DE202019102776U1

DE202019102776U1 - Hagelsensor

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Publication number: DE202019102776U1
Application number: DE202019102776.2U
Authority: DE
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland Vertreten Durch Das Bundesministerium fur Verkehr und Digitale Infrastru; Bundesrepublik Deutschland Vertreten Durch Das Bundesministerium fur Verkehr und Digitale Infrastruktur Dieses Vertreten Durch Den Deutschen Wetterdienst
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Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2029-05-17

Abstract

Hagelsensor zum Detektieren von Hagel mit
- einer Prallfläche, die ausgebildet ist, wenigstens abschnittsweise durch auftreffenden Hagel aus ihrer Ruheposition ausgelenkt zu werden, und
- wenigstens einem Signalwandler, der ausgebildet ist, die Auslenkung der Prallfläche kontaktlos zu erfassen und ein die Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal auszugeben, wobei
die Prallfläche von nicht-magnetisierbaren, in zumindest annähernd gleichem Abstand zueinander zumindest annähernd parallel verlaufenden und sich nicht kreuzenden Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitte gebildet ist,
an jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte jeweils ein Permanentmagnet derart angebracht ist, dass der Permanentmagnet im Falle einer Auslenkung des jeweiligen Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes mit diesem zusammen ausgelenkt wird, und wobei
der wenigstens eine Signalwandler ein induktiver Signalwandler ist, der derart in räumlichem Bezug zu den an den Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten angebrachten Permanentmagneten angeordnet ist, dass eine Auslenkung wenigstens eines Permanentmagneten relativ zu dem Signalwandler mit dem Signalwandler induktiv erfasst werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hagelsensor zum Detektieren von Hagel. Der Hagelsensor umfasst eine Prallfläche, die ausgebildet ist, durch auftreffenden Hagel wenigstens abschnittsweise aus ihrer Ruheposition ausgelenkt zu werden, und wenigstens einen Signalwandler, der ausgebildet ist, die Auslenkung der Prallfläche kontaktlos zu erfassen und ein die Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal auszugeben.
Hagelsensoren zum Detektieren von Hagel mit einer Prallfläche und einem Signalwandler sind inter alia aus EP 2905636 A1 und US 4,904,894 A bekannt.
Der in EP 2905636 A1 beschriebene Hagelsensor weist eine Prallfläche auf, die von mit Abstand zueinander geführten Drähten oder Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten oder dergleichen gebildet ist, die so angeordnet sind, dass zwischen den Drähten, Seilen oder dergleichen ein Abstand besteht, durch den flüssiger Niederschlag nach Auftreten auf die Prallfläche leicht hindurchtreten kann.
In US 4,904,894 A wird ein Hagelsensor mit einem piezoelektrischen Wandler beschrieben, welcher angeordnet ist, ein Wandler-Ausgangssignal zu erzeugen, wenn dieser durch ein Hagelkorn in Schwingung versetzt wird. In einer Ausführungsform ist der piezoelektrische Wandler auf einer als Gitter ausgebildeten Prallfläche angeordnet, welche durch fallenden Niederschlag ausgelenkt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen verbesserten Hagelsensor zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Hagelsensor der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Prallfläche von nicht-magnetisierbaren, in zumindest annähernd gleichem Abstand zueinander zumindest annährend parallel verlaufenden und sich nicht kreuzenden Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildet ist. An jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte ist ein Permanentmagnet derart angebracht, dass der Permanentmagnet im Falle einer Auslenkung des jeweiligen Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes mit diesem zusammen ausgelenkt wird. Wenigstens ein induktiver Signalwandler ist derart in räumlichem Bezug zu den an den Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten angebrachten Permanentmagneten angeordnet, dass eine Auslenkung wenigstens eines Permanentmagneten relativ zu dem Signalwandler mit dem Signalwandler induktiv erfasst werden kann. Der Signalwandler ist ausgebildet, ein die erfasste Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal auszugeben.
Die in zumindest annähernd gleichem Abstand zueinander zumindest annährend parallel verlaufenden und sich nicht kreuzenden Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte berühren sich nicht und können im Wesentlichen unabhängig voneinander schwingen. Das heißt die Auslenkung eines Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes durch ein auftreffendes Hagelkorn verursacht in der Regel keine signifikante Auslenkung eines anderen Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes der Prallfläche. Die Detektionseigenschaften des Hagelsensors können beispielsweise durch Variation des Abstandes, des Durchmessers oder des verwendeten Materials der zueinander zumindest annähernd parallel verlaufenden Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte verändert werden.
Dadurch, dass sich die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte nicht berühren, hängt die Sensitivität des Hagelsensors insbesondere von den Schwingungseigenschaften der einzelnen Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der Prallfläche ab. Die Schwingungseigenschaften der die Prallfläche bildenden Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte können über deren mechanische Spannung eingestellt werden. Vergleichsweise dicke Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte mit zum Beispiel einer Dicke von 1 mm können unter Umständen bereits ungespannt eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, so dass diese zum Verwirklichen der Prallfläche nicht mechanisch gespannt zu werden brauchen. Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte mit einer geringen Dicke, die z.B. weniger als 0,5 mm beträgt, müssen oftmals mechanisch gespannt werden um die Prallfläche zu verwirklichen. Durch die im Allgemeinen guten Schwingungseigenschaften sich nicht berührender, freischwingender Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte, die ihre Ursache typischerweise in der vergleichsweise geringen Masse der Drähte oder Seile haben, ist der erfindungsgemäße Hagelsensor auch für diejenigen Hagelkörner besonders empfindlich, die eine kleine Masse aufweisen und somit beim Aufprall einen vergleichsweise geringeren Impulsübertrag verursachen. Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte mit einer Dicke zwischen 0,3 mm und 1 mm haben sich als geeignet für einen erfindungsgemäßen Hagelsensor erwiesen und Drähte mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 0,8 mm als besonders geeignet.
Eine Prallfläche, die von in zumindest annähernd gleichem Abstand zueinander zumindest annähernd parallel verlaufenden und sich nicht kreuzenden Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildet ist, wird von flüssigem Niederschlag weit weniger ausgelenkt als von festem Niederschlag, weil auf die Prallfläche treffende Wassertropfen von den Drähten oder Seilen „zerschnitten“ werden. Beim Auftreffen flüssigen Niederschlags auf eine erfindungsgemäße Prallfläche erfolgt lediglich eine geringe Impulsübertragung, sodass entsprechende Drähte oder Seile der Prallfläche kaum ausgelenkt werden. Entsprechend lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Hagelsensor Hagel besonders zuverlässig von flüssigem Niederschlag unterscheiden. Der erfindungsgemäße Hagelsensor ist somit besonders geeignet Hagel zuverlässig zu detektieren.
Bei einem entsprechend gewählten zumindest annähernd gleichen Abstand der zumindest annähernd parallel geführten und sich nicht kreuzenden Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der erfindungsgemäßen Prallfläche unterscheidet sich die Detektionswahrscheinlichkeit für auftreffende Hagelkörner nicht von derjenigen einer Prallfläche, die von gittermäßig mit gleichem Abstand zueinander miteinander verwobenen Drähten gebildet ist. Dabei besitzt die Prallfläche durch die zumindest annähernd parallele Anordnung der Drähte oder Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte über die gesamte Prallfläche die gleiche Detektionswahrscheinlichkeit für Hagelhörner einer bestimmten Größe. Da die für die Sensitivität des Hagelsensors die effektive Masse eines einzelnen Drahtes oder Seiles ist, ist die Sensitivität des erfindungsgemäßen Hagelsensors höher als diejenige einer von miteinander verwobenen Drähten gebildeten Prallfläche. Insbesondere wenn die Dicke der die Prallfläche bildenden Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte bei konstantem Abstand der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte erhöht wird, erhöht sich entsprechend auch der geschlossene Anteil der Prallfläche und somit die Detektionswahrscheinlichkeit für auftreffenden Hagel.
