Messdaten aus dem Flugzeugsitz - Funk-Datenlogger im Einsatz für Lantal Textiles AG

Bekannt sind Mini-Datenlogger vor allem für den Einsatz zur Maschinen-, Anlagen- oder Transport-Überwachung. Doch auch bei anderen Anwendungen können Datenlogger mit grossem Nutzen verwendet werden, wie zum Beispiel bei der Entwicklung neuer Generationen von Flugzeugsitzkomponenten.

Flugzeugsitze müssen zum einen für den Menschen sehr bequem sein, pflegeleicht mit hoher Qualität sowie mechanisch stabil. Ein wichtiger Punkt kommt aber noch hinzu: Sie müssen auch noch sehr leicht sein, denn jedes Kilogramm mehr an Masse bedeutet höhere Betriebskosten durch grösseren Kerosinverbrauch und damit einen höheren CO2-Ausstoß. Alle Sitzhersteller in der Flugzeug-Industrie sind deshalb stark daran interessiert, sowohl die ergonomischen Aspekte zu optimieren, aber auch das Gewicht der Sitze weiter zu senken.

Grosse Gewichtseinsparung erzielbar

Seit langem in diesem Sektor tätig ist die Schweizer Firma Lantal Textiles AG. Lantal ist führend in Design, Herstellung und Vermarktung von Textilien und Dienstleistungen für den internationalen Luft-, Bus- und Bahnverkehr. Die Firma hat vor einigen Jahren ihr so genanntes "Pneumatisches Komfortsystem" entwickelt. Dessen Prinzip: Luftgefüllte Kissen ersetzen die herkömmliche Schaumpolsterung. Dies sorgt für erhöhten adaptiven Komfort und ein reduziertes Sitzgewicht: Pro Business-Class-Sitz lassen sich rund 1,5 bis 3 kg und pro First-Class-Sitz etwa 3 bis 5 kg an herkömmlicher Polyurethan-Polsterung einsparen, bei erweitertem Funktionsumfang.

Durch die Luftkammern verteilt sich der Druck optimal, auch kann der Fluggast den Härtegrad persönlich anpassen. Sowohl in der Sitz- wie auch in der Liege-Position passt sich das luftgefüllte Kissen automatisch den gewünschten Verhältnissen an - das sind nicht zuletzt Marketing-Argumente für die Luftfahrt-Gesellschaften. Dazu ist natürlich eine ausgefeilte Druckregelung nötig, welche ausserdem durch entsprechende Pumpen und Ventile diese "Komfort-Verhältnisse" für den Passagier trotz des sich ändernden Kabinendrucks beibehält. Das pneumatische Komfortsystem sollte vollkommen wartungsfrei arbeiten, die Arbeitsweise der Kissen sollte also während der gesamten Lebensdauer unverändert bleiben. Zum Einsatz kommen die Flugzeugsitze dieser Bauarten mittlerweile bei einer Vielzahl internationaler Luftfahrtgesellschaften, dort überwiegend in den Kabinen der First- und Business-Class.

Mini-Logger untersuchen die Pneumatik-Regelungstechnik

Für die Weiterentwicklung und für Langzeittests der damit verbundenen pneumatischen Regelungstechnik nutzt das Schweizer Unternehmen die Funk-Datenlogger MSR145WD der ebenfalls in der Schweiz beheimateten MSR Electronics GmbH. Diese daumengrossen Mini-Datenlogger können mit internen Sensoren in frei einstellbaren Abtastintervallen die Parameter Temperatur, Feuchte, Druck, Lichtintensität und Beschleunigung/Lage erfassen und aufzeichnen. Als Anzeigefläche für Parameterverläufe dient ein OLED-Farbdisplay. Gespeist werden diese Logger durch hochkapazitive Akkus, sie besitzen Aufzeichnungs-Platz für rund 1 Million Speicherwerte, die einerseits via USB, andererseits aber auch drahtlos über den Funkstandard Bluetooth Low Energy ausgelesen werden können. Letztgenannte Übertragungsmöglichkeit nutzt die Firma Lantal aus, um am Prüfstand mit den kleinen Datenloggern die Druckverhältnisse in den pneumatischen Kissen zu überprüfen. Das Unternehmen setzt ein gutes Dutzend dieser Logger in den Entwicklungslabors ein.

Ein Logger der Serie MSR145WD, eingebaut für Testzwecke in ein Sitz-Luftkissen (hier ohne Überzug). Die Druckwerte werden via BLE nach außen übertragen. Ein Kissen eines realen Passagier-Sitzes ist zusätzlich in einen "Fireblocker" verpackt und hat darüber noch Airline-typische Bezüge - für den Fluggast ist das Kissen also nicht sichtbar.

