{"id":65640,"date":"2020-03-23T14:12:15","date_gmt":"2020-03-23T14:12:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/gefangen-im-eis\/"},"modified":"2024-06-13T12:29:30","modified_gmt":"2024-06-13T12:29:30","slug":"gefangen-im-eis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/de\/blog\/gefangen-im-eis\/","title":{"rendered":"Gefangen im Eis"},"content":{"rendered":"\n

MOSAiC – Multidisziplin\u00e4res driftendes Observatorium zur Erforschung des arktischen Klimas<\/h2>\n\n

Im September 2019 sticht der deutsche Forschungseisbrecher Polarstern vom norwegischen Troms\u00f8 aus in See, um ein Jahr lang durch den Arktischen Ozean zu treiben – gefangen im Eis. Im Meereis festzusitzen ist normalerweise das Letzte, was Schiffe tun wollen. Doch der deutsche Eisbrecher wird ein Jahr lang im arktischen Eis gefangen sein. So k\u00f6nnen Polarforscher den polaren Winter erforschen, w\u00e4hrend die Polarstern eine unbekannte Reise auf den Meeresstr\u00f6mungen unternimmt. <\/p>\n\n

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Ziel der MOSAiC-Expedition ist es, die Arktis als Epizentrum der globalen Erw\u00e4rmung so genau wie nie zuvor zu untersuchen und grundlegende Erkenntnisse zu gewinnen, die f\u00fcr ein besseres Verst\u00e4ndnis des globalen Klimawandels entscheidend sind. Mehr als 70 Forschungseinrichtungen aus 20 L\u00e4ndern sind an der Expedition beteiligt. Auf den Spuren von Fridtjof Nansens bahnbrechender Expedition mit seinem h\u00f6lzernen Segelschiff Fram in den Jahren 1893-1896 wird die MOSAiC-Expedition einen modernen Forschungseisbrecher f\u00fcr ein ganzes Jahr in die N\u00e4he des Nordpols bringen, zum ersten Mal auch im polaren Winter. <\/p>\n<\/div>

\"polarstern-schiff\"<\/figure><\/div>\n\n

An Bord der Polarstern befindet sich ein Datenerfassungssystem von GANTNER INSTRUMENTS zur Messung der Lasten auf die Stahlstruktur des Schiffes. Die Messdaten sollen zu einem besseren Verst\u00e4ndnis der Anforderungen an die Eisbest\u00e4ndigkeit f\u00fchren, um zuk\u00fcnftige Eisbrecherschiffe zu optimieren. <\/p>\n\n

Eisbedingte Lasten auf Eisbrechern verstehen<\/h2>\n\n
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Selbst f\u00fcr die zuverl\u00e4ssige Polarstern und ihre sehr erfahrene Besatzung stellt die MOSAiC-Expedition eine gro\u00dfe Herausforderung dar. Das Vorhandensein von Meereis ist der Hauptfaktor, der derartige Expeditionen in der Arktis behindert. Meereis ist ein komplexes Material, das beim Kontakt mit Schiffen hohe Dr\u00fccke erzeugt. Forscher des Instituts f\u00fcr Schiffbaukonstruktion und -analyse der Technischen Universit\u00e4t Hamburg-Harburg (TUHH<\/a> ) nehmen am MOSAiC-Programm teil, um ein besseres Verst\u00e4ndnis der Anforderungen an die Eisbest\u00e4ndigkeit zu erlangen und die Konstruktion k\u00fcnftiger eisbrechender Schiffe zu optimieren. <\/p>\n<\/div>

\"Natur<\/figure><\/div>\n\n

System zur \u00dcberwachung von Dehnung <\/h2>\n\n

Im Inneren der Polarstern wurde ein Dehnungs\u00fcberwachungssystem installiert, bei dem ein Datenerfassungssystem der Q.series X<\/a> von Gantner Instruments zur langfristigen Messung der auf die Stahlstruktur des Schiffes wirkenden Belastungen im Eis eingesetzt wird. Das Datenerfassungssystem erfasst kontinuierlich Daten von 36 Dehnungsmessstreifen (DMS), die an der Rumpfstruktur des Eisbrechers installiert sind. Die Scherdehnung wird mit vier aktiven Dehnungsmessstreifen in einer Vollbr\u00fcckenkonfiguration gemessen, w\u00e4hrend die lineare Dehnung ebenfalls mit einer Vollbr\u00fcckenkonfiguration gemessen wird, jedoch mit zwei aktiven und zwei passiven Dehnungsmessstreifen zur Temperaturkompensation. Die Dehnungsmessstreifen-Sensoren sind mit einem Q.bloxx XL A116-I\/O-Modul<\/a> verdrahtet, das eine genaue, driftarme Signalaufbereitung erm\u00f6glicht. Der Q.bloxx XL A116 verf\u00fcgt \u00fcber acht Eingangskan\u00e4le f\u00fcr Voll-, Halb- und Viertelbr\u00fccken-Dehnungsmessstreifen. Jeder Kanal ist individuell konfigurierbar und verf\u00fcgt \u00fcber vorgefertigte Signalkonditionierungsfunktionen wie Linearisierung, Filterung, Shunt-Kalibrierung und Leitungsdrahtkompensation. <\/p>\n\n

