LTTsmart – dem Körperschall auf der Spur

Unter Körperschall versteht man die Ausbreitung von hochfrequenten, materialcharakteristischen  Schallwellen (bis zu 1 MHz) in einem festen Körper. Sie entstehen u.a. dort wo Materialien schlagartig verformt werden oder auf atomarer Ebene reißen. Der LTTsmart wird bspw. zur Messung und Auswertungen des beim Auto-Crash entstehenden Körperschalls eingesetzt.

Die Weiterentwicklung und Optimierung passiver Sicherheitssysteme ist ein wichtiges Thema in der Automobilindustrie. In Zukunft sollen beispielsweise Sensoren für die Steuerung von Airbags in Zukunft noch sensibler reagieren und die Elektronik noch schneller über eine Aktivierung von Rückhaltesystemen wie Airbag und Gurtstraffer entscheiden. Um dies zu erreichen, wird der LTTsmart zur Messung und Auswertung des beim Crash entstehenden Körperschalls eingesetzt.

Durch Messen des bei einem Crash auftretenden charakteristischen Körperschalls wird die plastische Deformation der Struktur erfasst. Gleichzeitig können verschiedene Crash-Szenarien wie bspw. hohe oder niedrige Geschwindigkeit, teilweise Fahrzeugüberdeckung, schräger Aufprall oder Aufprall gegen deformierbare Objekte sehr gut unterschieden werden.

Diese Lösung nennt sich „Crash Impact Sound Sensing“ (kurz: „CISS“). CISS ist eine optimale Ergänzung zu den bisher im Crash-Bereich eingesetzten Beschleunigungs- bzw. Drucksensoren.

Denn die kombinierte Auswertung der beiden physikalischen Effekte „Verzögerung“ und „Körperschall“ unterscheidet sehr zuverlässig Fahrzeugunfälle von Misuse-Situationen, bei denen die Rückhaltesysteme nicht aktiviert werden dürfen. Auch die Unterscheidung zwischen No-fire-Crashes bei niedrigen Geschwindigkeiten, beispielsweise Parkremplern, und Fire-Crashes bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten gelingt mit dieser neuen Technik exzellent.

Körperschall entsteht bei der Einleitung von Kraftänderungen in eine mechanische Struktur. So beispielsweise auch durch Verformung von Werkstoffen oberhalb des elastischen Bereichs, beim Faltbeulen, Kollabieren und Brechen von Strukturen oder auch bei Rissbildungen. Körperschall breitet sich als elastische Spannungswelle – abhängig von der Frequenz – mit sehr hoher Geschwindigkeit von bis zu 5 m/ms in der Struktur aus, so dass ein in das zentrale Airbagsteuergerät integrierter Körperschallsensor sehr schnell und präzise Crash-Szenarien auch an peripheren Punkten des Fahrzeugs erfassen kann.

Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte, u.a. gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, wird der im Fahrzeugcrash auftretende Körperschall untersucht. Dabei werden unter anderem durch Versuche mit Materialproben aus den Deformationsbereichen des Fahrzeugs charakteristische Körperschall-Kennwerte - wie z.B. die potenzielle Schallenergiedichte – für bestimmte Materialien und Karosserieteile ermittelt.

Die so gewonnenen Kennwerte gehen dann in die Bewertung der bei einem realen Crashversuch auftretenden Signale ein. In einem weiteren Test-Szenario werden sogenannte dynamische und statische Misuse-Situationen (z.B. extreme Fahrsituationen, Hammerschläge, Tritte) ausgewertet, um diese zuverlässig von einem echten Crash unterscheiden zu können. Für diese Untersuchungen wird ein leistungsfähiges Messdatenerfassungssystem benötigt, das den besonders hohen Anforderungen gerecht wird: So muss das System autark, d.h. ohne Rechnerunterstützung, arbeiten können und dabei auch längere Aufzeichnungen bis in den Minutenbereich hinein ermöglichen. Es soll eine hohe Signalbandbreite bis 1,5 MHz für möglichst viele Kanäle bieten und das bei höchster Genauigkeit. Last-not-least muss das System „crashfest“ sein, d.h. auch Beschleunigungen von mehr als 70g im Betrieb standhalten.

Die beste Wahl hierbei ist der Transientenrekorder LTTsmart aus dem Hause Labortechnik Tasler. Dieser bietet 16 analoge Differenzeingänge mit einer Bandbreite von 1,8 MHz und 24 bit Auflösung.  Das Gerät hat sich sowohl im stationären Prüfstandsbetrieb als auch im mobilen „Crash-Einsatz“ bestens bewährt.

Die Untersuchung von Körperschall-Emissionen ist im Übrigen nicht nur für die Entwicklung von Crash-Sensoren relevant. So werden z.B. bei der Prozess-, Werkzeug- und Maschinenüberwachung in der spannenden, trennenden und umformenden Fertigung sogenannte „Acoustic Emission“-Sensoren (AE-Sensoren) eingesetzt. Eine andere denkbare Anwendung ist die zerstörungsfreie Prüfung von mechanisch stark belasteten Komponenten, wie Druckbehältern und Rohrleitungssystemen. Die Transientenrekorder von LTT sind ideal für den Anschluss von AE-Sensoren geeignet und decken deren Arbeitsbereich mit typischen Bandbreiten von 50 bis 1.000 kHz genau ab. Mit ihren 8 bzw. 16 differenziellen Analogeingängen lassen sich mehrere AE-Sensorsignale gleichzeitig erfassen und zusammen mit weiteren Maschinenparametern aufzeichnen und auswerten. Die Anbindung an den Rechner erfolgt wahlweise via Ethernet, USB oder SCSI.

Mit LTTpro steht zudem eine intuitiv bedienbare Software für die Steuerung der Erfassung und die Visualisierung der Messdaten mit integrierter Online-Mathematik zur Verfügung. Die erfassten Messsignale lassen sich direkt im gewünschten Datenformat – DIAdem, Famos, µGraph oder LTT-Format – speichern. Ein Exportieren der Messdaten ist damit überflüssig. Weitere Dateiformate wie Matlab, Dasylab und ASCII werden als Exportformat angeboten.

Aufmacherbild: unspalsh von Clark Van Der Beken, sonstiges: LTT

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