Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

Kleine und Große Korngrößen
 
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Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 15.09.2015 - 21:54 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,

ich stelle diese Frage, weil mich das schon seit längerem, genauer, seit der Inbetriebnahme unserer Antaris Turbine im Jahr 2012 interessiert.
Ich persönlich denke, dass es vielen garnicht bewusst ist, das Hagel zusammen mit einen sich schnell
drehenden Rotor eine enorme Zerstörungsenergie freisetzen kann.

Genau aus diesem Grund habe ich mich mit dem Thema etwas intensiver Beschäftigt.
Herausgekommen ist dabei ein Hagelsensor, den es so auf dem Markt nicht gibt.
Die meisten am Markt erhältlichen Detektoren funktionieren mittels einer Platte oder Blechpyramide,
unter der ein Piezo-Element verbaut ist. So kann über die Akustik eines Hagelkorns sogar die Größe des Korns "vermessen" werden. Doch so etwas ist für uns ja doch eine Nummer zu hoch. Das ist mehr was für die Forschung. Meine Idee nutzt einen anderen Parameter.

Also habe ich einen Detektor entwickelt, der ein einzelnes Graupel/Hagelkorn innerhalb von max. 2 Sekunden erkennt und daraufhin sofort ein potentialfreies Relais schaltet. Das könnte wiederum an einen Steuerschrank angeschlossen werden und die Kleinwindanlage zum Stillstand bringen.
Das ganze dauert so lange an, bis das Hagelkorn die Messzelle durch wegschmelzen verlassen hat.
Erst dann wird die Anlage wieder freigeschaltet.

Derzeit habe ich mein System im Test, was sich bis dato sehr gut schlägt. Ich habe es zur Überwachung in unser Hausautomationssystem per Funkschnittstelle mit eingebunden. So ertönt mittels eines Funkgongs ein Alarm, sollte es Hageln oder Graupeln. Desweiteren bekomme ich eine Meldung via Push-Dienst aufs Handy.

Nun wäre meine Frage, ob man so etwas als Betreiber für sich als Sinnvoll erachten würde ?

Viele Grüße

André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 16.09.2015 - 15:23 Uhr  ·  #2
Hallo André,

solch ein Hagel/Graupel - Detektor wäre meiner Meinung nach eine tolle Sache. Wenn dieser sich auf einfache Weise in die Steuerung einer KWA einbinden ließe... noch besser.

Du hast bestimmt meinen Beitrag - Flügel mehr als 20 Jahre in Betrieb - gelesen. Da sind die Auswirkungen solcher Hagelbelastung gut zu erkennen.

Es handelt sich aber nicht nur um Hagel welcher zerstörerisch wirkt. Ein gewöhnlicher Regentropfen welcher mit über 300 km/h auf den Flügel trifft trägt ebenso zur Erosion bei. Wie knüppelhart Wasser werden kann weiß jeder der mal einen Bauchklatscher im Schwimmbad vollbrachte :'(

Wenn dein Sensor also größere Regentropfen erkennen würde hätte der Betreiber die frei Wahl auch diese Belastungen der Flügel zu minimieren.

Deine Anlage läuft seit 2012 sagst Du. Wurde Erosionsschutzfolie an den Rotorblättern angebracht? Ich denke dass das schon das Gröbste abwendet.

Ich wäre froh nähere Einzelheiten zum Hagelsensor zu erfahren.

mfG
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 16.09.2015 - 15:40 Uhr  ·  #3
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 16.09.2015 - 19:55 Uhr  ·  #4
Hallo zusammen,

bei unserer Antaris sind Schutztapes an den Frontkanten angebracht. Wie sich das so über die Jahre schlägt, da bin ich gespannt.

Bei dem Sensor wäre eine Erweiterung für größere Regentropfen schon möglich. Ich habe dafür die
Messsensorik bereits verbaut. Nur war das für mich Just for Fun und ist im Nachhinein am Funkinterface
für unsere Hausautomation gescheitert, da nur ein Kanal dauerhaft senden kann. Wenn es regnet wäre das dann schon der Fall, sodass im Hagelfall kein Signal durchkäme. Deshalb habe ich das ganze erst noch verschoben, da ich da einen zweiten Sender anbringen müsste. Aber auch in einem solchen Falle muss noch etwas Logik hereinprogrammiert werden und wenn es regnet, oder dementsprechend große Tropfen fallen würden, ein Relais ausgelöst.