Weiterhin ist die Wahrscheinlichkeit für eine Ablagerung von Schmutz oder Schnee auf der von zumindest annähernd parallel zueinander verlaufenden Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildeten Prallfläche, durch den im Vergleich zu einer gittermäßigen Prallfläche geringeren Anteil einer geschlossenen Fläche an der Gesamtfläche, reduziert.
Erfindungsgemäß sind die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte aus einem nicht-magnetisierbaren Material gebildet. Eine Auslenkung der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte selbst ist entsprechend nicht mit einem induktiven Signalwandler erfassbar. Um eine Auslenkung der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte durch ein auftreffendes Hagelkorn im Betrieb des Hagelsensors dennoch erfassen zu können, ist an jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte jeweils ein Permanentmagnet so angebracht, dass ein Permanentmagnet zusammen mit einem entsprechenden Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt ausgelenkt wird.
Im Betrieb wird die Bewegung des Permanentmagneten kontaktlos von dem wenigstens einen induktiven Signalwandler erfasst, d.h. die Bewegung des Permanentmagneten induziert in dem wenigstens einen Signalwandler ein die Auslenkung repräsentierendes Signal, welches typischerweise ein elektrisches Wechselspannungssignal ist. Die zeitliche Änderung der Amplitude des induzierten Signals hängt von der durch ein auftreffendes Hagelkorn verursachten Auslenkung des an dem entsprechenden Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt angebrachten Permanentmagneten ab. Damit eine Auslenkung eines Permanentmagneten in dem wenigstens einen Signalwandler im Betrieb des Hagelsensors ein Signal, insbesondere ein Wechselspannungssignal, induziert, ist der wenigstens eine induktive Signalwandler in einem zum Erfassen der Auslenkung wenigstens eines Permanentmagneten geeigneten räumlichem Bezug wenigstens zu diesem einen Permanentmagneten angeordnet. In anderen Worten, der Signalwandler ist derart in Bezug auf den Permanentmagneten angeordnet, dass eine durch die Bewegung des Permanentmagneten hervorgerufene lokale Magnetfeldänderung ausreicht, um in dem Signalwandler ein Signal mit einem hinreichend signifikanten Signal-Rausch-Verhältnis zu induzieren. Das im Betrieb durch die Auslenkung eines Permanentmagneten induzierte Signal, kann von dem Signalwandler als ein entsprechendes Wandler-Ausgangssignal ausgegeben werden. Das Wandler-Ausgangssignal kann das unverarbeitete induzierte Wechselspannungssignal oder ein verarbeitetes Wandler-Ausgangssignal sein.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Hagelsensors beschrieben.
Definitionsgemäß ist ein Draht oder Drahtabschnitt von einem Filament und ein Seil oder Seilabschnitt von mehr als einem Filament gebildet. Ein Seil oder Seilabschnitt kann verschiedene Filamente aus unterschiedlichen Materialien umfassen.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird unter einer von Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildeten Prallfläche zum einen eine Prallfläche verstanden, die eine Anzahl einzelner Drähte oder einzelner Seile aufweist, die jeweils, vergleichbar mit den Saiten einer Gitarre, zumindest annährend parallel zueinander von einem ersten Aufhängepunkt nur zu genau einem weiteren Aufhängepunkt geführt sind. Die Prallfläche weist dann also eine Anzahl einzelner Drähte oder Seile auf, die jeweils sich nicht kreuzend von einem ersten Aufhängepunkt zu genau einem weiteren Aufhängepunkt geführt sind. Beispielsweise können eine Anzahl einzelner Drähte oder einzelner Seile jeweils von einer Seite eines rechteckigen Rahmens auf die gegenüberliegende Seite des Rahmens geführt sein und so die Prallfläche eines Hagelsensors bilden.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird unter einer von Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildeten Prallfläche zum anderen eine Prallfläche verstanden, bei der ein Draht oder Seil mehrfach hin und her geführt und so in mehrere Drahtabschnitte der Seilabschnitte unterteilt wird. Beispielsweise kann ein Draht oder Seil von einer Seite eines Rahmens zu der gegenüberliegenden Seite eines Rahmens und wieder zurückgeführt sein, also zwischen wenigstens drei Aufhängepunkten geführt sein, sodass eine von Drahtabschnitten oder Seilabschnitten gebildete Prallfläche realisiert ist. Die Drahtabschnitte oder Seilabschnitte schwingen dann im Wesentlichen unabhängig jedoch nicht vollständig entkoppelt voneinander.
Ein Draht, der zwischen zwei Aufhängepunkten geführt ist, muss nicht notwendigerweise zusätzlich mechanisch gespannt sein, beispielsweise durch Anziehen einer Spannschraube. Ein Draht der an zwei Aufhängepunkten befestigt ist und sich gradlinig zwischen diesen erstreckt, kann auch selbst bereits eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, um zwischen den Aufhängepunkten schwingen zu können.
Eine wenigstens abschnittsweise Auslenkung der Prallfläche aus ihrer Ruhelage umfasst die Fälle, in denen lediglich ein Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt der Prallfläche oder mehrere, aber nicht alle Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der Prallfläche oder alle Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der Prallfläche durch auftreffenden Hagel ausgelenkt werden.
Die Prallfläche des Hagelsensors hat vorzugsweise einen Flächeninhalt, der zwischen 160 cm² und 240 cm², beispielsweise 200 cm² beträgt. Bei einer quadratischen Grundfläche hat eine solche Prallfläche Längsseiten, deren Länge zwischen 12,5 cm und 15,5 cm, beispielsweise ungefähr 14 cm beträgt. Für manche Anwendung kann es jedoch vorteilhaft sein, wenn die Grundfläche nicht quadratisch ist, sondern beispielsweise rund oder rechteckig ist. Abhängig vom Anwendungsfall kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Hagelsensor eine Prallfläche aufweist, die mit einem Flächeninhalt hat, der insbesondere größer als 200 cm² ist. Der Hagelsensor kann auch mit einer kleineren Prallfläche verwirklicht werden. Es ist auch denkbar, dass der Hagelsensor mehrere voneinander unabhängige Prallflächen aufweist, d.h. eine von mehreren Prallflächen gebildete Prallflächenanordnung.
Der Signalwandler kann ein elektronisches Bauelement aufweisen, mit dem ein induziertes Signal verstärkt werden kann. Ein Signalwandler mit einem solchen elektronischen Bauelement gibt dann ein verarbeitetes, verstärktes Wandler-Ausgangssignal aus.
In dem Signalwandler kann auch ein Schwellwertschalter, beispielsweise ein Transistor, vorgesehen sein, der ausgebildet ist, in einen leitenden Zustand zu schalten, wenn ein induziertes Signal eine vordefinierte Signalstärke aufweist oder überschreitet. Erst wenn der Schwellwertschalter in einen leitenden Zustand schaltet, kann der Signalwandler ein entsprechendes Wandler-Ausgangssignal ausgeben.
