Wie erreicht man eine präzise und gleichzeitig kostengünstige mobile Datenerfassung?

Die Herausforderung

Die Prüfung neuer Produkte ist zeitaufwendig und teuer. Sie ist aber unabdingbar, denn nur so können Hersteller den Nachweis führen, dass ihre neu entwickelten Produkte einsatzfähig sind und den Anforderungen des Markts genügen. Häufig sind zusätzlich zu den Tests auf dem Prüfstand auch Prüfungen unter echten Einsatzbedingungen erforderlich.

Eine immer wichtigere Voraussetzung bei der Datenerfassung ist, dass die Ausrüstung in der Lage ist, alle relevanten Daten optimal zu erfassen und vollständig aufzuzeichnen. Dies ist erforderlich, um die Analyse nachfolgend separat durchführen zu können. Außerdem können so bei besonders komplexen Projekten verschiedene Ingenieure auch aus der Ferne auf die Testdaten zugreifen. Durch eine zuverlässige Datenerfassung wird aber auch wertvolle Ingenieurszeit bei der Messung eingespart.

Schlüsselfaktoren

Aus Studien, wie derjenigen, die HBM im Jahr 2010 durchgeführt hat, lässt sich ableiten, dass bei der Auswahl von Datenerfassungsgeräten mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden müssen. An zentraler Stelle muss betrachtet werden, wo die Messungen stattfinden, denn die Ausrüstung zur mobilen Datenerfassung muss sehr robust sein: Fast 40 % aller Anwendungen finden im Freien oder in Fahrzeugen unter stark schwankenden Umgebungsbedingungen statt. Etwa 20 % der Prüfungen zur Datenerfassung werden in Umgebungstemperaturen über 60 °C durchgeführt, ungefähr 10 % bei Temperaturen unter -20 °C.

Ein weiterer wichtiger Aspekt – insbesondere bei mobilen Anwendungen – ist die Möglichkeit, mit dem Gerät verschiedene Stromquellen zu nutzen wie z. B. das Bordnetz des Fahrzeugs, eine Gleichspannungsquelle oder eine externe Batterie.

Außerdem muss auch der Funktionsumfang des Datenerfassungsgeräts berücksichtigt werden, also welche Messmethoden möglich sind, wie viele Kanäle erforderlich sind und wie einfach der Datenrekorder anzuwenden ist. Die Geräte sollten über eine gewisse Funktionsvielfalt zur Erfassung und Aufzeichnung verschiedener Messgrößen verfügen. Außerdem sollte berücksichtigt werden, ob eine Integration des Datenrekorders in zentralisierte und/oder verteilte Systeme erfolgen soll.

Bei etwa 20 % aller Messungen werden zwischen 32 und 64 Kanäle genutzt, bei weiteren 20 % sogar mehr als 64 Kanäle. Ein Datenerfassungsgerät muss in der Lage sein, auch mit solch hohen Kanalzahlen zu arbeiten, dies darf aber nicht auf Kosten der Genauigkeit gehen. Bei 40 % der Anwendungen wird eine Genauigkeit von bis zu 0,1 % des Messwerts verlangt, bei 20 % sogar eine noch höhere Genauigkeit von 0,05 % des Messwerts.

Ein Datenrekorder muss aber vor allem in der Lage sein, auch bei weit variierenden Einsatzbedingungen sicher und zuverlässig Daten aufzuzeichnen.  

Maximale Flexibilität

QuantumX CX22W

HBM hat vor Kurzem das System CX22W für eine möglichst einfache und dabei hoch flexible mobile Datenerfassung bei Einsatzprüfungen auf den Markt gebracht. Der Multifunktions-Datenrekorder CX22W ergänzt die bestens eingeführte QuantumX-Serie von HBM.

Der CX22W arbeitet mit einem integrierten Windows-Embedded-Betriebssystem. So können sich die Anwender auf die stabile und vertraute Windows-Technologie verlassen. Der Datenrekorder CX22W verarbeitet die Messdaten also direkt – ein Anschluss an einen Computer ist nicht erforderlich.

Der CX22W ist ein kompaktes Gerät mit den gleichen Abmessungen wie alle anderen Module der Serie. Mit dem Datenerfassungssystem QuantumX können die Anwender Messgeräte für mechanische, elektrische und thermische Messungen als Module flexibel zusammenstellen.

So steht den Anwendern ein optimal skalierbares System zur Verfügung, mit dem sich bei der Kombination mit anderen Modulen eine breite Palette unterschiedlicher Daten für jede beliebige Anwendung erfassen lässt. Aufgrund seiner Skalierbarkeit und einfachen Anwendung eignet sich der Datenrekorder CX22W besonders für mobile Prüfungen, wie sie zum Beispiel im Automobilbereich üblich sind.

