Präzise Beschleunigungsmessungen liefern hierfür eine wichtige Datengrundlage. Je nach Messaufgabe kommen besonders rauscharme Sensoren für kleinste Bewegungen oder robuste Beschleunigungsaufnehmer für höhere dynamische Belastungen zum Einsatz.
Fahrkomfort objektiv messen
Die Norm EN 12299 beschreibt Verfahren zur Bewertung des Fahrkomforts von Fahrgästen anhand der Bewegungen des Schienenfahrzeugs. Damit subjektiv wahrgenommener Komfort objektiv untersucht werden kann, müssen auch sehr geringe Beschleunigungen und niederfrequente Bewegungen zuverlässig erfasst werden.
Für diese Messaufgaben eignen sich die einachsigen kapazitiven Beschleunigungsaufnehmer ASC 4311LN und ASC 4411LN. Die Low-Noise-Ausführung der Sensoren bietet ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis und ermöglicht dadurch die präzise Erfassung kleiner Beschleunigungsamplituden.
Durch ihre DC-Reaktion können die Sensoren sowohl sehr langsame als auch dynamische Beschleunigungen erfassen. Dies ist insbesondere bei Untersuchungen relevant, bei denen Bewegungen des Wagenkastens sowie Schwingungen während unterschiedlicher Fahrsituationen miteinander verglichen werden sollen.
Abhängig vom Prüfaufbau können Messpunkte an verschiedenen Positionen des Schienenfahrzeugs vorgesehen werden. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Bewegungsrichtungen und lokale Schwingungseinflüsse untersuchen und anschließend für die Bewertung des Fahrkomforts auswerten.
Fahrdynamisches Verhalten unter realistischen Bedingungen untersuchen
Neben dem Komfort ist das dynamische Verhalten eines Schienenfahrzeugs ein wichtiger Bestandteil der Fahrzeugerprobung. Die Norm EN 14363 beschreibt Verfahren zur Prüfung und Bewertung der fahrtechnischen Eigenschaften von Eisenbahnfahrzeugen.
Während einer solchen Untersuchung wirken unterschiedliche Einflüsse auf das Fahrzeug: beispielsweise Geschwindigkeit, Gleislage, Kurvenradien, Fahrwerksbewegungen oder wechselnde Betriebsbedingungen. Die dabei auftretenden Beschleunigungen müssen mit ausreichend hoher Dynamik und Zuverlässigkeit erfasst werden.
Für diese Messaufgaben können die kapazitiven Beschleunigungsaufnehmer ASC 4425MF und ASC 5525MF eingesetzt werden. Die MF-Sensoren eignen sich für Messungen von niedrigen bis mittleren Frequenzen und sind gleichzeitig für hohe dynamische Belastungen ausgelegt.
Der ASC 4425MF erfasst Beschleunigungen in einer Messachse, während der ASC 5525MF drei Raumrichtungen gleichzeitig messen kann. Dadurch lässt sich die Sensorkonfiguration an die jeweilige Messaufgabe und die benötigten Bewegungsrichtungen anpassen.
Warum kapazitive MEMS-Beschleunigungssensoren?
Bei Fahrdynamik- und Komfortmessungen müssen häufig sehr unterschiedliche Beschleunigungspegel erfasst werden. Einerseits sind kleine und langsame Bewegungen relevant, andererseits können während eines Fahrversuchs deutlich höhere dynamische Belastungen und Stöße auftreten.
Kapazitive MEMS-Beschleunigungsaufnehmer bieten für diese Anforderungen mehrere Vorteile:
- Erfassung statischer und dynamischer Beschleunigungen
- Hohe Empfindlichkeit bei niedrigen Frequenzen
- Geringes Rauschen für kleine Beschleunigungsamplituden
- Verschiedene Messbereiche für unterschiedliche Prüfaufgaben
- Ein- und dreiachsige Ausführungen
- Hohe Stoßfestigkeit für anspruchsvolle Fahrzeugtests
- Robuste Gehäusevarianten für den Einsatz unter realistischen Umgebungsbedingungen
So kann für die jeweilige Messstelle ein Sensor ausgewählt werden, dessen Messbereich, Frequenzverhalten und Bauform optimal zur Prüfaufgabe passen.
