DE2514489B2

DE2514489B2 - Schnee- und Eiswarngerät

Info

Publication number: DE2514489B2
Application number: DE19752514489
Authority: DE
Inventors: Helmut 4307 Kettwig Freundlieb
Original assignee: Tekmar Angewandte Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Tekmar Angewandte Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2514489C3; DE2514489A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnee- und Eiswarngerät, welches die Bildung von Schnee- oder Eisbelag auf freiliegenden Stellen, wie Fahrbahnen, Bürgersteigen, Brücken, Dachrinnen o. dgl. feststellt und ggf. durch Einschalten von Heizeinrichtungen verhindert oder beseitigt.

Derartige Geräte bestehen im wesentlichen aus einem Feuchtefühler, welcher die Luftfeuchte überwacht, einem Temperaturfühler, welcher die Umgebungstemperatur z. B. des Bodens oder dergleichen mißt und einem Steuergerät, welches die gewonnenen

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A η ΐ\ IWL·/ werten eine Warnanzeige und/oder eine Beheizung in Gang setzt

Die Beheizung des Objektes wird meist nur dann in Gang gesetzt, wenn die Luftfeuchte über einen Wert von z. B. 70% angestiegen ist und die Umgebungstemperatur unter einen Wert von z. B. 1—2° C abgesunken ist

Der Feuchtefühler besteht in der Regel aus zwei nebeneinander angeordneten, nach oben hin freiliegenden Metallelektroden aus Kupfer, die im Innern einen Heizwiderstand aufweisen, der sie beheizt, wenn ihre Temperatur z.B. unter 2—2°C absinkt, wobei die Elektroden in einen Stromkreis gelegt sind. Auf die Elektroden auftreffender Schnee schmilzt und das Schmelzwasser beeinflußt die Leitfähigkeit des zwischen den Elektrodin befindlichen Bereiches und verändert damit den Widerstand des angelegten Stromkreises.
Der Temperaturfühler besteht meist aus einem wasserdicht vergossenen NTC-Widerstand oder einem Thermoelement.

Beide Fühler stehen mit dem Steuergerät in getrennten Meßkreisen in Verbindung, wobei das Steuergerät außerdem den Feuchtefühler auf einer konstanten Temperatur von z. B. 1 — 2" C hält.

Die Nachteile der bekannten Geräte bestehen darin, daß für die Verbindung der Fühler mit dem Steuergerät eine große Anzahl von Leitungen erforderlich ist, die zu vieladrigen, z. B. bis zu 7adrigen Anschlußkabeln führen.

jo Diese Anordnung ist sehr aufwendig und im Einsatz sehr umständlich. Hinzu kommt noch der Umstand, daß sich längere Kabel auf die Meßwerte selbst nachteilig auswirken können.

So ist z. B. durch die US-PS 36 13 063 ein Schnee- und

J5 Eiswarngerät bekannt, bei dem inmitten eines ringförmig gestalteten, mit Heizelementen versehenen Feuchtefühlers ein Thermofühler angeordnet ist, mit dessen Hilfe die Temperatur der nach oben freiliegenden MetallHektroden des Fühlers gemessen wird, wobei die Meßwerte an ein Steuer- und Schaltgerät weitergegeben werden, von dem aus die Elektroden durch Ein- und Ausschalten der Heizelemente auf einer Temperatur von z. B. 2°C gehalten werden. Ferner sind noch unbeheizte Fühler zur Messung der Temperatur der Umgebungsluft an das Steuer- und Schaltgerät angeschlossen.

Die Meßwerte des Feuchtefühlers werden in Form von fünf Signalen über insgesamt sechs Leitungen dem Steuer- und Schaltgerät übermittelt, wo sie in fünf Komparatoren verarbeitet werden, welche an zwei Logikapparate angeschlossen sind.

Dieses Gerät ist im ganzen sehr aufwendig und kompliziert.

Die Erfindung geht aus von einem Schnee- und Eiswarngerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schnee- und Eiswarngerät zu schaffen, bei dem diese Nachteile vermieden werden, wobei die Fühler für die Feuchte und die Umgebungstemperatur sowie das Steuergerät weitgehend zusammengefaßt sind, so daß die Verbindungskabel sehr einfach ausfallen, ihre Länge keinen besonderen Kostenfaktor mehr darstellt und auch eine Einflußnahme der Kabel auf das Meßergebnis vollständig ausgeschaltet ist. Das Gerät soll auch

b5 ermöglichen, daß zur Erfassung einer größeren Fläche eine entsprechend große Anzahl gleicher Fühler in Anwendung kommen kann.