Kabinen-Innendruck-Diagramm bei einem Flug von Zürich nach Los Angeles.
Während des Reiseflugs in großen Höhen wird der Kabinendruck stark abgesenkt.
Die Druck-Unterschiede betragen immerhin 220 mbar. Dementsprechend muss
auch der Druck in den Sitzpolstern nachgeregelt werden. 

Druckwerte präzise aufzeichnen

Bei entsprechenden Versuchen ist übrigens auch der Flugzeug-Kabinen-Innendruck zu berücksichtigen, da der Luftdruck in den Kissen ja entsprechend dem sich während des Starts und der Landung sowie des Reiseflugs verändernden Umgebungs-Luftdruck nachgeregelt werden muss. Wichtig ist bei der Weiterentwicklung der gesamten Pneumatik, der Elektronik und der zugehörigen Regelungstechnik vor allem, dass die Druck-Werte in den Kissen zusammen mit der Temperatur mit hoher Auflösung erfasst werden können, und zwar durch die internen Sensoren im Bereich von 10 bis 2000 mbar mit einer Messgenauigkeit von ±2 mbar. Der durchschnittliche Kabinen-Innendruck während eines Transatlantik-Fluges beträgt etwa 900 mbar - er wird während des Reisefluges in grossen Höhen stark abgesenkt, bis herab auf ca. 780 mbar - die Druck-Unterschiede betragen also immerhin über 230 mbar, denn der Normaldruck auf der Erdoberfläche liegt bei durchschnittlich 1013 mbar. Entsprechend diesen Druck-Unterschieden ist der Innendruck in den Sitzkissen nachzuregeln, was mit den Loggern auf dem Prüfstand getestet wird. Dazu sind auch die relative Feuchte von 0 bis 100% und die 3-Achsen-Beschleunigung im Bereich von ±15 g weitere Parameter, die für Versuche dieser Art von Interesse sind. Durchgeführt werden in diesem Zusammenhang auch Crash-Tests mit MSR-Loggern; dabei werden mit sehr hohen Abtastraten sämtliche Druckwerte sowie auch die anderen mit den Loggern speicherbaren physikalischen Parameter mitgeschrieben. Die kleinen Logger überstehen dank ihrer mechanischen Robustheit selbst diese "harten" Versuchsreihen ohne mechanische oder elektrische Schäden. Die Logger können dank ihrer Robustheit auch unter sehr ungünstigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise auch in der Transport- und Logistik-Industrie, der Automobil-Entwicklung und in allen unterschiedlichen Anwendungsbereichen des Maschinen- und Anlagenbaus verwendet werden, denn sie sind für den Temperaturbereich von -20°C bis +65°C spezifiziert.

Daten via Bluetooth und Mobilnetz auch in die Cloud

Das Auslesen der Parameter erfolgt bei den Lantal-Tests entweder drahtlos über Bluetooth Low Energy (BLE) oder - je nach Versuchsanordnung - drahtgebunden via USB. Überhaupt ist die Nahbereichs-Funktechnik BLE ein Vorteil für Anwendungen, bei denen Messdaten von schwer zugänglichen Stellen überwacht werden müssen, wie z.B. in anderen Industriesektoren von drehenden Maschinenelementen aus. Der Funk-Standard BLE ermöglicht dem Anwender eine ortsunabhängige Datenübermittlung und -aufzeichnung im 20-m-Radius.

Um örtlich noch unabhängiger zu sein und sogar die Messwerte weltweit auslesen zu können, hat MSR Electronics eine eigene Cloud-Applikation entwickelt: Die vom Datenlogger via Bluetooth zu einem in der Nähe angeordneten Mobilfunk-Interface gesendeten Messwerte werden von diesem Mobilfunk-Gateway in die MSR SmartCloud gesendet, wo sie von beliebigen Orten der Welt passwortgeschützt auch wieder abrufbar sind. Mittels der Smartphone App "MSR DataLogger" können die Datenaufzeichnungen jederzeit gestartet, gestoppt, ausgelesen und an die MSR SmartCloud gesendet werden. Verfügbar in diesem Cloud-System ist auch eine Alarm-Funktion.

Die Mini-Datenlogger zeigen also mit dieser Anwendung in der Luftfahrt-Technik, dass sie in sehr vielfältigen messtechnischen Applikationen, die über die Maschinen- und Transportüberwachung oder die Logistik hinausgehen, nutzbar sind - auch die Labor- und Prüfstands-Messtechnik sind Einsatzbereiche. Und ähnliche Logger sind auch bereits bei Raumflügen zur Aufzeichnung mechanischer Belastungen im Einsatz.

 

Produktübersicht MSR145WD

 

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