Man muss bei dem Hagelsensor einfach an eine vorhandene Schnittstelle anschließen, die die Steuerung zum Bremsen anhält. Das kann ein Schlüsselschalter, aber auch ein Temperaturkontakt sein.
Das wäre dann eine reine Nachrüstlösung.
Das Messprinzip funktioniert über Temperatur, der dann das Relais auslöst. Wie genau, soll erst noch "Entwicklungsgeheimnis" bleiben :D .

Ich habe aber trotzdem mal einen kurzen Videomitschnitt, den ich euch mal zeigen möchte, damit man da einen besseren Eindruck von hat.

Hier mal der Link:

Videokurzvorstellung Hagelsensor

Der Sensor wird natürlich noch kompakter gemacht, sodass dass "Häuschen" vorne dran sehr wahrscheinlich komplett wegfällt und die Elektronik integriert wird.


Viele Grüße

André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 16.09.2015 - 22:20 Uhr  ·  #5
Hallo,

unsere Erfahrungen mit Nylon/GfK Blättern zeigen: überJahre, und an vielen Anlagen in Betrieb keine Probleme.
Das Material ist elastisch, die Generatoren hochpolig.
Daher nicht mehr als 600 u/min.(1,8m) Dm.
Schöne Grüsse,

Cerxo
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 17.09.2015 - 20:26 Uhr  ·  #6
Hallo zusammen,

bei den Nylonkern-Blättern kann ich mir das gut vorstellen, das es da kaum Probleme gibt.
Interessant wären da noch die anderen Repellermaterialien.

Was meist noch zu größeren Schäden führen könnte, so kann ich mir vorstellen, wäre, wenn die Anlage in einem Hagelschauer in die Helikopter Sturmsicherung geht. Das tut unsere Antaris zum Beispiel auch.
Da wird der Repeller ja noch direkter in den Hagel gestellt.

Viele Grüße

André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 17.05.2016 - 19:29 Uhr  ·  #7
Hallo zusammen,

ich wollte doch hier einmal meinen Fortschritt bei meinem Hagelsensorprojekt mitteilen.
Der letzte Stand war ja, dass das System über eine Temperaturdifferenz auslöste.
Nach ca. 6 Monaten Testbetrieb, habe ich diese pysikalische Form der Überwachung für zu störanfällig befunden. Wir hatten hier zwar im letzten Winter fast keinen Schnee, aber genau der wäre für das eingesetzte System ziemlich fies geworden. Da kommt man schnell an die Grenzen des machbaren. Zumal wäre der Sensor bei einer geschlossenen Schneedecke im Trichter praktisch nutzlos, da kein Korn den Weg in die Messkammer finden würde. Also habe ich mich auf Plan B, der langsam über den Winter in meinem Kopf hergereift war, konzentriert.

So wurde die Messkammer komplett umgebaut. Das Messprinzip basiert nun nicht mehr auf Basis der Temperatur. So sind Umweltstörungen nicht mehr gegeben. Die letzten Hagelschauer wurden mit dem System erfolgreich erfasst. Jetzt geht es bis zum Ende des Jahres in den längeren Testzeitraum. Doch da sehe ich keine bedenken. Hinsichtlich der Problematik mit dem Schnee, ist jetzt eine kleine Heizung verbaut worden. Da das ganze System sehr Schlank im Stromverbrauch werden sollte, kommt statt einer Heizfolie eine handelsübliche LED zum Einsatz. Diese erwärmt die Kammer auch nicht so stark wie eine Heizfolie und bringt ca. 37°C bei 0,8 Watt Verbrauch, ist zudem schnell gewechselt, falls sie mal kaputt gehen sollte mit den Jahren und am Markt gut verfügbar. Eine Folie für die Zwecke hätte ca. 10W an Leistung.
Die Funkanbindung funktioniert nun auch tadellos. War noch etwas Programmierung in FHEM (Hausautomatisierung) nötig. So kommt eine Meldung mit "HAGELSCHLAG !" per Push-Mitteilung auf das Handy. Das FHEM System gibt dann den Befehl an einen Funk-Aktor weiter, der dann das System für eine einstellbare Dauer ausschaltet. Ansonsten wartet er, bis kein Hagel mehr in der Messkammer ist und startet dann die Anlage eigenständigt wieder mit einem Funkbefehl. Das wäre dann die komplette nachrüstung und automatisierung bei solchen Wetterkapriolen. Optional wäre die Anlage dann auch aus der Ferne abzuschalten. Aber das schwebt mir derzeit nicht vor.