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für sehr niedrige Temperaturen geeignet sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der wesentliche Teil der Steuereinrichtung in? Fühlergehäuse angeordnet ist, und zwar ein mit dem Thermofühler (Sensor) verbundener in den Heizstromkreis gelegter Thermostat und ein in den Widerstandsstromkreis zwischen den Elektroden eingeschalteter Spannungsverstärker, wobei beim Einschalten der Heizwiderstände und beim Fließen eines Stromes in der Meßstrecke zwischen den Elektroden Strom- bzw. Spannungsimpul- ι ο se über drei Verbindungsleitungen an das Schaltgerät weitergegeben werden, wo die Stromimpulse des Heizkreises als Indiz für den Abfall der Umgebungstemperatur an den Elektroden unter z. B. 2° C gewertet werden. '⁵

Bei der Erfindung dient der Feuchtefühler gleichzeitig als Temperaturfühler, wobei der Grad der Beheizung seiner Elektroden gleichzeitig als Maßstab für die herrschende Außentemperatur (Umgebungstemperatur) benutzt wird. Damit erübrigt sich der sonst noch übliche besondere Temperaturfühler.

Durch die Verlegung der Steuerung für die Beheizung der Elektroden des Feuchtefühlers in das Fühlergehäuse selbst ist nur noch ein Heizstromkreis zum Beheizen der Elektroden und ein Widerstandsstromkreis zum Anzeigen von Schmelzwasser zwischen den Elektroden notwendig, deren Werte als Strom- bzw. Span;iungsimpulse über drei Leitungen an das Schaltgerät übertragen werden. Da es dabei lediglich auf zwei Zustandsgrößen (Ein — Aus) ankommt, macht diese Übertragung iuch )o bei längeren Verbindungsleitungen keine Schwierigkeiten.

Die Verarbeitung der an das Schaltgerät weitergeleiteten Impulse des Fühlers erfolgt dort vorteilhaft in einem UND-Gatter, an dessen Ausgang eir zum » Schaltrelais führendes Zeit-Verzögerungsglied angeschlossen ist.

Das Schaltgvirät ist in seinem Aufbau einfach und ermöglicht auch die Anwendung mehrerer Fühler, um z. B. eine größere Fläche zu erfassen, wobei die Fühler in ·»< > Parallelschaltung an das Schaltgerät angeschlossen werden. Wenn jedoch die Anzahl der Fühler sehr groß ist und die Unterbringung einer entsprechend großen Stromquelle im Schaltgerät zu Schwierigkeiten führt, besteht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin, -*5 daß die Fühler zunächst an ein Sammelgerät mit separater Stromversorgung angeschlossen sind, welches seinerseits mit dem Schaltgerät verbunden ist. In diesem Fall braucht das Schaltgerät nicht verstärkt werden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf den Einsatz des Gerätes in Gegenden, wo besonders häufig niedrige Temperaturen, z.B. unter —10⁰C auftreten können. In diesem Fall erfolgt eine starke Abkühlung der Metallelektroden und die Oberfläche derselben erreicht Temperaturen von unter 0°C, also ^r>5 einen Wert, bei dem bereits die Eisbildung eintritt, obwohl durch die Beheizung die Temperatur im Bereich des Thermofühlers auf 2°C gehalten wird. Mangels Bildung von Eiswasser ist dann eine Funktion des Fühlers nicht mehr möglich. w)

Um auch bei solchen extremen Verhältnissen ein einwandfreies Arbeiten des Gerätes zu gewährleisten, besteht ein weiterer Gegenstand der Erfindung darin, daß neben den beheizbaren Metallelektroden eine dritte unbeheizte Metallelektrode mit einem darin befmdli- tr> chen Thermofühler zum Messen der Elektrodentemperatur angeordnet ist, wobei dieser Thermofühler in den 1» ι CuKTCiS uCS

ren Elektroden eingeschaltet ist und bei niedriger Elektrodentemperatur eine stärkere Beheizung der Elektroden bewirkt, so daß die Oberflächentemperatur der beheizten Elektroden auch bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen bei ca. 2° C liegt

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schnee- und Eiswarngerätes schematisch dargestellt, aus denen weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen

F i g. 1 zeigt den Fühler in Draufsicht,

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Fühler mit der Steuereinrichtung,

F i g. 3 zeigt das Schaltgerät,

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführung des Fühlers.