Der Permanentmagnet kann ein Stabmagnet sein, der derart an dem Draht, Drahtabschnitt, Seil, Seilabschnitt angebracht ist, dass der Durchmesser des Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes in einer Draufsicht auf die Prallfläche an dieser Stelle durch den angebrachten Stabmagneten nicht vergrößert wird. Es kann vorteilhaft sein, wenn der Stabmagnet und der Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt, an dem der Stabmagnet angebracht ist, den gleichen Durchmesser haben. In der Regel wird der Außendurchmesser eines Stabmagneten jedoch größer als derjenige eines Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes sein.
Ein Stabmagnet ist bevorzugt auf der dem fallenden Hagel zugewandten oder abgewandten Seite an einem Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt angebracht. Vorteilhafterweise erhöht sich dadurch der geschlossene Anteil der Prallfläche und insbesondere die lokale Detektionswahrscheinlichkeit für fallenden Hagel gar nicht oder nur geringfügig. Bevorzugt ist der Stabmagnet auf der dem fallenden Hagel abgewandten Seite der Prallfläche angebracht. Für die Detektionswahrscheinlichkeit ist also weiterhin im Wesentlichen der Durchmesser der verwendeten Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte maßgeblich.
Bevorzugt hat ein Stabmagnet eine Länge, die zwischen 2 mm und 8 mm beträgt, insbesondere eine Länge, die zwischen 3 mm und 7 mm beträgt, besonders bevorzugt eine Länge, die zwischen 4 mm und 6 mm beträgt. Vorteilhafterweise ist die Länge eines Stabmagneten derart gewählt, dass der Stabmagnet ein Magnetfeld erzeugt, welches im Betrieb des Hagelsensors in dem Signalwandler ein Signal mit einem hinreichend signifikanten Signal-Rausch-Verhältnis induziert.
Ein Permanentmagnet kann auch eine Öffnung aufweisen, durch die der Draht, Drahtabschnitt, Seil, oder Seilabschnitt hindurchgeführt ist. Ein solcher Permanentmagnet mit Öffnung kann beispielsweise ein Ringmagnet sein. Da ein Permanentmagnet mit Öffnung einen größeren Durchmesser als der hindurchgeführte Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt hat, ist der geschlossene Anteil der Prallfläche durch den Permanentmagneten mit Öffnung vergrößert. Das heißt, dass die lokale Detektionswahrscheinlichkeit der Prallfläche nicht über die Prallfläche hinweg konstant, sondern lokal durch die Ringmagnete erhöht ist.
Der Hagelsensor kann ein Überdach aufweisen, welches derart angebracht ist, dass die Permanentmagnete im Betrieb des Hagelsensors vor fallendem Niederschlag geschützt sind. Durch ein Überdach kann beispielsweise derjenige Bereich, in dem Permanentmagnete angeordnet sind, die einen Außendurchmesser haben, der größer als der Außendurchmesser der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte ist, aus dem Detektionsbereich der Prallfläche ausgenommen werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass in dem Detektionsbereich der Prallfläche überall die gleiche Detektionswahrscheinlichkeit vorliegt und diese nicht lokal durch die Permanentmagneten erhöht ist. So kann von vornherein vermieden werden, dass eine Auswertung einer Messung durch eine lokal erhöhte Detektionswahrscheinlichkeit der Prallfläche für fallenden Hagel verkompliziert wird.
Metalllegierungen mit guter Magnetisierbarkeit sind typischerweise nicht korrosionsfest. Auch Beschichtungen, um die Korrosionsfestigkeit dieser magnetisierbaren Metalllegierungen zu erhöhen, helfen in der Regel nur bedingt und sind aufwändig in der Produktion.
Die erfindungsgemäße Prallfläche ist jedoch von nicht-magnetisierbaren Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildet. Vorteilhafterweise stehen so eine Reihe Materialien zur Verfügung, die besonders korrosionsbeständig sind. Entsprechend bevorzugt ist ein Draht oder sind Drahtabschnitte von einem korrosionsfesten Material oder einer korrosionsfesten Materialkombination gebildet. Drähte aus einem korrosionsfesten Material können beispielsweise Edelstahldrähte sein. Auf diese Weise können die Lebensdauer des Hagelsensors sowie die Zeitabstände zwischen korrosionsbedingten Reparaturen an der Prallfläche erhöht werden.
Die nicht vorhandene Magnetisierbarkeit führt dazu, dass die Bewegung der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte mit einem induktiven Signalwandler nicht erfasst werden kann. Um dennoch eine Bewegung der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte mit einem induktiven Signalwandler erfassen zu können, sind an diesen Permanentmagnete angebracht, die der Bewegung der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte folgen.
Bevorzugt umfasst der Signalwandler wenigstens eine Spule. Die wenigstens eine Spule kann auch einen weichmagnetischen Kern aufweisen, um die magnetische Flussdichte in der Spule zu erhöhen. Ein weichmagnetischer Kern kann also verwendet werden, um die durch die an den Drähten, Drahtabschnitten, Seilabschnitten oder Seilen angebrachten Permanentmagnete in der Spule induzierte magnetische Flussdichte und somit das in dem wenigstens einen Signalwandler induzierte Signal zu verstärken. Die Verwendung einer Spule als Signalwandler hat den Vorteil, dass akustische Signale aus der Umgebung nicht erfasst werden und damit eine Störung der Messung insbesondere durch Umweltgeräusche natürlichen oder künstlichen Ursprungs nicht erfolgt.
Die wenigstens eine Spule kann auch eine Luftspule sein, d.h. sie weist keinen weichmagnetischen Spulenkern auf. Typischerweise ist eine Luftspule aber nicht freitragend, sondern ist zur mechanischen Fixierung auf einen nichtmagnetischen Kern gewickelt.
Der Signalwandler kann auch zwei gegenläufig gewickelte, in Reihe geschaltete Luftspulen aufweisen.
Vorzugsweise ist solch ein Signalwandler mit zwei in Reihe geschalteten Luftspulen derart in Bezug zu einem Permanentmagneten angeordnet, dass der Nordpol des Permanentmagneten der einen Spule und der Südpol des Permanentmagneten der anderen Spule des Signalwandlers zugeordnet ist. Wenn der Permanentmagnet als Stabmagnet ausgebildet und an einem Draht angebracht ist, kann die Anordnung von Permanentmagnet und einem zugeordneten Signalwandler derart gestaltet sein, dass - bei einer Draufsicht auf die Prallfläche und in der Ruheposition des Permanentmagneten - der Nordpol des Permanentmagneten über der einen Spule und der Südpol des Permanentmagneten über der anderen Spule angeordnet und somit jeweils der entsprechenden Spule zugeordnet ist.
Im Falle einer Auslenkung eines an einem Draht, Drahtabschnitt, Seilabschnitt oder Seil angebrachten Permanentmagneten wird in den beiden in Reihe geschalteten Spulen ein zur Auslenkung proportionales Spannungssignal induziert. Aufgrund der gegenläufigen Wicklung addieren sich die Signale beider Spulen. Ein Einkoppeln externer elektromagnetischer Felder kann durch die gegenläufigen Wicklungen deutlich reduziert oder sogar verhindert werden. Durch die zweite, gegenläufig gewickelte Spule können also vorteilhafterweise Störsignale aus der Umgebung reduziert werden. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann durch die Verwendung von zwei gegenläufig gewickelten Luftspulen deutlich verbessert werden. Bevorzugt sind die beiden Luftspulen in Reihe geschaltet. Es kann aber auch vorteilhaft sein, zwei Luftspulen parallel zu schalten. Bevorzugt haben die verwendeten Luftspulen eine Windungszahl N zwischen 6000 und 10000, insbesondere zwischen 7000 und 9000, insbesondere von 8000.