Für die Zukunft ist natürlich auch die Kabelgebundene Version verfügbar. Die Integration in ein bestehendes System wird über ein Wechsler-Relais realisiert. Denn bei jedem Steuersystem kann es unterschiedlich sein, ob der Kontakt zur Bremse im Normalbetrieb der Anlage geschlossen oder geöffnet ist. So hat man für beide Arten eine unkomplizierte Möglichkeit der Nachrüstung.

So...das wäre der Stand zu meinem Projekt...

Viele Grüße

André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 18.05.2016 - 06:33 Uhr  ·  #8
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 18.05.2016 - 21:29 Uhr  ·  #9
Grüß dich, Ray

Hagelsensor Außenbild

ich hänge mal ein Bild als Link an. In dem weißen Rohr ist der Auffangtrichter integriert. Dieser muss steiler sein, als ein herkömmlicher Trichter, da sonst die Körner schnell raus springen und nicht in die Messzelle gelangen. Alles in allem musste ich bis jetzt recht intensiv den Weg der Erforschung beschreiten. Da waren manchmal Sachen zu ändern, da hätte man so nie dran gedacht, dass das nicht funktionieren könnte. Deshalb bin ich jetzt auf die neue Messvariante gewechselt.

Auf dem Bild unten ist die Isolierung der Messzelle zu sehen. In die Isolierung ist die LED-Heizung eingebaut, die ab ca. 10°C Außentemperatur zu heizen beginnt.
Da gehen im Moment noch ca. 7 Kabel in den Sensor. Sie dienen jedoch auch der Überwachung und werden später komplett wegfallen. Es wird den Sensor später mit 4 Kabel zwischen dem Sensor und dem Steuerschrank geben. Das ganze soll dann in eine Steckerform gebracht werden. Ein Kabelpaar dient der Stromversorgung der gesamten Mimik im Sensor ( basiert auf 12 Volt ). Ein zweites Kabelpaar schaltet den Kontakt im Schrank. Das war's.

Und wie in dem Vorfred schon erwähnt, bin ich immer froh, wenn jemand seine Steuerung so gut kennt und weiß, ob der Sensor für seinen Schrank einsetzbar wäre. Dadurch kann man noch ein paar Sachen anpassen und verbessern. Zum Wochenende treffen noch die Funkschnittstelle und das Wechslerrelais für unseren Steuerschrank ein. Der wird dann in den nächsten Wochen, nach der Programmierung, in den Schrank verbaut.

Ein weiterer Vorteil der neuen Messtechnik ist, dass man nun das Rohrgehäuse auch nach Wunsch lackieren kann. Das war vorher nicht möglich, da das Gehäuse so viel Sonnenstrahlung, und damit Wärme, wie möglich reflektieren sollte/musste, um Fehlmessungen zu vermeiden. Das konnte durch einen höheren Delta-Temperatur-Wert zwar fast ausgemerzt werden, was jedoch zu Lasten der Reaktionsgeschwindigkeit bei einsetzendem Hagel führte.
Da waren dann so im Schnitt 6 - 10 Sekunden für die Auswertung gemessen worden. Das ist absolut zuviel.
Mein Leitsatz dabei war immer..."ab dem ersten Korn in 2 Sekunden...".

Mit der genauen Beschreibung halte ich mich erst noch zurück. Da will ich jetzt den Langzeittest erst noch weiter führen. Nur sollte da eigentlich nix mehr schief gehen. Die Bauteile, wovon man recht wenig benötigt, sind alle in Kunststoff und Edelstahl gehalten, wodurch man der Oxidation durch das Wetter ein Schnippchen schlagen kann und alles langlebiger wird.
Wenn alles gut verlaufen sollte, wovon ich euch hier weiter berichten werde, kann ich da etwas mehr zu veröffentlichen...ich hoffe, ihr seht es mir nach.. :-) .

Viele Grüße

André

PS.: Wenn Fragen sind, immer her damit..wenn ich euch jetzt nicht erschlagen habe... :D
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 20.05.2016 - 06:07 Uhr  ·  #10
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 20.05.2016 - 10:35 Uhr  ·  #11
Melexis baut recht schicke IR-Temperatursensoren, mit dem MLX90614 hab ich mal gespielt, sehr nett mit I2C-Schnittstelle. Damit könntest Du recht flott messen.