Gs Bezeichnet 1 das Fühlergehäuse, in dessen oberen Teil die beiden mit Abstand parallel zueinanderliegenden Kupferelektroden 2 in einer elektrisch nicht leitenden Vergußmasse 3 angeordnet sind, wobei sie oben etwas aus der Vergußmasse herausragen. Der Zwischenraum 4 zwischen den Elektroden auf der Vergußmasse stellt die Meßstrecke für die Feuchte dar. Die Elektroden 2 sind im Inneren mit Heizwiderständen 5 versehen.

In der Vergußmasse zwischen den Elektroden 2 ist der Thermofühler 6 eines darunterliegenden, zur Steuereinrichtung 8 gehörenden Thermostaten 7 eingebettet, der die Temperatur der Elektroden ständig mißt. Die Steuereinrichtung 8 weist ferner einen Spannungsverstärker 9 auf.

Die Elektroden 2 sind in einen Stromkreis mit dem Spannungsverstärker 9 gelegt, der durch die Leitungen 10/11 aus dem Gerät herausgeführt ist. Die Heizwiderstände 5 der Elektroden 2 sind in einen Stromkreis mit dem Thermostaten 7 gelegt, der durch die Leitungen 10/12 aus dem Gerät herausgeführt ist. Die drei Leitungen 10—12, die zum Schaltgerät führen, sind zu einem dreiadrigen Verbindungskabel 13 zusammengefaßt.

Das Schaltgerät 14 wird von einer Stromquelle 15 mit einer niedrigen Spannung von z. B. 24 V versorgt. Die Leitung 12 ist über einen niederohmigen Widerstand 16 mit einem Pol der Stromquelle und die Leitung 10 mit dem anderen Pol derselben verbunden.

Im Schaltgerät 14 ist ein UND-Gatter 17 angeordnet, dessen Eingang 17a mit der Leitung 11 und dessen Eingang 17f> mit der Leitung 12 und dem Widerstand 16 über einen Spannungsverstärker 18 verbunden ist, während an seinem Ausgang 17c ein Zeit-Verzögerungsglied 19 mit seinem Eingang 19a angeschlossen ist. An den Ausgang 19Z>des Verzögerungsgliedes 19 ist das Schaltrelais 20 angeschlossen, welches den Schalter 20a zum Einschalten einer Anzeige- und/oder Enteisungs-Heizung für das betreffende Objekt betätigt.

In F i g. 4 ist neben den beheizbaren Metallelektroden 2 im gleichen Fühlergehäuse 1 eine weitere unbeheizte Metallelektrode 2a angeordnet, die in der gleichen Weise wie die anderen aus der Vergußmasse 3 herausragt. In ihr befindet sich, und zwar in unmittelbarer Berührung, ein Thermofühler 6a, welcher in den Meßkreis des Thermofühlers 6 eingeschaltet ist und bei niedriger Temperatur, z.B. — 10^cC an der Oberfläche der Elektrode 2a, eine stärkere Beheizung des Inneren de; Elektroden 2 auf Temperaturen über 2°C, z. B. 5°C, bewirkt. Dadurch wird ein Absinken der Oberflächentemperatur der Elektroden 2 unter 2°C und damit die unerwünschte Eisbildung vermieden.

Die Arbeitsweise des Gerätes ist folgende:

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die mit der Umgebungstemperatur des Objektes identisch ist, unter z. B. 2°C absinkt, was durch den Thermofühler 6 festgestellt wird, schließt der Thermostat 7 den Schalter 7 a wodurch von der Stromquelle 15 über die Leitungen 10/12 eine Beheizung der Heizwiderstände 5 und damit eine Erwärmung der Elektroden 2 auf z. B. 2° C erfolgt. Bei Erreichen dieser Temperatur schaltet der Thermostat 7 die Beheizung wieder ab. Der bei der Elektrobodenbeheizung in der Leitung 12 entstehende Strom führt in dem Widerstand 16 zu einer Spannung entsprechender Größenordnung, die von dem mit diesen in Verbindung stehenden Verstärker 18 auf ein für das UND-Gatter 17 notwendige Maß verstärkt wird. Die Einschaltung des Heizstromes führt am Eingang 17fcdes Gatters zu einem Spannungssignal »Ein«. Dieses Signal wird zunächst nicht ohne weiteres an das Schaltrelais 20 weitergegeben.

Wird bei diesem Betriebszustand gleichzeitig an den Elektroden 2 durch auf die Oberfläche auftreffenden Schnee und das durch die Beheizung der Elektroden 2 auftretende Schmelzwasser der Zwischenraum 4 elektrisch leitend, so gelangt vom Verstärker 9 ein Spannungssignal »Ein« über die Leitung 11 an den Eingang 17a des UND-Gatters 17. Erst beim Eintreffen auch dieses Signals gibt das Gatter 17 ein Spannungssignal »Ein« an seinen Ausgang 17c und von dort an das Zeit-Verzögerungsglied 19 weiter.

