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"Verfahren zum Feststellen der Gefahr der Bildung von Eis auf einer
Fläche11 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen der Gefahr der Bildung
von Eis auf einer Fläche.
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In bestimmten Fällen ist es qUnschenswert, die Gefahr der Bildung
von Eis auf einer Fläche rechtzeitig zu erkennen, d.h. ein Warnsignal zu erhalten,
bevor sich Eis tatsächlich auf der Fläche niederschlägt. Dies ist insbesondere der
Fall in Verbindung mit Fahrzeugen. Bei Luftfahrzeugen ist es sowohl wichtig, die
Gefahr der Bildung von Eis auf Flächen des Luftfahrzeuges selbst, wie zum Beispiel
seinen Tragflächen, als auch die Gefahr der Bildung von Eis auf der durch die iwide-
oder Startbahn gebildeten Fläche zu erkennen. Bei Kraftfahrzeugen ist es dagegen
wtinschenswert, die Gefahr der Bildung von Eis auf der Fahrbahn rechtzeitig zu erkennen.
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Um die genannte Gefahr zu erkennen, war es bisher erforderlioh, die
Temperatur und die Feubitigkeit der iuft in der Umgebung der zu überwachenden Fläche
festzustellen und aus diesen beiden Werten entsprechende Schlüsse zu ziehen. Dieses
Verfahren ist jedoch relativ umständlich und läßt sich nur mit erheblichen Mitteln
selbsttätig durchführen. Es ist daher insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen nicht
gut geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Feststellen
der Gefahr der Bildung von Eis auf einer Fläche zu schaffen, das die genannten Nachteile
nicht aufweist0 Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß über
die kalte Seite der Pleiter-Batterie, deren Temperatur um 0,5°C bis 4°C niedriger
ist als die Temperatur der Luft in der Umgebung der zu überwachenden Fläche, Luft
aus der unmittelbaren Umgebung der zu überwachenden Fläche geführt und festgestellt
wird, ob sich auf der kalten Seite der Peltier-Batterie eine Eisschicht bildet.
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Zweckmäßigerweise wird Luft aus der Umgebung der zu itberwachenden
Fläche als Kühlluft über die warme Seite der Peltier-Batterie geführt, die so bemessen
ist, daß sich an ihrer kalten Seite die gewünschte, um O,50C bis 40C unter der Temperatur
der Kühlluft liegende Temperatur einstellt. Die bi Eisbildungsgefahr sich auf der
kalten Seite der Peltier-Batterie bildende Bisschicht kann durch mechanische, optische
oder elektrische Verfahren festgestellt werden. Bei einem mechanischen Verfahren
können zum Beispiel auf der kalten Seite der Batterie im Wege der an ihr entlanggeführten
Luft wärmeleitende Elemente angeordnet sein, die so bemessen sind, daß beim AuStreten
einer Eisschicht der freie Querschnitt für die über die kalte Seite geführte Luft
stark verringert wird, und daß vor oder hinter der kalten Seite der Peltier-Batterie
der durch die vorbeigeführte Luft erzeugte Staudruck gemessen wird.
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Bei einem optischen Verfahren wird zum Feststellen einer Eisschicht
auf der kalten Seite der Peltier-Batterie der optische Reflektionsgrad der Oberfläche
der kalten Seite bemessen.
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Bei einem elektrischen Verfahren wird zum Feststellen einer Eisschicht
auf der kalten Seite der Peltier-Batterie eine durch eine gebildete Eisschicht veränderte
elektrische Kenngröße zwischen der Oberfläche der kalten Seite der Peltier-Batterie
und einer in geringem Abstand von dieser Oberfläche angeordneten Elektrode ge
messen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der folgenden Beschreibung
an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 2, 3a und 3b Anordnungen
zum Durchführen der Verfahren zum Peststellen einer Eisschicht auf der kalten Seite
der Peltier-Batterie der Anordnung nach Pig. 1.
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Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der
Erfindung. Diese Anordnung besteht dabei im wesentlichen aus einer Luftführung 1,
die sich in einen oberen Kanal 2 und einen unteren Kanal 3 teilt. Der Querschnitt
der Kanäle 2 und 3 ist so gewählt, daß der Kanal 3 pro Zeiteinheit von einer Luftmenge
durchströmt wird, die mindestens doppelt so groß ist wie die den Kanal 2 durchströmende
Luftmenge. Zwisohen diesen beiden Kanälen ist eine Peltier-Batterie 4 derart angeordnet,
daß ihrekalte Seite 5 im oberen Kanal in der Luftführung und ihre warme Seite 6
im unteren Kanal der Luftführung liegt. Auf der warmen Seite 6 der Peltier-Batterie
sind Kühlrippen 7 angeordnet, die von der durch die Luftführung strömenden Luft
überstrichen werden. Mit der kalten Seite 5 der Peltier-Batterie ist eine Anordnung
zum Feststellen einer auf dieser kalten Seite gebildeten Eisschicht verbunden. Diese
Anordnung kann au einer Elektrode 8 oder einer derweiter unten an Hand der Fig.