Bevorzugt ist der Permanentmagnet ein Neodym-Eisen-Bor Permanentmagnet, auch Neodym Magnet genannt. Aus der Legierung aus Neodym, Eisen und Bor werden derzeit die Permanentmagnete mit den stärksten Magnetfeldern hergestellt. Ein Permanentmagnet aus diesem Material und mit den zuvor genannten Dimensionen erzeugt ein wesentlich stärkeres Magnetfeld, als ein durch einen Permanentmagneten magnetisierter Draht. Mit einem Neodym-Eisen-Bor Stabmagnet, der einen Durchmesser von 1 mm und eine Länge von 5 mm hat, kann ein Magnetfeld mit einer Feldstäke erzeugt werden, die für eine Verwendung in einem Hagelsensor mit induktivem Signalwandler ausreichend ist.
Bevorzugt ist ein Permanentmagnet mittels eines Schrumpfschlauches oder dergleichen an dem Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt befestigt. Ein dünnwandiger Schrumpfschlauch oder ein anderer Kunststoffschlauch, der sich unter Hitzeeinwirkung stark zusammenzieht, kann beispielsweise verwendet werden, um einen Stabmagneten auf der dem fallenden Hagel abgewandten Seite eines Drahtes oder Drahtabschnitts, Seiles oder Seilabschnitts zu befestigen. Alternativ kann z.B. auch ein elastischer Schlauch oder ein witterungsbeständiger Klebstoff zum Befestigen verwendet werden.
Es kann vorteilhaft sein, wenn jedem der Permanentmagneten jeweils genau ein Signalwandler zugeordnet ist. Das heißt im Umkehrschluss, dass jedem Signalwandler genau ein Permanentmagnet zugeordnet ist. Jeder der Signalwandler ist dann vorzugsweise ausgebildet, die Auslenkung des ihm zugeordneten Permanentmagneten induktiv zu erfassen und ein die erfasste Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal bereitzustellen. Wenn jedem Permanentmagneten, also entsprechend jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte, genau ein Signalwandler zugeordnet ist, kann die Schwingung eines jeden Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes individuell durch den jeweils zugeordneten Signalwandler erfasst werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der Prallfläche nicht berühren und unabhängig voneinander schwingen können, d.h. die Auslenkung eines Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes verursacht in der Regel keine signifikante Auslenkung anderer Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der Prallfläche. Jeder Signalwandler stellt also ein Wandler-Ausgangssignal bereit, welches die Auslenkung des dem jeweiligen Signalwandler zugeordneten Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes repräsentiert. Dadurch kann die Überlagerung von Signalen, die eine Auslenkung verschiedener Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte repräsentieren, reduziert oder sogar verhindert und somit die Auswertung der Signale erleichtert und Auftreff-Ereignisse mit höherer Auflösung erfasst werden.
Die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte haben bevorzugt eine Dicke, die zwischen 0,3 mm und 1 mm beträgt, besonders bevorzugt eine Dicke, die zwischen 0,5 mm und 1 mm beträgt, sodass sie von auftreffendem flüssigem Niederschlag nur wenig oder gar nicht ausgelenkt werden. Insbesondere ein Hagelsensor mit einer Prallfläche, die von Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten mit einer geringen Dicke von weniger als 0,5 mm gebildet ist, ist geeignet um leichte und relativ kleine Hagelkörner zu detektieren. Dies liegt daran, dass die effektive Masse der Drähte mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm besonders gering ist, sodass diese bereits bei geringem Impulsübertrag vergleichsweise stark aus ihrer Ruheposition ausgelegt werden können.
Wenn die Prallfläche von Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildet ist, die eine vergleichsweise große Dicke haben, z.B. eine Dicke, die zwischen 0,8 mm und 1 mm beträgt, ist die Prallfläche selbst vergleichsweise stabil und entsprechend weniger windempfindlich. Wenn Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte eine Dicke haben, die zwischen 0,8 mm und 1 mm beträgt, kann es sein, dass die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte bereits eine Steifigkeit aufweisen die es erlaubt, dass die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte zum Verwirklichen der Prallfläche nicht mechanisch über einen Rahmen gespannt werden müssen. Die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte mit einer entsprechenden Steifigkeit können dann über einen Rahmen gelegt und an diesem befestigt sein, um so die Prallfläche des Hagelsensors zu verwirklichen. Spannschrauben zum Spannen der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte sind dann nicht erforderlich.
Vorteilhafterweise ist die Akkumulationswahrscheinlichkeit von Schnee auf einer Prallfläche mit zumindest annähernd parallel gespannten, 1 mm oder weniger als 1 mm dicken Drähten oder Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten vergleichsweise gering und zwar, insbesondere dann, wenn die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte wie bevorzugt zueinander einen Abstand haben, der zwischen 1 mm bis 5 mm beträgt. Damit ist der Abstand etwas kleiner als der Durchmesser typischer Hagelkörner, welcher definitionsgemäß mindestens 5 mm beträgt. Solche Hagelkörner können damit nicht ohne Impulsübertragung durch die Prallfläche hindurchtreten. Ein Hagelsensor mit einer Prallfläche, die von Drähten oder Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten mit den angegebenen Maßen gebildet ist, eignet sich somit als zuverlässiger Hageldetektor.
Die Drahtabschnitte, oder Seilabschnitte können einzelne Abschnitte eines einzigen Drahtes oder eines einzigen Seiles sein, wobei der einzige Draht oder das einzige Seil vorzugsweise über einen Rahmen gespannt ist. Im Falle einer Prallfläche, die von mehreren, zumindest annähernd parallel zueinander geführten und sich nicht kreuzenden Drahtabschnitten oder Seilabschnitten gebildet ist, können diese Draht- oder Seilabschnitte auch Abschnitte eines einzelnen hin- und hergeführten Drahtes oder Seiles sein, so ähnlich wie dies beispielsweise bei den die Bespannung eines Tennisschlägers bildenden Seilen der Fall ist.
Die die Prallfläche bildenden Drähte oder Drahtabschnitte können auch beheizbar sein. Vorteilhafterweise ist eine beheizbare Prallfläche von einem einzigen Draht gebildet, der über einen Rahmen gespannt ist. Zum Beheizen kann an diesen Draht eine Gleichspannung angelegt werden. Durch Anlegen einer Gleichspannung kann auch durch Überwachen des Stromes die Integrität einer Prallfläche überwacht werden. Durch Beheizen eines Drahtes kann die Wahrscheinlichkeit für eine Akkumulation von Schnee auf einer Prallfläche im Betrieb eines Hagelsensors zusätzlich verringert werden.
Der wenigstens eine Signalwandler kann mit einer Speichereinheit und/oder einer Auswerteeinheit zum Speichern und/oder Auswerten eines von dem Signalwandler bereitgestellten Wandler-Ausgangssignals verbunden werden. Falls der Signalwandler lediglich mit einer Speichereinheit zum Speichern des Wandler-Ausgangssignals verbunden ist, kann ein Speicher dieser Speichereinheit später ausgelesen und der Zeitverlauf des Wandler-Ausgangssignals im Nachhinein analysiert werden. Ist der Signalwandler hingegen unmittelbar mit einer Auswerteeinheit verbunden, kann das jeweilige Wandler-Ausgangssignal auch in Echtzeit von der Auswerteeinheit analysiert werden.