Da der Heizstrom der Elektroden 2 nur z. B. ca. 30 Sekunden eingeschaltet ist, bis die Elektroden der Temperatur, z. B. 2°C, erreicht haben und dann für di< Dauer von ca. 3 min ausgeschaltet wird, was einesteil: von der Umgebungstemperatur am Fühler und anderen teils auch von der Wärmekapazität der Vergußmassf abhängt, würde ein ständig wechselndes Ein- unc Ausschalten des Schaltrelais 20 eintreten. Diesel unerwünschte Vorgang wird durch das Zwischenschal ten des Zeit-Verzögerungsgliedes 19 vermieden, wel chcs das an den Eingang 19a gelangende Spannungssi

ίο gnal »Ein« zwar an seinen Ausgang 196 sofor weitergibt, dieses Signal aber dort für eine längere Zei als der Einschaltfolge der Elektrodenbeheizung ent spricht — z. B. 4 min — aufrechterhält, d. h. also aucF dann, nachdem sein Eingang 19a bereits das Spannungs signal »Aus« erhalten hat. Da der Eingang !9ΰ de: Verzögerungsgliedes das nächste Spannungssigna »Ein« aber bereits nach 3 min erhält — sofern di< gleichen Bedingungen am Fühler noch vorliegen — wird dadurch ein zwischenzeitliches Abschalten de; Schaltrelais 20 unterdrückt.

Das Spannungssignal »Ein« am Ausgang 19Λ de; Verzögerungsgliedes bleibt demnach so lange erhalten bis infolge Änderung der Temperaturbedingungen arr Fühler (Ansteigen der Umgebungstemperatur über 2°C kein Spannungssignal vom Heizstrom mehr an der Eingang 17£>oder kein Spannungssignal vom Auftreter von Schmelzwasser zwischen den Elektroden 2 mehr ar den Eingang 17a des UND-Gatters 17 gelangt. Ers dann fällt das Schaltrelais 20 ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schnee- und Eiswarngerät mit einem Feuchtefühler und einem Temperaturfühler sowie einem Steuer- und Schalt- bzw. Anzeigegerät, bei dem im Feuchtefühler nebeneinander zwei nach oben freiliegende, innen beheizbare, auf Schmelzwasser reagierende Metallelekttroden angeordnet sind, wobei durch einen daneben oder zwischen den Elektroden angeordneten Thermofühler (Sensor) die Temperatur der Elektroden gemessen und durch Ein- und Ausschalten der in den Elektroden befindlichen Heizwiderstände auf einer Temperatur von z. B. 2° C gehalten wird und die Meßwerte an ein Steuer- und Schaltgerät weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der wesentliche Teil (8) der Steuereinrichtung im Fühlergehäuse angeordnet ist, und zwar ein mit dem Thermofühler (Sensor) (6) verbundener in den Heizstromkreis (10/12) gelegter Thermostat (7) und ein in den Widerstandsstromkreis (10/11) zwischen den Elektroden (2) eingeschalteter Spannungsverstärker (9), wobei beim Einschalten der Heizwiderstände (5) und beim Fließen eines Stromes in der Meßstrecke (4) zwischen den Elektroden (2) Strom- bzw. Spannungsimpulse über die drei Verbindungsleitungen (10, 11, 12) an das Schaltgerät (14) weitergegeben werden, wo die Stromimpulse des Heizkreises als Indiz für den Abfall der Umgebungstemperatur an den Elektroden unter z. B. 2° C gewertet werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verarbeitung der Impulse des Fühlers (1) im Schaltgerät (14) ein UND-Gatter (17) angeordnet ist, an dessen Ausgang ein zum Schaltrelais (20) führendes Zeit-Verzögerungsglied (19) angeschlossen ist.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dall im Falle einer größeren Anzahl von angeschlossenen Fühlern die Fühler (1) zunächst an ein Sammelgerät mit separater Stromversorgung angeschlossen sind, welches seinerseits mit dem Schaltgerät (14) verbunden ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben den beheizbaren Metallelektroden (2) eine dritte unbeheizte Metallelektrode (2a) mit einem darin befindlichen Thermofühler (6a) zum Messen der Elektrodentemperatur angeordnet ist, wobei dieser Thermofühler in den Meßkreis des Thermofühlers (6) der beheizbaren Elektroden (2) eingeschaltet ist und bei niedriger Elektrodentemperatur eine stärkere Beheizung der Elektroden (2) bewirkt.