Diese Eigenschaften machen den CX22W aber auch optimal für langfristige statische Messungen geeignet. Bei stationären Einsatzprüfungen erfasst der Datenrekorder über lange Zeiträume hinweg mithilfe verteilter Messmodule eigenständig die Messdaten. Diese Funktion ist besonders hilfreich für die Überwachung fester Strukturen wie Windkraftanlagen, Brücken, Gebäude oder Industrieanlagen.

Der CX22W kann die Datenerfassung, die Verarbeitung, die Aufzeichnung und Speicherung sowie die optionale Visualisierung der Daten autonom durchführen. Dafür erfasst dieser Datenrekorder die Messdaten völlig unabhängig und speichert sie lokal auf einer robusten, auswechselbaren CF-Karte. Die Daten können über Ethernet oder WLAN ausgelesen werden.
Da der CX22W so flexibel ausgelegt ist, kann er bei Bedarf mit zahlreichen weiteren Funktionen wie einem intelligenten Trigger oder einer Berechnung virtueller Kanäle ergänzt werden. Das Gerät kann frei konfiguriert werden, und auch die Erstellung individueller grafischer Benutzeroberflächen für angeschlossene Touchscreens ist problemlos möglich. Alle eingestellten Parameter können für individuelle Projekte gespeichert und jederzeit bei Bedarf wieder aufgerufen werden.

Extreme Testbedingungen

Das System SoMat eDAQ dagegen hat HBM ganz spezifisch als versiegeltes, eigenständiges Datenerfassungs- und aufzeichnungssystem entwickelt, mit dem Prüfungen unter extremen und stark variierenden Umgebungsbedingungen durchgeführt werden können. Das SoMat eDAQ wurde auf den robusten und mobilen Einsatz ausgelegt, und die per Sinusprüfung nachgewiesene Festigkeit bis 20 g stellt die Integrität der Daten unabhängig von den Umgebungsbedingungen und externen Faktoren wie starken und variablen Schwingungen sicher. Das SoMat eDAQ ist ein versiegeltes System: Es gibt keine Lüfter zur Kühlung, keine Filter, offene Karten oder Laufwerke.

Das SoMat eDAQ besteht aus von HBM selbst entwickelten Layern und arbeitet mit Komponenten, die so auf das System abgestimmt sind, dass die mobile Datenerfassung ungeachtet der Betriebsbedingungen funktioniert. Das SoMat eDAQ stützt sich nicht auf ein Windows-System, es arbeitet mit einem individuell anpassbaren Linux-Betriebssystem und einem außerordentlich stabilen Dateiformat.

Zur Erweiterung und Optimierung der Datenerfassung nutzt das Gerät die SoMat DataModes™, mit denen die Anwender ihre Daten in zahlreichen, einfach zu verwaltenden und zu analysierenden Formaten speichern, darunter Burst History, Time at Level, Event Slice, Peak-Valley-Matrix und Rainflow-Klassierung mit Histogrammen.

Das System akzeptiert einen weiten Bereich mit Eingangsspannungen von 10 - 60 V DC und ist mit internen Pufferbatterien ausgestattet, die es vor unvorhergesehenen Spannungsverlusten oder zu niedriger Spannung schützen. Die Signalaufbereitung des SoMat eDAQ bietet Spitzenleistungen und ermöglicht die Durchführung eines breiten Spektrums integrierter Datenverarbeitungsaufgaben. Die verschiedenen Trigger-Optionen stellen sicher, dass die Daten nicht nur im gewünschten Format, sondern auch zum gewünschten Zeitpunkt zur Verfügung gestellt werden.

Das eDAQ arbeitet mit Ethernet und einem eigenen Webserver mit einer konfigurierbaren IP für eine besonders einfache Kommunikation über drahtlose WWAN-Modems, was einen weltweiten Zugriff auf die Daten ermöglicht. Zusätzlich kann das SoMat eDAQ mit GPS-Empfängern ergänzt und mit GPS-Timing-Signalen synchronisiert werden. Über diese Funktionen können mehrere SoMat eDAQ-Systeme drahtlos synchronisiert werden, sodass eine praktisch unbegrenzte Anzahl an Kanälen möglich ist.

Schlussbetrachtung

Eine ganz wesentliche Voraussetzung für jedes Datenerfassungsgerät ist die lückenlose Erfassung und Aufzeichnung aller relevanten Daten, ungeachtet der Einsatzbedingungen. Von zentraler Bedeutung ist die sorgfältige Betrachtung der tatsächlichen Testanforderungen, und am besten sollten Geräte gewählt werden, mit denen die Ingenieure ein System gestalten können, das einfach einzurichten und zu bedienen ist, gleichzeitig aber die volle Integrität der Daten gewährleistet.