht sich, daß andere Kombinationen von relaisbetätigten Schaltern
durch den Ausgang der Verstärker 22 und 24 so gesteuert werden können, daß die von
den einzelnen Fühlern 12 und 14 erfaßten Zustände einzeln angezeigt werden können.