Eine Auswerteeinheit ist bevorzugt ausgebildet, eine Amplitude des Wandler-Ausgangssignals derart auszuwerten, dass ein charakteristischer Zeitabschnitt des Wandler-Ausgangssignals einem Aufprall eines Hagelkorns zugeordnet wird. Durch Auswerten eines Wandler-Ausgangssignals kann mittels der Auswerteeinheit ermittelt werden, ob ein Hagelkorn auf die Prallfläche aufgetroffen ist oder nicht. Dies kann beispielsweise anhand einer Analyse der Amplitude des Wandler-Ausgangssignals erfolgen. Anhand der Amplitude eines Wandler-Ausgangssignals kann in der Regel deutlich und vor allem leicht erkennbar unterschieden werden, ob ein Wandler-Ausgangssignal einen Aufprall von Hagel oder beispielsweise ein Auftreffen von Regen oder Schnee auf die Prallfläche repräsentiert. Auch andere meteorologische Einflussgrößen, insbesondere Wind, führen in der Regel nicht zu einer nennenswerten Auslenkung der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte der Prallfläche. Damit erlaubt der Hagelsensor eine zuverlässige Unterscheidung von Hagel und anderen Niederschlagsformen wie Regen oder Schnee.
Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, ein Wandler-Ausgangssignal derart auszuwerten, dass einem charakteristischen Zeitabschnitt eines Wandler-Ausgangssignals anhand des Amplitudenwertes eine von mehreren verschiedenen vordefinierten Hagelkorngrößen zugeordnet wird. Dadurch kann eine Verteilung verschiedener Hagelkorngrößen statistisch erfasst werden. Beispielweise kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, mittels eines Amplitudenkriteriums, welches eine Anzahl vordefinierter Amplituden-Schwellwerte umfassen kann, einen Zeitabschnitt eines Wandler-Ausgangssignals einer von verschiedenen Kategorien zuzuordnen, die für jeweils unterschiedliche Hagelkorngrößen stehen.
Gemäß einem Konzept der Erfindung kann die eingangs genannte Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Detektieren von Hagel realisiert werden.
Das Verfahren zum Detektieren von Hagel nutzt einen Hagelsensor, der eine Prallfläche aufweist, die von nicht-magnetisierbaren, in zumindest annähernd gleichem Abstand zueinander zumindest annähernd parallel verlaufenden und sich nicht kreuzenden Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildet ist. An jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte ist jeweils ein Permanentmagnet angebracht. Der Hagelsensor weist wenigstens einen induktiven Signalwandler auf, der so in räumlichem Bezug zu den an den Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten angebrachten Permanentmagneten angeordnet ist, dass mit dem Signalwandler eine Auslenkung wenigstens eines Permanentmagneten relativ zu dem Signalwandler erfasst werden kann.
Das Verfahren weist die Schritte auf:

- Bereitstellen eines Hagelsensors mit einer von Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten gebildeten Prallfläche, wobei an jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte jeweils ein Permanentmagnet angebracht ist, der zusammen mit dem entsprechenden Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnittdurch durch auftreffenden Hagel aus seiner Ruheposition ausgelenkt werden kann,
- kontaktloses Erfassen einer Auslenkung des an dem Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt angebrachten Permanentmagneten mit dem wenigstens einen Signalwandler durch Induzieren eines Signals in dem Signalwandler, und
- Ausgeben eines die Auslenkung repräsentierenden Wandler-Ausgangssignals.

Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Bezug auf die Figuren näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt:

1: einen schematisch dargestellten Hagelsensor mit einer Prallfläche, die von einzelnen Drähten gebildet ist,
2: einen schematisch dargestellten Hagelsensor mit einer Prallfläche, die von Drahtabschnitten eines einzigen, beheizbaren Drahtes gebildet ist.

1 zeigt schematisch einen Hagelsensor 10 mit einer Prallfläche 12, die von einzelnen Drähten 14 gebildet ist. Die Drähte 14 bestehen aus einem Filament mit einem Durchmesser, der 0,5 mm beträgt, und sind jeweils zwischen Aufhängepunkten 16 über einen Rahmen 18 geführt. Die Aufhängepunkte 16 auf einer Seite des Rahmens 18 weisen jeweils eine Spannschraube (nicht gezeigt) oder ein anderes Spannmittel auf, mit der bzw. mit dem die Spannung und somit die Schwingungseigenschaften des jeweiligen Drahtes 14 eingestellt werden kann. Die Prallfläche 12 des Hagelsensors 10 kann auch mit dickeren Drähten mit einer Dicke, die zwischen 0,8 mm und 1 mm beträgt, verwirklicht werden. Drähte mit einer solchen Dicke sind in der Regel bereits selbst so steif, dass diese nicht mehr mechanisch gespannt werden brauchen, um die Prallfläche zu verwirklichen, bei der einzelne Drähte nach Auslenkung durch Niederschlag wieder selbsttätig in ihre Ruheposition zurückkehren. Bei einem Hagelsensor mit einer Prallfläche, die von Drähten mit einer Dicke zwischen 0,8 mm und 1 mm gebildet ist, sind deshalb Spannschrauben oder sonstige Spannmittel zum mechanischen Spannen der Drähte nicht erforderlich.
Die Prallfläche des Hagelsensors 10 kann auch mit Drähten verwirklicht werden, die eine Dicke von weniger als 0,5 mm haben. Ein solcher Hagelsensor kann für vergleichsweise leichten Hagelkörner empfindlicher sein, als ein Hagelsensor, dessen Drähte eine größere Masse aufweisen.
Für manche Anwendungen sind jedoch Hagelsensoren vorteilhaft, deren Prallfläche von Drähten gebildet ist, die eine Dicke haben, die zwischen 0,5 mm und 0,8 mm beträgt. Ein Hagelsensor mit einer solchen Prallfläche stellt einen Kompromiss hinsichtlich einer Sensitivität gegenüber besonders kleinen Hagelkörnern und einer gewissen Stabilität und geringen Windempfindlichkeit dar.
Die Drähte 14 der Prallfläche 12 berühren sich nicht und sind in gleichem Abstand, der 1 mm beträgt, zueinander parallel und sich nicht kreuzend geführt. Die einzelnen Drähte 14 sind entkoppelt und schwingen in Folge einer Auslenkung durch ein auftreffendes Hagelkorn unabhängig voneinander. Weiterhin bestehen die Drähte 14 aus korrosionsfestem Edelstahl und sind nicht magnetisierbar.
In verschiedenen hier nicht gezeigten Ausführungsvarianten haben die zumindest annähernd parallel geführten und sich nicht kreuzenden Drähte einer Prallfläche einen Durchmesser, der zwischen 0.3 mm und 1 mm beträgt, und zueinander einen Abstand, der zwischen 1 mm und 5 mm beträgt. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsvariante ist eine Prallfläche von einzelnen Seilen gebildet, die jeweils von mehreren Filamenten gebildet sind. In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsvariante ist eine Prallfläche von Drahtabschnitten oder Seilabschnitten eines einzigen Drahtes oder Seiles gebildet, wobei der einzelne Draht oder das einzelne Seil über einen Rahmen gespannt hin- und hergeführt und so in die entsprechenden Draht- oder Seilabschnitte unterteilt ist.
