Die Historie der Lufft-Straßensensorik, gebloggt von Klaus Hirzel: Der erste passive Fahrbahnsensor von Lufft hieß IRS20. Gefolgt von dem IRS21. Dann kam der IRS31. Und in diesem Herbst führen wir den IRS31Pro weltweit in die Märkte ein. Mehr dazu in diesem Blog!

 Qualität ist nie so gut, als dass wir diese nicht noch verbessern können

Als sich Lufft Mitte der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts entschloss, Wetterstationen für Verkehrsanwendungen zu entwickeln, waren wir nicht der Erste. Es gab bereits einige wenige Anbieter am Markt. Verkehrsmeteorologische Systeme sind nichts anderes als hochpräzise Wetterstationen, die in dieser Form auch weltweit von den Meteorologen installiert werden und zur Wettervorhersage (Forecast, Nowcast) genutzt werden. Häufig unterstützen die meteorologischen Experten die Standortwahl dieser „Glättemeldeanlagen“, typischerweise entlang der Autobahnen.

Die wesentliche Unterscheidung zu einer meteorologischen Anlage besteht darin, dass Zustände auf den Fahrbahnen/Landebahnen von Flughäfen gemessen werden. Eine weitere wichtige Unterscheidung ist, dass Verkehrswetter für die Niederschlagsmessung andere Sensorik benötigt als die klassische Meteorologie. Darauf soll in diesem Beitrag nicht weiter eingegangen werden.

Die „Eintrittskarte“ in die Verkehrsmeteorologie sind somit spezielle Sensoren, die in der klassischen Wettererfassung nicht verwendet werden. Die Experten unterscheiden heute „invasive“ Sensoren (die in die Fahrbahn eingebaut werden) und „nicht-invasive“ Sensoren, die berührungslos messen.

Die Entwicklung des ersten Lufft-Straßensensors:

Lufft hatte bereits 6 Jahre Erfahrung im weltweiten Aufbau von agrarmeteorologischen Wetterstationen, als wir mit der Entwicklung von Verkehrswetter-Anlagen begannen. Als die Hersteller von Fahrbahnsensoren (damals gab es nur invasive Sensorik) es ablehnten, ihre Produkte an uns zu liefern, begann die Entwicklung eigener  Sensoren mit damals ungeahnten Ausmaßen.

Wir waren gewohnt, eine Entwicklung zu beginnen, mit mehr oder weniger verlässlichen Entwicklungszeiten zu planen und die Entwicklung abzuschließen. Nach einer gewissen Reifezeit waren kleinere Restfehler eliminiert und das reife Produkt wurde einige Jahre verkauft, bis der Produktlebenszyklus zu Ende war und ein Nachfolgeprodukte entwickelt wurde.

Der erste passive Fahrbahnsensor von Lufft hieß IRS20. Gefolgt von dem IRS21. Dann kam der IRS31. Und in diesem Herbst führen wir den IRS31Pro weltweit in die Märkte ein.

Die Namensgebung zeigt, dass die Produkte von der Erfahrung der vorherigen Entwicklungen profitieren. Neben den verschiedenen Generationen dieser passiven Sensoren verfügt Lufft heute über aktive Fahrbahnsensoren, über Temperatursensoren für Fahrbahnen, über berührungslose Sensoren, mobil und stationär. Solche Produktfamilien entstehen durch unsere Kunden, die mit ständig erweiterten Anforderungen auf uns zukommen. Es gibt keine bessere Basis für Produktentwicklungen, als Kunden zuzuhören und deren Wünsche in innovative Produkte umzusetzen.

Bereits der erste Fahrbahnsensor IRS20 hatte viele Anforderungen zu erfüllen: Oberflächen- und Tiefentemperatur(en) messen, Fahrbahnzustand und Streueinsätze detektieren, Wasserfilm anzeigen.  Mittels Leitfähigkeitsmessung kann Salz festgestellt werden. Problematisch ist allerdings, mit diesem Verfahren auch den Wasserfilm zu messen, da das Salz den Messwert extrem verfälscht. Abgeleitet von den „Rohwerten“ (Temperatur, Salzgehalt, Nässe) entstand damit im IRS20 (ein intelligenter Sensor mi t eingebautem Mikroprozessor) ein Fahrbahnzustandsmodell, mit dem die Zustände wie trocken, feucht, naß, kritisch usw. errechnet wurden.

Ein wichtiges innovatives Element aus unserer Entwicklung war diese IRS20-Sensorik aus 2 Teilen zu konstruieren. Damit konnte die Elektronik aus dem Gehäuse entnommen werden (zB. für Laborüberprüfung nach einigen Jahren Nutzung), ohne dass das Gehäuse aus der Straße entfernt werden muss. Lufft war der einzige Hersteller mit diesem Ansatz, den heute unsere Mitbewerber auch praktizieren.

