Artikel Labortechnik Tasler GmbH

In Deutschland werden hierzu zumeist induktive Schienenkontakte verwendet. Diese bestehen aus einem Sender auf der Schienenaußenseite und einen Empfänger auf der Schieneninnenseite. Wenn sich ein Rad durch das magnetische Wechselfeld bewegt, führt dies zu einer Feldänderung. Die Achse wird gezählt. Zu einem Zählpunkt gehören jeweils zwei Systeme, die paarweise mit etwas Abstand angebracht sind, um die Durchfahrtsrichtung zu detektieren. Die Fahrtrichtung lässt sich aus der zeitlichen Verschiebung der Feldrichtungsänderung zum zweiten Sender-/Empfängerpaar ableiten.

Um Fehlzählungen und damit ggf. verbundene Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, sind Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) der Sensoren notwendig. Darüber hinaus müssen auch alle Schienenfahrzeuge getestet werden, um sicherzustellen, dass sie im Bereich der Achszähler keine elektromagnetischen Störungen außerhalb der erlaubten Grenzwerte erzeugen. Hierfür verfügt die Firma Siemens u.a. in ihrem Prüf- und Validationcenter (PCW) in Wegberg nahe der niederländischen Grenze über eine entsprechende Messstelle zum Nachweis der Kompatibilität von Schienenfahrzeugen mit Gleisschaltmitteln. Die Messstelle befindet sich an einem geraden Streckenabschnitt des 4,8 km langen Testovals.

Für die Messung der hochdynamischen und inhomogenen elektromagnetischen Felder während der Durchfahrt eines Zuges werden seitlich an den Schienen Luftspulen-Sensoren, jeweils für die x-, y- und z-Richtung, angebracht. Zum Nachweis möglicher Asymmetrien muss die linke und rechte Fahrzeugseite geprüft werden. Je Messstelle sind also 6 Messkanäle synchron zu erfassen und auszuwerten. Auf Grund einer Vielzahl verschiedener Typen von Achszählern und Radsensoren muss das Messsystem dabei einen sehr weiten Arbeitsfrequenzbereich von wenigen kHz bis zu über 1 MHz abdecken

Bei Siemens in Erlangen und Wegberg setzt man hierfür schon seit vielen Jahren auf die Präzisionsmessgeräte vom Typ LTT24 aus dem Hause Labortechnik Tasler. Das Präzisionsmessgerät LTT24 kann bis zu 16 Messkanäle mit einer Abtastrate von bis zu 4 MHz pro Kanal erfassen. Als besonderer Vorteil hat sich dabei die hohe Auflösung von 24 Bit erwiesen: Diese ermöglicht es den gesamten Arbeitsfrequenzbereich mit nur einer einzigen Messung abzudecken. Früher waren hierfür zwei Messungen bzw. doppelt so viele Messkanäle notwendig, jeweils für den kHz- und den MHz-Bereich. Für eine exakte Auswertung ist überdies die hohe Synchronität der Abtastung der einzelnen Kanäle entscheidend.

Das LTT24 ermöglicht es den Siemens-Ingenieuren zudem auch mobile EMV-Messstellen an beliebiger Stelle im Schienennetz und ohne installierte Gleisschaltmittel zu betreiben – z.B. beim Grenzeintritt von unbekannten Fahrzeugen ausländischer Bahngesellschaften. Die Messgeräte aus Würzburg sind mittlerweile auch bei Alstom sowie bei der indischen TATA im Einsatz. Die komplette mathematische Analyse der Messdaten (inkl. FFT usw.) entsprechend der einschlägigen Normen und Richtlinien wurde bei Tasler im Kundenauftrag in die mitgelieferte Messsoftware LTTpro implementiert.

Solche Systeme – z.B. Fahrwerke und Flugsteuerungs- sowie Betätigungssysteme – kommen in verschiedensten Flugzeug- und Hubschraubertypen zum Einsatz. In den Entwicklungszentren werden u.a. elektro-mechanische Antriebskomponenten der primären Flugsteuerung (dazu zählen z.B. Höhen-, Quer- und Seitenruder) mit spezifischer Signal- und Leistungselektronik untersucht. Dabei soll das elektro-mechanische Gesamtverhalten dieser Aktuatoren – d.h. dynamische und statische Performance, Frequenzgang, Wirkungsgrad, Leistung, etc. – innerhalb definierter Umweltbedingungen ermittelt werden.