Der Hagelsensor 10 weist weiterhin induktive Signalwandler 20 auf. Jeder der Signalwandler 20 ist in einer eins-zu-eins-Zuordnung jeweils einem der Drähte 14 zugeordnet und weist zwei gegenläufig gewickelte, in Reihe geschaltete Luftspulen 21, 23 auf. Die Windungszahl N der beiden gegenläufig gewickelten Spulen 21, 23 der Signalwandler 20 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 8000. In verschiedenen hier nicht gezeigten Ausführungsvarianten weist ein Signalwandler nur eine Luftspule und in wiederum anderen hier nicht gezeigten Ausführungsvarianten eine Spule mit einem weichmagnetischen Kern auf. In verschiedenen hier nicht gezeigten Ausführungsformen weist ein Signalwandler zusätzlich zu einer Spule, Luftspule oder mehreren Spulen oder Luftspulen elektronische Bauelemente auf, um ein in dem Signalwandler induziertes Signal zu verarbeiten, z.B. zu verstärken, um dann ein verarbeitetes Signal als Wandler-Ausgangssignal auszugeben. In verschiedenen hier nicht gezeigten Ausführungsvarianten sind einem Signalwandler mehr als ein Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt zugeordnet. Zum Beispiel kann ein Signalwandler jeweils zwei Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten zugeordnet sein und im Betrieb eine Auslenkung eines der beiden oder beider zu erfassen. Ein von diesem Signalwandler ausgegebenes Wandler-Ausgangssignal repräsentiert dann entweder die Auslenkung eines der beiden Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte oder eine Auslenkung beider.
Die Signalwandler 20 sind dafür vorgesehen die Auslenkung der die Prallfläche bildenden Drähte 14 kontaktlos zu erfassen und ein die Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal auszugeben. Die Bewegung der nicht magnetisierbaren Drähte 14 selbst induziert jedoch kein Signal in dem Signalwandler. Um dennoch mittelbar eine Auslenkung der Drähte erfassen zu können, sind an jedem der Drähte 14 jeweils ein Neodym-Permanentmagnet 22 angeordnet. Die Neodym-Permanentmagnete 22 sind Stabmagnete mit einem Durchmesser, der 1 mm beträgt, und haben eine Länge, die 5 mm beträgt. Die Neodym-Permanentmagnete 22 sind mit einem Schrumpfschlauch an dem jeweiligen Draht 14 befestigt und zwar derart, dass - bei einer Draufsicht auf die Prallfläche 12 und in der Ruheposition eines jeweiligen Permanentmagneten 22 - der Nordpol des entsprechenden Permanentmagneten 22 der einen Luftspule 21 des zugeordneten Signalwandlers 20 und der Südpol dieses Permanentmagneten 22 der anderen Luftspule 23 dieses zugeordneten Signalwandlers 20 zugewandt angeordnet ist.
Die Neodym-Permanentmagnete 22 sind derart an den Drähten angebracht, dass sie sich auf der dem auftreffenden Hagel abgewandten Seite der Prallfläche befinden. Da die Neodym-Permanentmagnete 22 einen Außendurchmesser haben, der größer als der Außendurchmesser der Drähte ist, ist der Anteil der geschlossenen Fläche der Prallfläche 12 durch die Neodym-Permanentmagnete 22 erhöht, sodass die Detektionswahrscheinlichkeit in diesem Beriech für auftreffende Hagelkörner lokal abweicht.
Wenn ein Draht 14 durch ein auftreffendes Hagelkorn ausgelenkt wird, schwingt dieser zusammen mit dem angebrachten Neodym-Permanentmagnet 22. Die Bewegung des Neodym-Permanentmagneten 22 erzeugt ein lokal veränderliches Magnetfeld. Statt eines Stabmagneten kann auch ein Ringmagnet mit einer Öffnung verwendet werden. In einer solchen hier nicht gezeigten Ausführungsvariante ist ein Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt durch die Öffnung des Ringmagneten hindurchgeführt. Auch durch den angebrachten Ringmagneten ist die Detektionswahrscheinlichkeit an dieser Stelle im Vergleich zu der übrigen Prallfläche erhöht. Ein Bereich in dem die Detektionswahrscheinlichkeit durch angebrachte Stab- oder Ringmagnete verändert ist kann durch ein Überdach, wie in 2 gezeigt, aus dem zur Detektion von Hagel vorgesehenen Bereich der Prallfläche ausgenommen werden.
Die jeweils einem Draht 14 zugeordneten Signalwandler 20 sind derart in räumlichem Bezug zu den an den Drähten 14 angebrachten Neodym-Permanentmagnete 22 angeordnet, dass eine Auslenkung eines Neodym-Permanentmagneten 22 in dem zugeordneten Signalwandler 20 ein Signal mit einem für die Detektion eines Hagelkorns ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis induziert. Hierbei erzeugt ein Neodym-Permanentmagnet 22 mit den oben genannten Dimensionen typischerweise ein Magnetfeld mit einer Magnetfeldstärke die ausreicht, ein solches, signifikantes Signal in dem Signalwandler 20 zu induzieren. Das Erfassen der Auslenkung eines Drahtes 14 durch einen Signalwandler 20 erfolgt vorteilhafterweise kontaktlos. Die effektive Masse der Prallfläche wird also nicht durch die Signalwandler erhöht.
Die Signalwandler 20 liefern im Betrieb jeweils ein die Auslenkung eines Drahtes 14 repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal, welches über entsprechende Signalleitungen (nicht gezeigt) einer Auswerteeinheit (nicht gezeigt) zugeführt wird. Ein im Betrieb induziertes Signal kann als unverarbeitetes Wandler-Ausgangssignal über Signalleitungen an eine mit dem Hagelsensor 10 verbundene Auswerteeinheit übertragen werden. Vorzugsweise ist eine mit dem Hagelsensor 10 verbundene Auswerteeinheit ausgebildet das Wandler-Ausgangssignal zu speichern und zu analysieren. Für die Analyse des Wandler-Ausgangssignals wird von einer mit dem Hagelsensor 10 verbundenen Auswerteeinheit bevorzugt das Amplitudenkriterium angewandt. Wenn die Amplitude des Wandler-Ausgangssignals beispielsweise einen vordefinierten Schwellwert überschreitet, ist dies ein Anzeichen dafür, dass eine Impulsübertragung auf die Prallfläche mit einer Größenordnung stattgefunden hat, wie sie für den Aufprall eines Hagelkorns typisch ist. Eine mit dem Hagelsensor 10 verbundene Auswerteeinheit kann auch ausgebildet sein, neben einem einfachen Amplitudenkriterium weitere Formen der Signalanalyse zusätzlich oder alternativ durchzuführen, um den Aufprall eines jeweiligen Hagelkorns zu detektieren und vom Auftreffen anderer Objekte zu differenzieren.