2, 3a und 3b näher erläuterten Anordnungen bestehen. Die Luftführung, deren Eingang
10 zweckmäßigerweise mit einem Luftfilter versehen ist, wird von der Luft aus der
unmittelbaren Umgebung der zu überwachenden Fläche durch strömt. Zu diesem Zweck
ist die Anordnung mit einer Ansaugvorrichtung 9 versehen, die die Luft durch die
Luftführung in ihre beiden Teilkanäle 2 und 3 hindurchsaugt. Bei Anwendung des Verfahrens
ist in einem Fahrzeug, und insbesondere in einem Luftfahrzeug, itaim uf eine besondere
Ansaugvorrichtung 9 verzichtet
werden. In diesel Falle geneigt unter
Umständen der FallrtWind, um Luft aus der unmittelbaren Umgebung der zu überwachenden
Fläche durch die Luftführung strömen zu lassen.
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Die Peltier-Batterie 4, deren warme Seite 6 über die auf ihr befestigten
Kühlrippen 7 von der Luft aus der unmittelbaren Umgebung der zu überwachenden Fläche
gekühlt wird, ist so eingestellt, daß sich an ihrer kalten Seite eine Temperatur
einstellt, die um 0,500 bis 40", je nach der gewünschten Ansprechempfindlichkeit,
niedriger liegt als die Temperatur der genannten warmen Seite0 Damit weist die kalte
Seite der Peltier-Batterie gegenüber der sie überströmenden Luft, deren Temperatur
gleich der Temperatur der über die warme Seite der Peltier-Batterie strömenden Luft
ist, eine um 0,50C bis 400 niedriger liegende Temperatur auf. Ist die Temperatur
dieser aus der unmittelbaren Umgebung der zu überwachenden Flache herangeführten
Luft bereits so niedrig und ihre Feuchtigkeit so hoch, daß bei einer Abkühlung um
0,5°C bis 4°O sich Eiskristalle bilden, d.h. die Gefahr der Bildung von Eisansatz,
z0B. Glatteis besteht, so wird sich auf der um die genannte Temperaturdifferenz
kältere kalte Seite 5 der Peltier-Batterie eine Eisschicht niederschlagen.
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Liegt die Temperatur der zugeführten Luft höher und ist ihre relative
Feuchtigkeit so hoch, daß ihre Temperatur nur wenig größer als die Taupunkttemperatur
ist, so wird sich durch die Abkühlung auf der kalten Seite der Peltier-Batterie
ein Wasser film niederschlagen.
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Zum Feststellen einer Eisschicht auf der kalten Seite 5 der Peltier-Batterie,
die sich, wie oben erläutert, nur dann bildet, wenn die aus der unmittelbaren Umgebung
der zu überwachenden Fläche zugeführte Luft so kalt und so feucht ist, daß nach
einer weiteren geringen Abkühlung Eisbildung auftritt, sind verschiedene Verfahren
anwendbar.
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In Figo 1 ist eine in geringem Abstand von der kalten Seite 5 der
Peltier-Batterie
4 angeordnete flache Elektrode 8 dargestellt.
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Sobald sich auf der kalten Seite 5 Eis bildet, wird sich der Zwischenraum
zwischen der Fläche 5 und der Elektrode 8 mindestens teilweise mit Eis zusetzens
Um gebildetes Eis zwischen der Fläche 5 und der Elektrode 8 festzustellen, genügt
es, mit Hilfe einer Gleich- oder Wechselspannung eine Kenngröße des zwischen Blektrode
8 und Fläche 5 gebildeten elektrischen Zweipols zu messen.
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Diese Kenngröße kann zum Beispiel der Widerstand sein, der durch das
zwischen der Platte 5 und der Elektrode 8 vorhandene Medium, nämlich Luft, Wasser
oder Eis, gebildet wird. Der spezifische Widerstand dieser drei Medien weicht sehr
stark voneinander ab.
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Er liegt etwa für Luft bei mindestens 1012 Ohm # mm2 # m-1, für Wasser
bei etwa 103 Ohm mm2 . m*1 und für Eis bei etwa 105 Ohm . mm2 . m 1. Durch eine
geeignete Diskriminatorschaltung kann also die Größenordnung des Widerstandes und
damit festgestellt werden, ob sich auf der kalten Seite 5 der Peltier-Batterie eine
Eisschicht gebildet hat oder nur Wasser kondensiert ist.
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Statt des ohmschen Widerstandes zwischen der Seite 5 und der 3Dektrode
8 kann auch die Kapazität des durch diese beiden Elektroden gebildeten Kondensators
gemessen werden, die von der Art des Dielektrikums, d. h. dessen Dielektrizitätskonstante
abhängt.
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Die relative Dielektrizitätskonstante von Luft ist etwa 1, die von
Wasser etwa 80 und die von Eis etwa 3. Auch hier kann durch eine geeignete Diskriminatorschaltung
leicht festgestellt werden, wann eine Dielektrizitätskonstante von etwa 3 vorhanden
ist und sich auf der kalten Seite 5 der Peltier-Batterie also eine Eisschicht gebildet
hat.