Hast Du die Plastikteile im Thingiverse?
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 20.05.2016 - 17:56 Uhr  ·  #12
Hallo zusammen,

@vitis:

Hast du da mal einen Link ? Habe die Temeraturgeschichte eigentlich abgehakt, wegen Schnee.
Zudem wollte ich keinen Raspberry einsetzen, da dieser über Jahre doch störanfälliger ist, sei es die Hardware oder die automatisch startende Software. Die Auswertemodule und Elektronik soll komplett im Sensor, also draußen, untergebracht werden, da manchmal die Steuerschränke keine Nachrüstelektronik zulassen. Siehe den SmartWind!, der doch recht eng und voll gebaut ist. Doch ein Kabel findet immer Platz. Ich baue auch gerne mit einem Raspberry Pi, doch hierfür war er mir nicht robust genug. Der müsste dann im Schrank untergebracht werden.

Die Sache mit der FHEM Anbindung ist für mich nur zur Kontrolle und Verknüpfung der Mimik.
Ich habe das mit dem Empfang gestern getestet und es hat mit dem Aktormodul direkt im Steuerschrank funktioniert. Das Wechselrelais werde ich dafür nutzen, dass wenn Stromausfall war, die Anlage wieder anlaufen kann, wenn das öffentliche Stromnetz wieder verfügbar ist. Sonst bleibt der Kontakt geöffnet und die Bremse aktiviert, obwohl sie wieder starten könnte. Ohne das Relais, müsste ich die Anlage erst wieder FHEM freigeben. Aber das soll ja automatisch funktionieren.

VG
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 20.05.2016 - 20:55 Uhr  ·  #13
Also ich finde die Versuchsanordnung auch erst einmal interessant. Aber ob das Problem Hagel wirklich existiert, versehe ich einmal mit einem Fragezeichen. Jedensfalls was Glasfaser verstärktes Composite-Material angeht, aus denen die meisten hochwertigen Repeller gefertigt sind. Nach knapp 5 Jahren Betriebsdauer und mehreren Dutzend Hagelschauern mit zum Teil hohen Windgeschwindigkeiten kann ich bei meiner Skystream zumindest optisch nicht die geringsten Spuren auf den Oberflächen feststellen. Optisch heißt allerdings, dass ich die Repeller mit einem Feldstecher aus 12 Metern Entfernung unteruche. Das liefert allerdings schon eine ziemlich hohe Auflösung. Vom Hersteller gibt es keine Empfehlung, die Turbine bei Hagel abzustellen, Dort wird nur empfohlen, bei Stürmen mit umherfliegenden Gegenständen abzuschalten. Was in der Hurricane-Zone der USA, in der die Mühle hergestellt wird, wohl durchaus Sinn macht...;-)

Dieter
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 20.05.2016 - 21:37 Uhr  ·  #14
Hallo Dieter,

ganz klar kommt es da immer auch auf das Repellermaterial an. Aber ich verzichte gerne auf 10min. Betrieb, als dass ich einen Schaden an den Blättern riskiere. Das ist eben der Faktor X, wo ich halt lieber auf der sicheren Seite bin.

VG

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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 21.05.2016 - 08:40 Uhr  ·  #15
Zitat geschrieben von Stargazer

Hallo zusammen,

@vitis:

Hast du da mal einen Link ? Habe die Temeraturgeschichte eigentlich abgehakt, wegen Schnee.
Zudem wollte ich keinen Raspberry einsetzen, da dieser über Jahre doch störanfälliger ist, sei es die Hardware oder die automatisch startende Software. Die Auswertemodule und Elektronik soll komplett im Sensor, also draußen, untergebracht werden, da manchmal die Steuerschränke keine Nachrüstelektronik zulassen. Siehe den SmartWind!, der doch recht eng und voll gebaut ist. Doch ein Kabel findet immer Platz. Ich baue auch gerne mit einem Raspberry Pi, doch hierfür war er mir nicht robust genug. Der müsste dann im Schrank untergebracht werden.