Vorzugsweise ist eine über Signalleitungen mit dem Hagelsensor 10 verbundene Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie nicht nur das Auftreffen von Hagelkörnern identifizieren kann, sondern auch noch einem für den Aufprall eines Hagelkorns charakteristischen Signalabschnitt eine von verschiedenen Hagelkorngrößen zuordnen kann. Im Betrieb wendet eine derart ausgebildete Auswerteeinheit bevorzugt hierzu ein Amplitudenkriterium an, gemäß dem anstatt eines einzelnen Schwellwerts für die Amplitude mehrere verschieden hohe Amplituden-Schwellwerte vorgesehen sind, die jeweils unterschiedlich großen Auslenkungen eines jeweiligen Drahtes 14 der Prallfläche 12 entsprechen. Die Signalabschnitte des Wandler-Ausgangssignals können anhand der ermittelten Amplitude in verschiedene Kategorien eingeteilt werden, die jeweils für unterschiedliche Hagelkorngrößen stehen.
Statt einer Auswerteeinheit kann auch eine über Signalleitungen mit dem Hagelsensor 10 verbundene Speichereinheit vorgesehen sein, welcher ein Wandler-Ausgangssignal über die Signalleitungen zugeführt werden kann. Eine solche Speichereinheit ist vorzugsweise ausgebildet, ein Wandler-Ausgangssignal in einem geeigneten Datenformat zu speichern. Der Speicher der Speichereinheit kann zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen und der Zeitverlauf eines Wandler-Ausgangssignals im Nachhinein mit einer Auswerteeinheit analysiert werden.
Die Auswerteeinheit und/oder die Speichereinheit können Elemente eines Datenverarbeitungsgeräts, beispielsweise eines Computers, sein.
2 zeigt schematisch einen Hagelsensor 10', mit einer Prallfläche 12', die von Drahtabschnitten 14' eines einzigen, beheizbaren Drahtes 28 gebildet ist. Der Draht 28 ist über einen Rahmen 18' gespannt und hin- und hergeführt, ähnlich wie dies beispielsweise bei den die Bespannung eines Tennisschlägers bildenden Seilen der Fall ist. Wie auch in Bezug auf 1 beschrieben, sind die hier gezeigten, die Prallfläche bildenden Drahtabschnitte 14' des einzigen Drahtes 28 in gleichem Abstand zueinander parallel geführt und kreuzen sich nicht. Diejenigen Drahtabschnitte 14' des einzigen Drahtes 28, die die Prallfläche 12' bilden, grenzen jeweils nicht unmittelbar an einen anderen Drahtabschnitt 14' der Prallfläche 12', sondern sind jeweils um einen Aufhängepunkt 29 gelegt, sodass sich zwischen jeweils zwei Drahtabschnitten 14' der Prallfläche ein weiterer (kürzerer) Drahtabschnitt befindet, der über den Rahmen 18' verläuft und somit nicht Teil der Prallfläche12' ist. Die Aufhängepunkte 29 können in verschiedenen hier nicht gezeigten Ausführungsvarianten anders gestaltet sein. Zum Beispiel können in einer besonders einfachen Ausgestaltung der Aufhängepunkte, die Aufhängepunkte durch Durchführungen in dem Rahmen 18' realisiert sein, durch die der Draht 28 hindurchgeführt ist. Der Draht 28 ist dann beispielsweise von einer ersten Durchführung über den Rahmen 18' zu einer benachbarten Durchführung geführt. Von dieser benachbarten Durchführung ist der Draht 28 dann zu einer Durchführung im Rahmen 18' auf der gegenüberliegenden Seite der Prallfläche 12' geführt, um so einen Drahtabschnitt der Prallfläche zu bilden.
Da sich die Drahtabschnitte 14' des einzelnen Drahtes 28 nicht berühren, schwingen die Drahtabschnitte 14' infolge einer Auslenkung eines Drahtabschnitts 14' durch ein auftreffendes Hagelkorn weitestgehend unabhängig voneinander. Der einzelne Draht 28 ist ein korrosionsfester und nicht-magnetisierbarer Edelstahldraht.
Der Hagelsensor 10' umfasst induktive Signalwandler 20', die wie in Bezug auf 1 beschrieben ausgebildet und angeordnet sind. Die Signalwandler 20' sind also jeweils auch von zwei in Reihe geschalteten Luftspulen 21', 23' gebildet. Alternativ können die induktiven Signalwandler 20' auch jeweils von lediglich einer Spule mit weichmagnetischem Kern gebildet sein. Durch den weichmagnetischen Kern kann die magnetische Flussdichte in der Spule erhöht werden. Statt einer Spule mit weichmagnetischem Kern kann auch eine Spule ohne weichmagnetischen Kern oder lediglich eine Luftspule verwendet werden.
Wie auch in Bezug auf 1 beschrieben kann die Bewegung der nicht-magnetisierbaren Drahtabschnitte 14' des einzelnen Drahtes 28 nicht mit den induktiven Signalwandlern 20' erfasst werden. Um die Bewegung der Drähte dennoch mittelbar mit den Signalwandlern 20'erfassen zu können, sind an jedem der Drahtabschnitte 14' des einzelnen Drahtes 28 jeweils ein Neodym-Permanentmagnet 22' angebracht. Die Neodym-Permanentmagnete 22' sind Stabmagnete, die wie in Bezug auf 1 beschrieben ausgebildet und angeordnet sind. Alternativ können die Neodym-Permanentmagnete 22' auch als Ringmagnete ausgebildet sein, die eine Öffnung aufweisen, durch die die Drahtabschnitte 14' des einzelnen Drahtes 28 hindurchgeführt sind.
Insbesondere wenn die Neodym-Permanentmagnete 22' als Ringmagnete ausgebildet sind, die entsprechend einen größeren Außendurchmesser als die hindurchgeführten Drahtabschnitte 14' des einzelnen Drahtes 28 haben, ist der geschlossene Anteil der Prallfläche 12' durch die Ringmagnete 22' vergrößert. Der geschlossene Anteil der Prallfläche 12' ist auch vergrößert, wenn - wie im hier beschriebenen Fall - die Neodym-Permanentmagnete 22' von Stabmagneten gebildet sind, deren Außendurchmesser größer als der Durchmesser des Drahtes 28 ist. In beiden Fällen ist die Detektionswahrscheinlichkeit der Prallfläche 12' für auftreffenden Hagel durch die angebrachten Neodym-Permanentmagnete 22' lokal erhöht.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedem der Stabmagnete jeweils genau ein Signalwandler in einer eins-zu-eins Zuordnung zugeordnet. In verschiedenen hier nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind einem Signalwandler mehr als ein Drahtabschnitt, z.B. jeweils zwei oder drei Drahtabschnitte, zugeordnet.
Durch die an den Drahtabschnitten angebrachten Stabmagnete 22' ist die Detektionswahrscheinlichkeit für auftreffenden Hagel im Vergleich zu der übrigen Prallfläche lokal erhöht. Eine lokal erhöhte Detektionswahrscheinlichkeit kann eine Auswertung eines Wandler-Ausgangssignals unter Umständen erschweren.
Deshalb ist in der gezeigten Ausführungsvariante diejenige Teilfläche der Prallfläche, in der die Stabmagnete 22' an den Drahtabschnitten 14' angebracht sind, mittels eines Überdachs 30 (lediglich in Konturdarstellung) vor fallendem Hagel geschützt. Durch das Überdach 30 wird diese Teilfläche, in der die Detektionswahrscheinlichkeit für auftreffenden Hagel erhöht ist, von dem Detektionsbereich der Prallfläche ausgenommen. Ein entsprechendes Überdach kann auch bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante vorgesehen sein.