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Eine weitere Möglichkeit zum Feststellen einer gebildeten Eisschicht
besteht darin, den Verlustfaktor tan des Dielektrikums zwischen der kalten Seite
5 und der Elektrode 8 zu messen. Für die relative Größe zueinander der Verlustfaktoren
für die drei in Betracht kommenden Medien Luft, Wasser ;und Eis gilt ähnliches wie
für den ohmschen Widerstand und die Dielektrizitätskonstante.
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Die Messung der genannten elektrischen Kenngröße ijird man zweckmäßigerweise
nach dem Vergleichsverfahren mit einer Brückenschaltung durchführen. Für die Messung
der Dielektrizitätskonstante und des Verlustfaktors wird man Hochfrequenz verwenden.
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Ein weiteres Verfahren zum Feststellen einer auf der kalten Seite
5 der Peltier-Batterje 4 gebildeten Eisschicht ist in Fig. 2 näher erläutert. Es
besteht darin, daß der optische Reflektionsgrad der polierten Oberfläche der kalten
Seite der Peltier-Batterie gemessen wird. Zu diesem Zweckeist oberhalb der polierten
kalten Seite 5 der Peltier-Batterie eine gerichtete Lichtquelle 12 angeordnet. Das
von dieser Lichtquelle auf die Fläche 5 fallende Licht wird, wenn diese nicht von
einer Eisschicht bedeckt ist, reflektiert und von einem gerichteten Lichtaufnehmer
13 aufgenommen, der unter dem sich ergebenden Reflektionswinkel zu der Fläche 5
angeordnet ist. In dem Lichtaufnahmer 13 fällt das Licht auf ein lichtempfindliches
Element, z. B. einen Photowiderstand.
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Sobald die kalte Seite 5 der Batterie mit einer Eis schicht übersogen
ist, tritt nur noch eine diffuse Reflektion des Lichtes von der Quelle 12 auf. Der
in den gerichteten Lichtaufnehmer 13 fallende Lichtanteil wird also stark absinken.
Der Widerstand des lichtempfindlichen Elementes ändert sich entsprechend, so daß
aus dieser Widerstandsänderung auf die Bildung einer Eisschicht geschlossen werden
kann. Wenn sich auf der kalten Seite 5 der Peltier-Batterie Wasser niederschlägt,
so wird normalerweise die Reflektion des Lichtes nicht so stark diffus als wie bei
der Bildung einer Eisschicht. Bei einer auftretenden Widerstandsänderung des lichtempfindlichen
Blementes knnn also zwischen dem Niederschlag von Wasser und der Bildung einer Eisschicht
unterschieden werden.
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Ein drittes Verfahren zum Feststellen einer auf der kalten Seite 5
der Peltier-Patterie gebildeten Eis schicht ist in den Fig. 3a und 3b erläutert.
Gemäß diesem Verfahren sind aff der kalten Seite 5 der Peltier-Bätteris Finnen 14
angeordnet, die als aräm et-luschende
Elemente dienen0 Diese Finnen
14 sind parallel zueinander und zur Strömungsrichtung der Luft mit so einem geringen
Abstand voneinander angeordnet, daß der freie Querschnitt für die durch den oberen
Kanal der Luftführung strömende Luft wesentlich verringert wird, sobald sich auf
der kalten Seite 5 der Peltier-Batterie, d.h. auf den Finnen 14 eine Eisschicht
bildet. Das Verringern des freien Querschnittes und damit die Bildung einer Eisschicht
wird durch IIessen des durch die durchströmende Luft vor oder hinter den Finnen
erzeugten Staudruckes festgestellt. Zu diesem Zweck ist zum Beispiel, in Strömungsrichtung
gesehen, hinter den Finnen 14 ein Staudruckmesser 11 angeordnet. Solange sich auf
den Finnen 14 kein Eis abgesetzt hat, der freis Querschnitt für die Luft also groß
ist, zeigt der Staudruckmesser 11 einen hohen Staudruck an, der absinkt, sobald
der freie Querschnitt durch eine Eisschicht verringert wird.
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Aus der Enderung des von dem Standruckmesser 11 angezeigten Druckes
kann, konstante Strömungsgeschwindigkeit der durch den oberen Kanal 2 der Luftiluirung
1 geführten Luft vorausgesetzt, also auf die 3iläug einer Eisschicht geschlossen
werden.
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Gegebenenfalls kann durch eine geeignete Heizeinrichtung die sich
auf der Finhen gebildete Eisschicht periodisch wieder abgetaut werden0 Sobald on
einen der cbe beschriebene 1 Verfahren festgestellt ist, daß sich auf der kalten
seite der Peltier-Batterie eine Eisschi@@@ gebildet hat, also die Gefahr der Bildung
von Eie auf der zu @@@rwachenden Fläche besteht, wird eine geeignete optische und/oder
@kurstische Anzeigeeinrichtung betätigt.
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Patentansprüche