Datenlogger für Transportüberwachung – Schäden vermeiden, Güter schützen

Eine der wichtigsten Fragen überhaupt. Wenn ein über Wochen dauernder Transport mit einem Lkw über einen holprigen Landweg überwacht werden muss oder wenn Seefracht über Monate hinweg begleitet werden soll, ist eine deutlich höhere Speicherkapazität erforderlich als bei einem kurzen Luftfrachttransport.

Die erreichbare Aufzeichnungsdauer eines Datenloggers ergibt sich aus dessen Speicherkapazität und der eingestellten Messerate.

Berechnungsbeispiel Aufzeichnungsdauer bei einer Klima-Messung

Um die Aufzeichnungsdauer einer Klimamessung (Temperatur, relative Feuchte, Luftdruck) zu bestimmen, wird die Speicherkapazität (Anzahl Messwerte des Datenloggers) durch die Messrate geteilt.

Annahme: Ein Temperatur-Datenlogger verfügt über eine Speicherkapazität von 2 Mio. Messwerten. Wenn pro Minute zweimal die Temperaturwerte gemessen und gespeichert werden, reicht die Speicherkapazität des Loggers für bis zu 2 Jahre.

2’000’000 Messwerte / (2 Messwerte ∙  60 Min .∙ 24 Std.) = 694 Tage

Speicherung von Schock-Ereignissen

Datenlogger unterscheiden sich bei der Datenspeicherung. Deshalb kann für die Berechnung der Aufzeichnungsdauer bei Schock-Ereignissen keine allgemein gültige Formel erstellt werden. Im Schockmodus ist die Anzahl aufgezeichneter Ereignisse abhängig von der Länge der Schockereignisse sowie von der Speicherkapazität und des Speichermodus des Datenloggers. Nachfolgend vergleichen wir die MSR Datenlogger auf einer *Tabelle:

Diese Frage ist wichtig, weil jedes Objekt spezifisch auf die auf es einwirkende Beanspruchung reagiert. Die auf ein Transportgut wirkende Beanspruchung ist direkt abhängig vom Gut selber. Wird beispielsweise ein empfindliches medizinisches Präzisionsgerät transportiert, sind bereits geringe Stösse kritisch, während beim Transport von Werkzeugmaschinen die Schwelle höher liegt. Damit ein Stoss kritisch wird, muss er im Stossereigniss eine bestimmte Mindestbeschleunigung und eine Mindestzeitdauer aufweisen. Was für ein Transportgut kritisch ist, ist für jedes Transportgut unterschiedlich und hängt von seinem jeweiligen Zustand ab.

Grundsätzlich gilt, dass die mechanische Beanspruchung und die tatsächliche Wirkung auf das Objekt mit Beschleunigungssensoren währen der realen (Transport-)Belastung experimentell ermittelt werden sollten.

Wird die zu überwachende Fracht auf der Schiene, auf der Strasse, auf dem Wasser oder in der Luft transportiert? Je nach Transportmittel wirken unterschiedliche Beschleunigungen auf ein Frachtgut ein. Wenn ein über Wochen dauernder Transport mit einem Lkw über einen holprigen Landweg überwacht werden muss oder wenn Seefracht über Monate hinweg begleitet werden soll, ist eine deutlich höhere Speicherkapazität erforderlich als bei einem kurzen Luftfrachttransport.

Damit der mitgeführte Datenlogger das Lastvielfache aussagekräftig dokumentieren kann, muss ein Sensor mit entsprechendem Messbereich gewählt werden. Der Messbereich bezeichnet die maximal erfassbaren Werte (z.B. ±15 g oder ±200 g). Stossbelastungen werden als das Vielfache der Erdbeschleunigung (g = 9,81 [m/s²]) angegeben.

Für die Überwachung von Palettversänden beispielsweise, also für die Messung von leichten Stössen, ist ein Sensor ±15 g meist ausreichend. Für intensivere Stösse, wie sie beim Ab-/Umlad auf einen Lkw oder beim Schiffstransport vorkommen, wird im Allgemeinen ein Datenlogger mit einem ±200 g-Sensor und einer hohen Messrate empfohlen, um Schocks in einer grösseren Auflösung zu erfassen. Als Mess bzw. Abtastrate wird die Anzahl der g-Wert-Messungen je Zeiteinheit (meist je Sekunde – Einheit Hz) bezeichnet. Durch die Messrate wird die Genauigkeit in der Erfassung des Beschleunigungsereignisses vorbestimmt.

Um Transportbelastungen präzise erfassen zu können, hat sich gezeigt, dass man mittels Datenlogger deutlich über 1’0000mal pro Sekunde aufzeichnen sollte, um die g-Wert-Verläufe gut abbilden zu können. Grundsätzlich gilt: Je höher die Messrate, desto genauer werden der tatsächliche Verlauf und die Spitzenwerte abgebildet. Das Ganze natürlich in drei geometrischen Raum-Achsen (x, y, z), um Beschleunigungswerte in alle Richtungen zu gewinnen.

