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Einleitung

Monitoring-Systeme werden für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt und es können abhängig von der Signalverarbeitung unterschiedliche Informationen abgeleitet werden. So kommen Monitoring-Systeme zum Beispiel für klassische Betriebsfestigkeitsanalysen und für die Überwachung von permanent angeregten Strukturen (Condition Monitoring) oder statischer Strukturen (Structural Health Monitoring) zum Einsatz. Gerade im Sport-Bereich werden hohe Ansprüche an solche Systeme bezüglich Robustheit, Kompaktheit, Gewicht und kostengünstiger Realisierung gestellt. Zudem bietet ein geeignetes Konzept die Realisierung weiterer, beispielsweise ergometrischer Funktionen. Im vorliegenden Fall  wurde ein Monitoring-System für ein CFK-Leichtbau-Paddel konzipiert und umgesetzt.

Konzeption und Umsetzung

Zunächst wurde eine Referenzmessung durchgeführt bei der ein Paddel mit sieben DMS instrumentiert wurde. Die Beanspruchung wurde unter verschiedenen Bedingungen mit einem kommerziellen System gemessen. Basierend auf den Ergebnissen wurde ein reduziertes Konzept entwickelt, welches unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen wie Gewicht und Wasserresistenz  beim Kajakfahren umgesetzt wurde. Das Gesamtsystem besteht aus Sensoren (piezoelektrischen Flächenwandlern), einer zentralen Elektronik zur Erfassung der Betriebslasten und einem Smartphone als User-Frontend.  Das Messkonzept  ist für Langzeitmessung geeignet,  wobei eine Klassifizierung der Beanspruchung  zur Datenreduktion in Echtzeit erfolgt. Es kann sowohl autark, d.h. ohne User-Frontend betrieben werden und kommt in diesem Fall auf ein Gesamtgewicht von lediglich 180g, als optional auch mit User-Frontend zur Online-Darstellung der Zeitdaten und Signal-Klassifizierung betrieben werden. Mit der im Feldversuch gemessenen Beanspruchung lassen sich anschließend Prüfungen im Labor realisieren, die diese Beanspruchung im Dauerversuch nachstellen.

Fazit

Mithilfe des entwickelten Systems lassen sich reale Beanspruchungen am Kajak-Paddel  im Feldversuch kostengünstig und ohne Einschränkungen dem Benutzer gegenüber aufzeichnen. Das kompakte, batteriebetriebene System ermöglicht zudem die Implementierung weiterer ergometrischer Funktionen. Durch den modularen Aufbau der Elektronik und durch die Verwendung eines Rapid-Prototyping-Gehäuses lässt sich das Konzept flexibel erweitern und auf andere Anwendungen übertragen. Somit kann das System auch für klassische Betriebsfestigkeitsanalysen, für Condition Monitoring oder Structural Health Monitoring eingesetzt werden. Optional können die aufgezeichneten Daten über eine drahtlose Kommunikation auf einem Smartphone oder Tablet-PC in Echtzeit dargestellt werden.