Ein Tag Forschungsarbeit

Geigerzähler-Bausatz (mightyohm.com)

Auf dem Chaos Communication Congress in Berlin hatte ich in einem Workshop einen Geigerzähler-Bausatz zusammengebaut und mit diesem Geigerzähler dann Messungen durchgeführt. Dabei habe ich den Geigerzähler an unterschiedlichen Orten auf den Boden gelegt und dann für einen bestimmten Zeitraum die Impulse des Geigerzählers gezählt. Die Messergebnisse der im Kongresscenter in Berlin durchgeführten Messungen und die Messergebnisse der Messungen aus Heidenau bei Dresden (Germany) befinden sich in folgender Libre Office Datei:

Geigerzaehler-Messungen-CCC-111229.ods

Diagramm der Messwerte aus dem Congress-Center in Berlin

Berlin Congress-Center 28.12.11

Diagramm der Messwerte in Heidenau bei Dresden

Heidenau near Dresden (Germany) 31.12.11

Messungen in Altenberg (Germany)

Geigerzaehler-Messungen-Altenberg-120122.ods

Altenberg, Sachsen, Germany, Skipiste, oberes Ende Kinderlift, Unterstellhäuschen 22.01.12

Messungen in Kirchberg (Sachsen), Dresden und Bad Schlema

Geigerzaehler-Messungen-Url-120122-120129.ods

Messung in Kirchberg (Sachsen) vom 27.01.12 bis 29.01.12

Messungen in Dresden und Bad Schlema von 22.01.12 bis 25.01.12

Die Technischen Daten des Geigerzähler-Bausatzes kann man unter mightyohm.com finden. Bei dem Geiger-Müller Zählrohr handelt es sich um ein SBM-20. Die technischen Daten sind unter sovtube.com oder unter gstube.com erhältlich.

Die Messungen selbst sagen nur etwas über die Anzahl der gemessenen Impulse aus, jedoch nichts über die Art der Strahlung und über die Energie der Teilchen sowie über die Art und den Aggregatzustand von vorhandenen radioaktiven Elementen. Der Geiger-Müller-Sensor registriert Beta- und Gammastrahlung, jedoch keine Alphastrahlung. Um genauere Aussagen über die gemessene Strahlungsleistung zu machen, müsste der Geigerzähler zuerst mit einer Referenz-Strahlenquelle kalibriert werden.

Was ist Naturwissenschaft?
Ich habe mal einen schönen Spruch gehört, der die Frage nach der Naturwissenschaft auf den Punkt bringt: “Naturwissenschaft ist die Summe aller möglichen Experimente.“

Was ist ein Experiment?
Die Beantwortung dieser Frage führt zu der Aussage, wie ein wissenschaftliches Experiment aufgebaut sein muss und welche Anforderungen es erfüllen muss: “Ein Experiment ist eine genau definierte, präparierte Situation, bei der alle störenden Variablen ausgeschaltet oder kontrolliert werden und eine unabhängige Variable durch den Experimentator gezielt verändert wird. Ziel des Experiments ist die Beobachtung der Auswirkungen der Veränderung der unabhängigen Variable auf alle anderen abhängigen Variablen.”

Was ist das Wesen eines Experiments?
Unser Verständnis der Natur ist begrenzt. Gerade die Tatsache dieses begrenzten Verständnisses macht das Experiment für uns so wertvoll. “Im Experiment beobachtet man immer das gesamte Universum. Gerade die Experimente mit einem unerwarteten Ergebnis sind besonders wertvoll, weil sie die Grenzen des Wissens erweitern.”

Was bedeutet Messen?
„Jede Maßeinheit ist das Ergebnis eines genau definiertes Experiments. Messen ist nichts weiter als der Vergleich einer beobachteten Größe mit dem Ergebnis des Experiments, das die Maßeinheit definiert.“ Selbst wenn wir die Natur nicht verstehen, können wir sie durch das Messen beschreiben.

Was ist eine physikalische Größe?
„Eine physikalische Größe ist das Produkt aus einer Zahl und einer Maßeinheit.“

Was ist eine Theorie?
„Eine Theorie ist ein Modell, mit dem die Beobachtungen in einem Experiment erklärt werden können. Es kann hierbei nur die Aussage getroffen werden, dass eine Theorie in einem konkreten Experiment zutreffend oder nicht zutreffend war, mehr nicht.“ Theorien werden oft dazu genutzt, um Vorhersagen über den Ausgang von Experimenten zu machen. Im Grunde genommen handelt es sich hierbei nie um Vorhersagen sondern um Schätzungen. Die Schätzungen können zutreffend sein, wenn keine anderen Störgrößen auftreten, die durch die verwendete Theorie nicht beschrieben werden.