Wenn an Stelle der hier verwendeten Stabmagnete andere Neodym-Permanentmagnete verwendet werden, die derart ausgebildet und an einem jeweiligen Draht, Drahtabschnitt, Seil, Seilabschnitt oder dergleichen angebracht sind, dass der Durchmesser des jeweiligen Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes in einer Draufsicht auf die Prallfläche an dieser Stelle durch den angebrachten Neodym-Permanentmagneten nicht vergrößert wird, kann auf eine Verwendung eines Überdachs verzichtet werden.
Der Draht 28 kann an seinen Enden mit einer Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) elektrisch leitfähig verbunden sein, um so einen geschlossenen Stromkreis zu bilden. Mit einer angeschlossenen Gleichspannungsquelle kann der Draht 28 im Betrieb durch Anlegen einer Gleichspannung bestromt und somit beheizt werden. Die Prallfläche 12' ist dann also gleichzeitig zum Detektieren von Hagel und zum Beheizen ausgebildet. Dadurch, dass sich die Drahtabschnitte 14' des Drahtes 28 nicht kreuzen, ist eine homogene Wärmeverteilung entlang des Drahtes 28 besonders vorteilhaft realisierbar. Somit kann insbesondere im Betrieb des Hagelsensors 10' eine Schneeakkumulation auf oder eine Raufrostbildung an der Prallfläche 12' bei gleichzeitiger Detektion von Hagel zuverlässig vermieden werden. Außerdem lässt sich im Betrieb durch eine Überwachung des Stromes die Integrität der Prallfläche 12' überwachen.
Die Signalwandler 20' liefern im Betrieb jeweils ein die Auslenkung eines jeweiligen Drahtabschnitts repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal, welches über entsprechende Signalleitungen (nicht gezeigt) einer mit dem Hagelsensor 10 verbundenen Speichereinheit (nicht gezeigt) zugeführt werden kann. Ein im Betrieb des Hagelsensors induziertes Signal kann dann beispielsweise als unverarbeitetes Wandler-Ausgangssignal über die Signalleitungen an die Speichereinheit übertragen werden. Eine mit dem Hagelsensor 10 verbundene Speichereinheit ist vorzugsweise ausgebildet, ein empfangenes Wandler-Ausgangssignal in einem geeigneten Datenformat zu speichern. Der Speicher einer solchen Speichereinheit kann zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen und der Zeitverlauf des Wandler-Ausgangssignals im Nachhinein mit einer Auswerteeinheit, z.B. mit einer wie in Bezug auf 1 beschriebenen Auswerteeinheit, analysiert werden. Statt einer Speichereinheit kann im Betrieb ein Wandler-Ausgangssignal auch direkt einer wie in Bezug auf 1 beschriebenen Auswerteeinheit zugeführt und von dieser während des Betriebs des Hagelsensors analysiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2905636 A1 [0002, 0003]
US 4904894 A [0002, 0004]

Claims

Hagelsensor zum Detektieren von Hagel mit - einer Prallfläche, die ausgebildet ist, wenigstens abschnittsweise durch auftreffenden Hagel aus ihrer Ruheposition ausgelenkt zu werden, und - wenigstens einem Signalwandler, der ausgebildet ist, die Auslenkung der Prallfläche kontaktlos zu erfassen und ein die Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal auszugeben, wobei die Prallfläche von nicht-magnetisierbaren, in zumindest annähernd gleichem Abstand zueinander zumindest annähernd parallel verlaufenden und sich nicht kreuzenden Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitte gebildet ist, an jedem der Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte jeweils ein Permanentmagnet derart angebracht ist, dass der Permanentmagnet im Falle einer Auslenkung des jeweiligen Drahtes, Drahtabschnittes, Seiles oder Seilabschnittes mit diesem zusammen ausgelenkt wird, und wobei der wenigstens eine Signalwandler ein induktiver Signalwandler ist, der derart in räumlichem Bezug zu den an den Drähten, Drahtabschnitten, Seilen oder Seilabschnitten angebrachten Permanentmagneten angeordnet ist, dass eine Auslenkung wenigstens eines Permanentmagneten relativ zu dem Signalwandler mit dem Signalwandler induktiv erfasst werden kann.
Hagelsensor nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Permanentmagnet ein Stabmagnet ist, der eine Länge hat, die zwischen 2mm und 8 mm beträgt, insbesondere zwischen 3 mm und 7 mm beträgt, bevorzugt zwischen 4 mm und 6 mm beträgt.
Hagelsensor nach Anspruch 1, wobei der Permanentmagnet eine Öffnung aufweist, durch die der Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt hindurchgeführt ist.
Hagelsensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hagelsensor ein Überdach aufweist, welches derart angebracht ist, dass der Permanentmagnet im Betrieb des Hagelsensors vor fallendem Niederschlag geschützt ist.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Draht oder die Drahtabschnitte aus einem korrosionsfesten Material oder einer korrosionsfesten Materialkombination gebildet sind.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Signalwandler wenigstens eine Spule aufweist.
Hagelsensor nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Spule eine Luftspule ist.
Hagelsensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Signalwandler zwei gegenläufig gewickelte, in Reihe geschaltete Luftspulen aufweist.
Hagelsensor nach Anspruch 8, wobei die Luftspulen eine Windungszahl N haben, die zwischen 6000 und 10000 beträgt, insbesondere zwischen 7000 und 9000 beträgt, bevorzugt von 8000 beträgt.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Permanentmagnet ein Neodym-Eisen-Bor Permanentmagnet ist.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Permanentmagnet mittels eines Schrumpfschlauches oder dergleichen an dem Draht, Drahtabschnitt, Seil oder Seilabschnitt befestigt ist.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedem Permanentmagnet jeweils genau ein Signalwandler zugeordnet ist, der ausgebildet ist, die Auslenkung des ihm zugeordneten Permanentmagneten induktiv zu erfassen und ein die erfasste Auslenkung repräsentierendes Wandler-Ausgangssignal auszugeben.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte eine Dicke haben, die zwischen 0,3 mm und 1 mm beträgt, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,6 mm beträgt.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drähte, Drahtabschnitte, Seile oder Seilabschnitte jeweils zueinander einen Abstand haben, der zwischen 1 mm bis 5 mm beträgt.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drahtabschnitte oder Seilabschnitte Abschnitte eines einzigen Drahtes oder eines einzelnen Seiles sind, wobei der einzelne Draht oder das einzelne Seil über einen Rahmen gespannt ist.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die die Prallfläche bildenden Drähte oder Drahtabschnitte mit einer Gleichstromquelle elektrisch leitfähig verbunden und durch diese beheizbar sind.
Hagelsensor nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, wobei der wenigstens eine Signalwandler mit einer Speichereinheit und/oder Auswerteeinheit zum Speichern und/oder Auswerten eines von dem Signalwandler bereitgestellten, die Auslenkung eines Permanentmagneten repräsentierenden Wandler-Ausgangssignals verbunden ist.
Hagelsensor nach Anspruch 17, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, eine Amplitude des Wandler-Ausgangssignals derart auszuwerten, dass einem Zeitabschnitt des Wandler-Ausgangssignals ein Aufprall eines Hagelkorns zugeordnet wird.
Hagelsensor nach Anspruch 18, wobei die Auswerteeinheit weiterhin ausgebildet ist, eine Amplitude des Wandler-Ausgangssignals derart auszuwerten, dass dem Zeitabschnitt des Wandler-Ausgangssignals eine von mehreren verschiedenen Hagelkorngrößen zugeordnet wird.