den MLx90614 Link bitteschön:
http://www.melexis.com/Infrare…4-615.aspx

Für die Messung hast Du n Pi verbaut? Wow ... das bisschen Messung könnte n kleiner Mikrokontroller machen, z.B. n ATTiny2313 ... oder Arduino ... der Schnee ist n Problem, eine Möglichkeit geringen Schneefall mechanisch zuzrückzuhalten wäre evtl. horizontale Schikanen in den Fallkanal zu verbauen. Schnee lagert sich drauf ab, Hagel springt drum herum ... oder ne Art Syphon, zwei weite Bögen mit gering fallend geneigtem Rohrstück dazwischenin dem Schnee sitzen bleibt aber Hagel durch kullern könnte. ... müsste man probieren welches Gefälle Hagelkörner durchlaufen können.
FHEM ist ne schöne Sache, hab ich für meine Heizungen (Wärmepumpen) eingesetzt auf dem Pi
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 21.05.2016 - 10:25 Uhr  ·  #16
Hallo zusammen,

ich habe eben aus diesem Grund keinen RPi eingesetzt. Der Fokus liegt dabei auf zuverlässig und robust.

VG
André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 21.05.2016 - 19:36 Uhr  ·  #17
Nochmal ich.. :D ,

die Auswerteeinheit sowie die Heizung mit ihrer kleinen Steuerung ist alles Modular aufgebaut. Sollte da etwas kaputt gehen, so kann man explizit nur dieses Gerät selber austauschen.

Die Geschichte mit dem Hagel und Schnee ist wirklich “Forschungsarbeit“. Da kann man viel Zeit drin investieren und auch viel Hirnschmalz.
Da muss alles auch so einfach wie möglich für den “dummen“ Hagel sein. Ich denke, das die jetzige Messmethode die sein wird, die sich durchsetzt, was die Art angeht.

VG

André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 25.05.2016 - 17:56 Uhr  ·  #18
Meinst Du Piezo mit jetzige Messmethode?

Ist schon richtig, n kleines Element und n OpAmp, viel mehr brauchts da nicht
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 28.05.2016 - 10:52 Uhr  ·  #19
Hallo zusammen,

nee...Piezo kommt bei mir nicht zum Einsatz.

Habe jetzt in FHEM die Handymeldung so konfiguriert, dass diese erst abgesetzt wird, wenn das Schaltrelais im Steuerschrank aktiviert ist und eine Rückmeldung an den Raspi gegeben hat. So kann man sicher sein, dass die Steuerung abbremst.

Die Anlage bleibt beim Erfassen von Hagel erstmal 10min. in der Bremse stehen, ehe sie dann, wenn kein weiterer Hagel da sein sollte, wieder frei gegeben wird.
Ist alles programmiertechnisch frei wählbar.

Ebenfalls wurde noch eine Handymeldung integriert, die mir die Meldung "Antaris wieder Betriebsbereit - Bremse offen" auf das Handy ausgibt, wenn die Zeit oder der Hagel die Antaris weider frei geben. So langsam fügt sich alles in ein Bild ein. Das Gehäuse für das Wechslerrelais ist gestern gekommen und kann nun verbaut werden. Dann kann das ganze Geraffel in den Steuerschrank und fertig ist die Geschichte... .

Viele Grüße

André
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Re: Wie gefährlich ist Hagel für KWEA's wirklich ?

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Gepostet: 02.06.2016 - 19:12 Uhr  ·  #20
Hallo zusammen,

dank des..naja..nicht für jeden glimpflich verlaufenden Unwetterbands über Deutschland, konnte ich den Sensor noch etwas verfeinern. Doch kurioserweise hatten wir hier nur ordentliche Platzregenschauer. Da war nicht ein Hagelkorn dabei, wobei man ja echt froh sein muss, wenn man die Bilder im TV so sieht. Echt schlimm :'( . So etwas braucht man wahrlich nicht.

Ich musste mir noch eine Möglichkeit suchen, die Messung von zuviel Wasser aus dem Trichter zu entlasten. Anfangs dachte ich, der Trichter wäre evtl. nicht groß genug, was den Durchmesser angeht. Doch mittlerweile ist das voll in Ordnung so wie es ist. Das ganze wurde nun so umgebaut, dass anstatt eines 90° Bogens ein T-Stück mit Siebeinsatz zur Messung führt. Da wird schonmal das übelste an Regen abgeschlagen. Erst kleinste Körnchen werden zur Messung geführt und dort ausgewertet.
So arbeitet man sich Stück für Stück weiter. Erst die Natur zeigt einem dann, was geht und was nicht. Da helfen auch beste Tests nur bedingt weiter.
Wie im wahren Leben.

Ich halte euch mal weiter auf dem laufenden... .

VG

André
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