Experimentelle Praxis in vielen Unternehmen
Viele Unternehmen stürzen sich im Blindflug in Vorhaben, ohne jemals ihre Vorhaben auf eine wissenschaftlich experimentelle Basis gestellt zu haben. Wie oft habe ich den Satz schon gehört „Das was wir vorhaben, kann man sowieso nicht berechnen. Wir müssen das einfach ausprobieren.“ So werden in vielen Unternehmen Experimente sträflich vernachlässigt. Entweder werden Experimente einfach nicht durchgeführt oder wenn sie durchgeführt werden, werden vermeintlich aus Zeitmangel die Störfaktoren in Experimenten nicht gesucht, nicht erkannt, nicht ausgeschaltet und nicht kontrolliert. Die Versuchsapparaturen werden nicht dokumentiert. Die Messgeräte werden schlecht behandelt, nicht gewartet, nicht regelmäßig geeicht. Experimente werden oft einfach so nebenbei im stressigen Alltag halbherzig ausgeführt.

Vorteile einer wissenschaftlich experimentellen Basis im Alltag
Der Philosoph Epikur hat es schön formuliert: „Der überwindet die Unsicherheit gegenüber seiner Umwelt am besten, der sich so weit als möglich mit ihr vertraut macht und, wo dies unmöglich ist, dafür sorgt, dass sie ihm nicht fremd ist. Mit allem aber, bei dem ihm nicht einmal dies gelingt, lässt er sich gar nicht ein und stützt sich nur auf das, was ihm hilft, sicher zu werden.”

Das, was wir wirklich wissen, ist letztendlich das, was wir im Experiment beobachten können. Erst durch Wissen und Erkenntnis sind wir in der Lage, mit komplexen Sachverhalten zurechtzukommen, ohne zu viele Erfahrungen in Form von Rückschlägen teuer bezahlen zu müssen.

Das Sensormodul enthält Sensoren für Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, Niederschlag und einen Probekörper-Nebelsensor zur Ermittlung des Massenstroms des Eiswachstums. Das Steuermodul errechnet aus den Sensorwerten, ob Wetterbedingungen vorliegen, die zur Eisbildung an der Windkraftanlage führen können. Liegen Wetterbedingungen vor, die zur Eisbildung an der Windkraftanlage führen so schaltet das Eiserkennungssystem die Windkraftanlage ab. Das Eiserkennungssystem berechnet anhand der Daten des Probekörper-Nebelsensors sowie anhand der Daten des Niederschlagsmessgerätes die Wachstumsgeschwindigkeit der Eisschicht. Durch das Abschalten der Windkraftanlage wird die Wachstumsgeschwindigkeit der Eisschicht an den Rotorblättern stark verringert. Wenn keine Wetterbedingungen mehr vorliegen, die zur Eisbildung führen, berechnet das Eiserkennungssystem den Abbau der Eisschicht durch Schmelzen und Sublimation. Ist die Eisschicht an der Windkraftanlage abgebaut, so nimmt das Eiserkennungssystem die Windkraftanlage wieder in Betrieb.
Das Steuermodul dokumentiert die Wetterbedingungen sowie die ausgegebenen Meldungen. Die aufgezeichneten Daten liegen so zur späteren Auswertung vor. Die Daten können über ein Modem mit Telefonanschluss oder Wahlweise über eine Internetverbindung aus dem Steuermodul von der Leitzentrale aus gelesen werden.

Sensoren

Schaltkasten

Durch seine Sensoren ist das Eiserkennungssystem in der Lage, gefrierenden Nebel, den für den Eisansatz relevanten Flüssigwasseranteil des gefrierenden Nebels, Schneefall, Eisregen und Hagel, aber auch den Abbau der Eisschicht durch Schmelzen und Sublimation zu erkennen.

Sensormodul und Steuermodul sind so aufgebaut, dass sie an den Kunden schon fertig zusammengesetzt geliefert werden. Bei der Installation muss das Steuermodul in der Gondel der Windkraftanlage an einer geeigneten Stelle befestigt werden, das Sensormodul wird auf der Gondel an den bestehenden Sensormast montiert. Sämtliche Anschlüsse der Verbindungskabel sind mit genormten Steckverbindungen versehen, wodurch langwierige Installationsarbeiten außerhalb der Gondel in luftiger Höhe vermieden werden. Die Verbindungskabel werden, bereits mit Steckverbindungen geliefert, so dass Lötarbeiten während der Installation in der Gondel ebenfalls vermieden werden.

 Literatur

• Seifert, H; Technical Requirements for Rotor Blades Operating in Cold Climate. DEWI Deutsches Windenergie Institut
• Seifert, Henry; Richert, Frank: A recipe to estimate aerodynamics and loads on iced rotor
  blades: Paper presented at Boreas IV Conferenz in Enontekiö, Finland, 31.03. to
  02.04.1998.
• I. Paraschivoiu, F. Saeed; „Aircraft Icing“ ; A Wiley-Interscience Publication; John Wiley&Sons, Inc.
• Knut Harstveit ; “Using routine meteorological data from airfields to produce a map of ice risk zones in Norway” ; Norwegian Meteorological Institute ; http//:arcticwind.vtt.fi
• H.-E. Hoffmann, J. Demmel; „Flugzeugvereisung und Taupunktdifferenz bei DLR-Vereisungsflügen“; Oberpfaffenhofen, Februar 1994