In-Situ-Messdaten sind wertvoll<\/h2>\n\n
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Die MOSAiC-Expedition bietet eine einmalige Gelegenheit, wertvolle Daten vor Ort zu sammeln, um ein umfassendes Verst\u00e4ndnis der eisbedingten Belastung der Schiffsstruktur zu erhalten. Ausschlaggebend f\u00fcr die Wahl der Q.series X<\/a> ist ihre F\u00e4higkeit, eine zuverl\u00e4ssige Langzeit- und Stand-Alone-Datenerfassung ohne angeschlossenen PC durchzuf\u00fchren. Da es keine aktive Datenverbindung von der Polarstern zum Festland gibt, werden die Daten auf einem USB-Flash-Laufwerk gespeichert und bei jedem Wechsel der Besatzung von Hand an Land getragen. Das USB-Flash-Laufwerk ist an einen Q.station X<\/a> Hochleistungs Edge Controller angeschlossen, der kontinuierlich Datendateien auf das Flash-Laufwerk schreibt. Jedes Mal, wenn das Personal ein volles USB-Laufwerk ersetzt, werden alle Zwischenmessdaten gepuffert und dann auf das neue USB-Laufwerk \u00fcbertragen. Es geht kein Datenmuster verloren. Redundante Messdaten werden parallel auf ein zweites USB-Laufwerk geschrieben. <\/p>\n<\/div>

\"Dehnung<\/figure><\/div>\n\n
\"Blick<\/figure>
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Mit der Q.station X k\u00f6nnen verschiedene Datenreduzierungstechniken angewendet werden, um die Messdaten zu reduzieren und dennoch dieselben Analyseergebnisse zu erzielen. Das Dehnungs-Monitoring-System tastet mit einer Frequenz von 1000 Hz ab, aber die Daten werden mit einer Abtastrate von nur 1 Hz auf die USB-Laufwerke geschrieben, um den ben\u00f6tigten Speicherplatz zu minimieren. Neben der Erfassung des aktuellen Messwerts werden auch Mittelwert, Standardabweichung und Min\/Max-Werte berechnet und auf der Festplatte gespeichert. Wenn das \u00dcberwachungssystem eine pl\u00f6tzliche \u00c4nderung der auf die Struktur wirkenden eisbedingten Belastung feststellt, wird ein ereignisbasierter Logger ausgel\u00f6st, der Dehnungsdaten rund um dieses Ereignis mit einer h\u00f6heren Abtastrate aufzeichnet. Diese hochaufl\u00f6senden Daten werden dann in einer separaten Datei f\u00fcr eine schnelle und effiziente Analyse gespeichert. <\/p>\n<\/div><\/div>\n\n

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), die im Schrank installiert ist, gew\u00e4hrleistet die Datenkontinuit\u00e4t w\u00e4hrend eines vor\u00fcbergehenden Stromausfalls. Im Falle eines dauerhaften Stromausfalls sendet die USV einen Trigger an die Q.station X, wenn deren Batterie schwach wird. Die Datenerfassung wird dann gestoppt und alle Schreibvorg\u00e4nge auf die USB-Flash-Laufwerke werden beendet, ohne dass es zu einer Datenbesch\u00e4digung kommt. Wenn die Stromversorgung wiederhergestellt ist, startet das \u00dcberwachungssystem automatisch und setzt die Messungen dort fort, wo es aufgeh\u00f6rt hat. <\/p>\n\n

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Bild: Alfred-Wegener-Institut \/ Sebastian Grote (CC-BY 4.0)<\/figcaption><\/figure>\n\n

Das System zur \u00dcberwachung der Dehnung ist nun schon seit einigen Monaten in Betrieb. Mit dem ersten Crewwechsel wird ein erster Datensatz erfolgreich an die TUHH in Hamburg \u00fcbertragen. Die Q.series X hat sich erneut als zuverl\u00e4ssige Datenerfassungsl\u00f6sung f\u00fcr Langzeit\u00fcberwachungsanwendungen bew\u00e4hrt, selbst wenn sie im Eis gefangen ist. <\/p>\n\n\"St\u00fcndlich<\/a><\/span>