Neben der Drehzahlmessung und der Strom- und Spannungsmessung an Umrichtern und Motoren müssen hierfür eine ganze Reihe weiterer Parameter online berechnet werden. Dazu zählen u.a. die Wirk-, Schein- und Blindleistung der Gesamtrotation sowie der Leistungsfaktor cos Phi des Gesamtaufbaus und auch jeweils pro Phase. Dabei werden erhebliche Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik gestellt: So beträgt die geforderte Abtastrate bis zu 4 MHz. Die Frequenzen der erfassten Signale reichen bis zu 100 kHz und darüber. Die Eingangsspannungen liegen bei bis 540 VDC (Spikes bis 900 V/s) und 115 bzw. 230 VAC bis 800 Hz. Die Kanalanzahl des Gesamtsystems, bestehend aus Messdatenerfassung und Ansteuerung, beträgt mehr als 120 Kanäle. Wichtig ist dabei die zeitsynchrone, präzise Erfassung aller relevanten elektrischen, mechanischen und hydraulischen Signale.

Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzen Unternehmen in der Luftfahrtindustrie auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler. Die Messtechnik von Labortechnik Tasler besticht dabei durch die geringste Signalverzerrung am Markt, was besonders bei gepulsten Hochspannungssignalen essentielle Grundlage für eine präzise Power Analyse ist.

Die speziell entwickelte Software-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem LTTsmart eine hoch performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.

Seitens der Luftfahrtindustrie wurden diverse am Markt verfügbare Systeme zur Leistungsmessung hinsichtlich Genauigkeit und Frequenzbereich evaluiert. Eine Hauptforderung war dabei die Möglichkeit der Verknüpfung der Leistungsdaten mit den sonstigen Prüfstandsdaten. Für den LTTsmart als Power Analyzer spricht auch die einfache Anbindung an die Hard- und Software anderer Anbieter, etwa von Gantner Instruments, Stiegele Datensysteme oder DASYLAB von measX. Der Power Analyzer garantiert, dass Messdaten, aber auch Konfigurationsdaten, konstant und online an die Prüfstandssteuerung übermittelt werden können. Somit ist die Nachvollziehbarkeit von Messungen gewährleistet.

Der LTTsmart Power Analyzer bietet universelle Einsatzmöglichkeiten und die Triggerung schneller Messabläufe (200ms-300ms) und kann auch stand-alone mit der LTTpro Software betrieben werden. Die Möglichkeit, die Berechnungsalgorithmen an die Kundenanforderungen anzupassen, hält das System flexibel.

Wir beantworten gerne Ihre Fragen!

Unser ADCstamp ist der ideale Baustein (AD-SystemOnModule) für alle Entwickler, die zum Beispiel für die Poweranalyse von E-Motoren schnelle Präzisions-Messeingänge in ein existierendes oder ein neues FPGA/CPU-Design einbinden müssen, ohne sich um die vielen Herausforderungen des analogen und digitalen Designs des Messkanals selbst kümmern zu müssen.

Die 2kV galvanische Trennung bietet Sicherheit in allen Hochvoltanwendungen. Klare Designvorschriften und FPGA Source-Code-Beispiele, sowie komplett ausgestattete FPGA-Starter-Kits, erlauben die Inbetriebnahme in wenigen Minuten.

Mit dem ADCstamp bieten wir jetzt allen Hardware-Entwicklern den direkten und einfachen Zugriff auf unsere hochstehende Technologie, die wir schon seit vielen Jahren in Form unserer eigenen Messgeräte erfolgreich vermarkten.