Von der Beschleunigung zum Messwert
Eine zuverlässige Fahrdynamikanalyse beginnt bereits bei der Auswahl und Positionierung der Sensoren. Messbereich und Empfindlichkeit müssen so gewählt werden, dass sowohl kleine Bewegungen als auch auftretende Spitzenbeschleunigungen innerhalb des nutzbaren Messbereichs liegen. Während der Fahrversuche werden die Beschleunigungssignale kontinuierlich erfasst und anschließend ausgewertet. Je nach Prüfziel können unterschiedliche Fahrsituationen, Geschwindigkeiten oder Streckenabschnitte miteinander verglichen werden. Dadurch entsteht ein objektives Bild des Fahrzeugverhaltens.
Die gewonnenen Messdaten unterstützen Entwicklungs- und Testingenieure dabei, beispielsweise Fahrwerksabstimmungen zu bewerten, konstruktive Veränderungen miteinander zu vergleichen und das Verhalten des Fahrzeugs unter definierten Betriebsbedingungen nachvollziehbar zu dokumentieren.
Ein Messprinzip für Komfort und Fahrdynamik
Der besondere Vorteil der kapazitiven Beschleunigungsmessung liegt darin, dass sich mit unterschiedlichen Sensorausführungen sowohl sehr kleine Bewegungen für Komfortuntersuchungen als auch höhere dynamische Belastungen während der Fahrzeugerprobung erfassen lassen.
Für besonders kleine Beschleunigungen stehen die rauscharmen LN-Sensoren zur Verfügung. Wenn ein größerer dynamischer Messbereich und eine hohe Robustheit gefragt sind, können MF-Sensoren eingesetzt werden. Ein- und dreiachsige Varianten ermöglichen zusätzlich eine an den jeweiligen Prüfaufbau angepasste Messkonfiguration.
Damit steht für unterschiedliche Aufgaben in der Schienenfahrzeugentwicklung eine skalierbare Sensorlösung zur Verfügung – von der Analyse des Fahrgastkomforts bis zur Untersuchung fahrdynamischer Eigenschaften.
Althen unterstützt bei der Auswahl der passenden Messtechnik
Eine aussagekräftige Beschleunigungsmessung hängt nicht allein vom Sensor ab. Messbereich, Frequenzbereich, Anzahl der Messachsen, Einbausituation, Umgebungsbedingungen und die nachfolgende Datenerfassung müssen aufeinander abgestimmt sein.
Althen Sensors & Controls unterstützt Test- und Entwicklungsingenieure bei der Auswahl geeigneter Beschleunigungsaufnehmer und der Zusammenstellung der passenden Messkette für Ihre Bahntechnik-Anwendungen. Neben Standardsensoren können dabei auch kundenspezifische Anforderungen an Kabel, Steckverbinder und Messaufbau berücksichtigt werden.
Sie planen Fahrkomfortmessungen oder Fahrdynamiktests?
Unsere Experten beraten Sie bei der Auswahl der geeigneten Sensorik und Messtechnik für Ihre Prüfaufgabe.
Passende Produkte
Ausgewählte Beschleunigungssensoren für Bahnanwendungen
ASC 4311LN / ASC 4315LN Kapazitiver Beschleunigungssensor
- Measurement Range: ±2 to ±400 g
- Noise Density: 7 to 400 µg/√Hz
- Frequency Range (±5 %): DC to 2000 Hz
ASC 4411LN / ASC 4415LN Kapazitiver Beschleunigungssensor
- Measurement Range: ±2 to ±400 g
- Noise Density: 7 to 400 µg/√Hz
- Frequency Range (±5 %): DC to 2000 Hz
ASC 4425MF Kapazitiver Beschleunigungssensor
- Measurement Range: ±2 to ±200 g
- Noise Density: 10 to 680 μg/√Hz
- Frequency Range (±5 %): DC to 2900 Hz