Diese Frage hängt mit den vorgehenden Fragen nach Art der Güter, der Zeitdauer des Transports und dem Transportmittel zusammen. Entsprechend muss ein Datenlogger gewählt werden, der über eine genügend hohe Speicherkapazität verfügt, damit ihm kein kritischer Stoss entgeht. Nur so kann gewährleistet werden, dass die Messdaten überhaupt aussagekräftig sind. Nachfolgend vergleichen wir die MSR Datenlogger auf einer *Tabelle:

1) Schockerfassung gleichzeitig mit ±15 g und ±200 g.

2) Typische Schocklänge 200 ms bei maximaler Abtastrate.

3) Mit GPS bis 55 Tage, ohne GPS bis 1,5 Jahre.

Zusätzliche Aufzeichnungen wie Klimawerte (Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck, Licht) reduzieren die Messdauer.

Weiterführende Informationen finden Sie in unserem Grundlagenpapier zu Beschleunigungsmessungen. 

*Tabelle Stand März 2023, Änderungen und/oder Irrtum vorbehalten.

Ein spezielles Augenmerk muss bei der Wahl eines Datenloggers auf die Auswerte-Software gelegt werden. Eine Auswerte-Software muss in der Lage sein, Millionen von Daten rasch zu verarbeiten. Das Ermitteln relevanter Schockereignisse muss einfach und schnell gelingen, und die Datenkurven bzw. Messpunkte jedes einzelnen Schocks müssen sich untersuchen und exportieren lassen können.

Bei einem Stoss reicht beispielsweise die Kenntnis des Spitzenwertes für die Beschleunigung oft nicht aus, vielmehr ist die zugehörige Dauer des Stosses ebenso relevant, da sich hieraus die Intensität des Stosses direkt oder im Vergleich zu weiteren Stössen am Objekt ermitteln lässt. Zwei Stösse mit gleicher Intensität können unterschiedliche Auswirkungen auf das Objekt haben, da immer auch die absoluten Werte für Stossdauer und Beschleunigung die Auswirkung am Objekt bestimmen.

In der mit den Beschleunigungs-Datenloggern MSR165, MSR175 und MSR175plus mitgelieferten MSR ShockViewer Software besteht die Möglichkeit, mit Hilfe der Werte für Intensitiy (IoT) und Impulszeit (Tot) Schockereignisse zu filtern, um sich auf die gravierendsten Ereignisse in der Analyse zu konzentriere. möglich. Ebenfalls lassen sich Spektralanalyse-Daten eines ausgewählten Schock-Ereignisses wahlweise in einer Tabelle oder in einem Diagramm anzeigen und exportieren. Mehrere Arten von Spektralanalysen (z.B. Magnitude, Power Spec u.v.m) sowie mehrere Arten von Gewichtungsfenstern (z.B. Rectangle, Gauss, Hamming u.v.m.) stehen zur Verfügung.

Als Abtast- bzw. Messrate wird die Anzahl der g-Wert-Messungen je Zeiteinheit (meist je Sekunde – Einheit Hz) bezeichnet. Durch die Messrate wird die Genauigkeit in der Erfassung des Beschleunigungsereignisses vorbestimmt. Je höher die Messrate ist, desto feiner kann der tatsächliche Verlauf eines Beschleunigungsereignisses aufgelöst werden. Um Transportbelastungen präzise erfassen zu können, hat sich gezeigt, dass man mit einem Datenlogger deutlich über 10000mal pro Sekunde aufzeichnen sollte, um die g-Wert-Verläufe gut abbilden zu können. Das Ganze natürlich in drei geometrischen Raum-Achsen (x, y, z), um Beschleunigungswerte in alle Richtungen zu gewinnen.

Nachteilig ist bei hohen Messraten, dass es zu einem sehr hohen Datenaufkommen kommt, so dass gegebenenfalls schnell die Speicher- und Leistungsgrenzen des Loggers erreicht sind. Die kontinuierliche Messung und Verarbeitung resp. Speicherung der Daten bringt zudem einen hohen Stromverbrauch mit sich, was die mobilen Einsatzzeiten des Loggers begrenzt. Mit einer ereignisbasierten Messung lassen sich gezielt Stösse aufzeichnen, die eine kritische Zeitdauer und/oder Stärke überschreiten. Dies bietet nebst der besseren Übersichtlichkeit bei Langzeitmessungen weiter den Vorteil, dass nur relevante Ereignisse aufgezeichnet werden und somit Energie und Speicherkapazität effektiver genutzt werden.

Schwellwerte setzen

Wenn nicht kurzfristige Stossanalysen im Fokus der Messaufgabe stehen, sondern Langzeitüberwachungen, lassen sich mit dem Setzen von Schwellwerten gezielt Stösse aufzeichnen, die einen bestimmten voreingestellten g-Wert (Threshold) und eine Mindest-Stossdauer (ToT) überschreiten. Dieses Vorgehen spart Speicherkapazität, da nur relevante Ereignisse gespeichert werden. Hierbei ist es sinnvoll, einige zeitlich vor und nach dem Ereignis liegende g-Werte ebenfalls mit abzuspeichern, um die Daten für das gesamte Ereignis auswerten zu können. Bei MSR Transport-Datenloggern werden 32 Messpunkte pro Achse vor dem Ereignis und 100 Messpunkte pro Achse nach dem Ereignis automatisch gespeichert.

Angaben zu den MSR Transport-Datenloggern