Die IRS21-Entwicklung eliminierte den Nachteil der Leitfähigkeitsmessung für den Wasserfilm, indem erstmals ein patentiertes Radarverfahren in der Straße für „Schichtdickenmessung“ zum Einsatz kam. Vorher durften solche Technologien nicht kommerziell (sondern nur militärisch) genutzt  werden. Damit wurde erstmals ein Wasserfilm nicht mehr errechnet bzw. geschätzt, sondern sehr genau gemessen. Die IRS21-Messzertifikate aus dem Lufft-Labor zeigen für jeden ausgelieferten Sensor die Charakteristik und Performance des Sensors über den gesamten Messbereich, typisch zwischen 0 und 4000 Mikrometer, entspricht 0 bis 4 mm. Feuchtigkeit tritt ab 10-30 Mikrometer auf, Nässe ab 100-200 Mikrometer (durch Niederschlag verursacht) und Aquaplaning wird ab 0.7 mm = 700 Mikrometer beobachtet.

Dieses Radarverfahren für die Wasserfilmmessung war ein wesentlicher Grund dafür, dass in den letzten 10 Jahren beinahe sämtliche Anlagen für die Streckenbeeinflussung in Deutschland mit Lufft-Wettersensorik ausgestattet wurden.

Im IRS21 befand sich konstruktiv eine kleine Mulde, in der sich ein definiertes Quantum Wasser sammeln kann. War die Mulde komplett gefüllt, konnte der Anteil „Salz in Wasser“ exakt bestimmt  und damit die Gefriertemperatur errechnet werden. Bei passiven Sensoren wird dieser Wert errechnet, bei aktiven Sensoren dagegen durch Heizen und Kühlen messtechnisch ermittelt.

Auf den Autobahnen werden diese Sensoren auf der Überholspur „mittig“  eingebaut. Durch den starken Verkehr wird der Wasserfilm häufig minimiert, sodass die Mulde sich nicht immer vollständig mit Wasser füllen konnte. War dies der Fall, konnte kein Messwert ausgegeben werden.

Die IRS31-Entwicklung vermied diesen Nachteil, indem das Wasserquantum ausschließlich durch den eingebauten Radarsensor gemessen wird. Wasser auf den Autobahnen ist hochdynamisch, schon die alten Griechen wussten „tanta re“ (alles fließt). Durch die vorhandene Querneigung von ca. 2° auf Straßen gibt es nie einen stabilen Wasserfilm auf dem Sensor. Durch die stark schwankenden Wasserfilme und die hochfrequenten Messungen (Messung alle 10 Sekunden, Ausgabeintervall 1 Minute) ergeben sich unstetige Gefriertemperaturwerte, die die Entscheidungen in der Praxis für den Winterdiensteinsatz erschweren.

Lufft führt in diesem Herbst den IRS31PRO ein:

Es gibt wieder eine (extrem kleine, minimierte) Mulde, die viel häufiger gefüllt sein wird als in der IRS21-Konstruktion und für stetige Messwerte der Gefriertemperatur sorgt. Das Radarverfahren für den Wasserfilm produziert präzise Messwerte im Mikrometerbereich, belegt durch Laborzertifikate. Die Temperaturgenauigkeit von 0.2°C ist für Streueinsätze in Mitteleuropa (Temperaturen häufig um den Nullpunkt) extrem wichtig. Das zweiteilige Gehäusekonzept erlaubt langjährige Nutzungen und gerade deswegen auch die Überprüfung der Sensorik im Umlaufverfahren nach einigen Jahren im Labor. Und für Flughafenanwendungen „spricht“ der IRS31 mit dem ARS31 und erhält durch das aktive Messverfahren die Ergebnisse für die gemischunabhängige Gefriertemperatur.

IRS31Pro-UMB mit zwei Tiefensensoren 

Bei dem IRS31Pro handelt es sich um den ersten „embedded“ Sensor, der friction/Reibung ausgibt. Bisher waren solche Messwerte nur von berührungslosen Sensoren zu erhalten (zB. NIRS31 von Lufft). Egal, ob der Anwender mit eingebauten oder berührungslosen Sensoren oder Kombinationen arbeitet: er erhält in beiden Fällen identische Ausgabe-Informationen.

Die Überlebensfähigkeit  der Konstruktion wurde auf Flughäfen bewiesen. Teilweise wurden die Sensoren in der Touch-down-Zone eingebaut, es landen die schwersten Flugzeuge der Welt darauf.

Nach 20 Jahren Entwicklung von passiven Fahrbahnsensoren sind wir davon überzeugt, dass der IRS31Pro der beste passive Sensor ist, den Lufft je entwickelt hat. Aber wir wissen auch, dass es in einigen Jahren den IRS41 geben wird.