ADCstamp bietet Höchstpräzision auf engstem Raum:

• bis zu 4 MHz Abtastrate mit 24 Bit Auflösung
• hochpräzise Eingangsverstärker mit weniger als - 96 dB Rauschen und weniger als - 90 dB Verzerrung
• umschaltbare Messbereiche von ± 1 bis ± 1 500 V
• Single-Ended und Differential-Ended Messeingänge
• AC/DC-Coupling
• ICP (IEPE) Sensorspeisung
• DMS-Verstärker als Add-On-Platine
• umschaltbare Antialiazing-Filter
• 10 bis 16 V DC, 2 W Versorgungsspannung
• 2 kV galvanische Trennung, weniger als 10 pF Streukapazität
• 1,8 bis 3,3 V FPGA/CPU Interface. Verilog und VHDL Sources verfügbar
• I2C-Interface inklusive 8 kB Flash für Kalibrations- und Anwenderdaten
• Maße: 68,0 x 25,4 x 12,0 mm
• FPGA-Starter-Kits für den schnellen Einstieg oder auch als Herzstück einer eigenen Produktlinie: USB 3 Host Port
• USB 3 Device Port, Gigabit Ethernet, IEEE1588 (PTP)
• 2 x CAN, EtherCat, ToD, usw.

Die Vorteile des ADCstamp:

• integriert sich in ALLE vorhandenen Systemumgebungen
• extrem schneller Einstieg
• absolut perfekte Messtechnik
• die Entwickler können sich auf andere Aufgaben fokussieren
• flexibel verwendbar in immer anderen Designaufgaben
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• Prüfstandbauer
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Auch unsere Kunden und die Experten in der Messtechnikbranche sind überzeugt: Unser ADCstamp wurde auf der "messweb masters 2024" mit dem Award in der Kategorie "Messtechnik" ausgezeichnet.

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Um diese hohen Qualitätsansprüche zu gewährleisten, werden die Servo-Aktuatoren an den Prüfständen im Technical Support Center von WITTENSTEIN auf Herz und Nieren geprüft. Dazu gehört auch die automatisierte Vermessung von S1-Dauerbetriebskennlinien (Drehzahl-/ Drehmomentkennlinien). Dabei werden auf dem Prüfstand verschiedene Betriebszustände im Kennlinienfeld angefahren. Neben der Messung der mechanischen Größen erfolgt auch eine elektrische Leistungsmessung für die Ermittlung relevanter Parameter wie z.B. Leistung, Wirkungsgrad, Power-Faktor, Oberwellenanalyse usw.

Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzt WITTENSTEIN auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler.

Die speziell entwickelte Messsoftware-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem Präzisionsmessgerät LTTsmart eine hoch performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten (Effektivwerte, Blind/Schein/Wirkleistungen, Leistungsfaktoren, Drehzahl, Wirkungsgrad,…) werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.

Dazu berichtet Jan Feselmeier, Versuchsingenieur bei WITTENSTEIN:

„Bei der Auswahl des LTTsmart Power Analyzer war für uns, neben den hohen Anforderungen an die Präzision und Messrate, vor allem auch eine möglichst einfache Integration in die bestehende Prüfstandsarchitektur ausschlaggebend. Dabei hat sich die bereits erprobte Zusammenarbeit zwischen Labortechnik Tasler und unserem langjährigen Partner Stiegele Datensysteme als äußerst hilfreich erwiesen.“

Die pulsbreitenmodulierte Ansteuerung von Elektromotoren (PWM) ist eine Technik, bei der die Breite der Spannungspulse, die an den Motor geliefert werden, moduliert wird.

Durch die Veränderung der Dauer jedes "EIN"-Pulses im Vergleich zur Gesamtdauer des Zyklus (EIN + AUS) kann man effektiv die durchschnittliche Spannung steuern, die dem Motor zugeführt wird.

Besonders interessant sind die Fähigkeiten des LTTsmart bei der PWM-Ansteuerung von Elektroantrieben. Die Physik dahinter passiert in den steilen Schaltflanken, in denen der LTTsmart ausreichend Messwerte erfasst, um alle Leistungskennzahlen präzise zu ermitteln. Durch die Kombination von Hochvolt-Kanälen einerseits und hoher Auflösung von 24 Bit und hoher Abtastrate von bis zu 4 MHz pro Kanal andererseits bietet sich der LTTsmart Leistungsmesser für präzise und schnelle #Messanforderungen perfekt an.

Wenn Sie also Elektromotoren steuern möchten, ist die pulsbreitenmodulierte Ansteuerung eine leistungsstarke Methode, um die Motorleistung effizient zu regeln.

Anwendungsbericht zur Thematik: https://www.tasler.de/anwendungen/einsatzgebiete-fuer-ltt-messtechnik/einsatzgebiet-emobilitaet/