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„Trainspotting“ mit modernster Messtechnik

14.02.2018

In der Abteilung 5 „Fertigungsmesstechnik“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) werden verschiedenste geometrische Normale für die industrielle Messtechnik kalibriert. Für die Kalibrierung von Längen mit den notwendigen sehr kleinen Messunsicherheiten sind optimale Umgebungsbedingungen eine essentielle Voraussetzung. Pläne, den Zugverkehr auf der Bahnstrecke zwischen Wendeburg und Braunschweig zu intensivieren, führten zu Bedenken, dass sich die Umgebungsbedingungen für derartige Messungen sehr negativ verändern könnten, da die Strecke unmittelbar am Nordrand des PTB-Geländes entlangführt.

Um die Auswirkungen eines derartigen Zugverkehrs auf verschiedene Messeinrichtungen der PTB quantitativ einschätzen zu können, wurden am 22. Oktober 2017 Testfahrten mit Güter- und Personenzügen in unterschiedlichen Fahrt-Szenarien durchgeführt. Eine der betroffenen Messeinrichtungen der PTB ist die Geodätische Basis, eine Interferometer-Messstrecke über fünfzig Meter. Diese befindet sich ca. 650 Meter entfernt von der Bahnstrecke im Kellergeschoss des Abbe-Baus. Die Geodätische Basis ist das Nationale Normal Deutschlands für elektronische Distanzmessgeräte, Maßbänder und Interferometer-Messsysteme, und wird von verschiedensten Anwendern aus der Industrie, von Behörden und Gesellschaft zur Rückführung der Messgröße Länge mit geringen Messunsicherheiten benötigt. Insbesondere die Rückführung von Interferometern erfordert eine Empfindlichkeit der Längenmessungen von wenigen Nanometern.

Bild 1 zeigt die Auswirkungen einer Zugdurchfahrt auf die Position des Messschlittens der Geodätischen Basis. Unter den vorgegebenen Fahr-Bedingungen waren die Störungen durch die Personenzüge deutlich geringer als der Güterzüge. Berücksichtigt man, dass an Werktagen das Grundrauschniveau etwa durch Straßenverkehr und Tätigkeiten auf dem Gelände etwas ansteigt, so scheint der Einfluss der Personenzüge auf Grund dieser Messungen bei einer geringen Anzahl von Fahrten pro Tag noch akzeptabel. Die Durchfahrt eines Güterzugs mit 40 km/h führt hingegen zu Auslenkungen von einigen hundert Nanometern, die mehrere Minuten andauern. Auch wenn sich grundsätzlich durch Synchronisation von Prüfling und Normal die Messunsicherheit reduzieren lässt, so stößt dieser Ansatz bei den hier beobachteten Amplituden und Schwingungsfrequenzen auf Grenzen. Ob durch bauliche Maßnahmen an der 50 Meter Basisstrecke, die mit hohen Kosten verbunden wären, die durch fahrende Güterzüge verursachten starken Amplituden tatsächlich wirksam gedämpft werden könnten, erscheint fraglich.

Die Messungen zeigen also, dass die Störungen durch moderne Personenzüge, wie sie bei den Testfahrten verwendet wurden, und durch sehr langsam fahrende Güterzüge für den Betrieb der Geodätische Basis gerade noch verkraftbar sind. In diesem Zusammenhang wurde die Geodätische Basis auch in einem Beitrag des Fernsehsenders Sat 1 vorgestellt.
stoersignale_bei_zugdurchfahrten
Bild 1 Durch Zugfahrten induzierte Bewegungen des Interferenzschlittens. Der Güterzug führt zu deutlichen Ausschlägen über mehrere hundert Nanometer während mehrerer Minuten. Der Personenzug hingegen verursacht eine deutlich kleinere Störung. Werktags liegt diese im Niveau des Grundrauschens.

Weiterführende Links

1. Gemeinsame Pressemitteilung der PTB mit der Stadt Braunschweig und der Gemeinde Wendeburg

https://www.ptb.de/cms/presseaktuelles/journalisten/nachrichten-presseinformationen/presseinfo.html?tx_news_pi1%5Bnews%5D=8715&tx_news_pi1%5Bcontroller%5D=News&tx_news_pi1%5Baction%5D=detail&tx_news_pi1%5Bday%5D=1&tx_news_pi1%5Bmonth%5D=2&tx_news_pi1%5Byear%5D=2018&cHash=6c225f644443fbf1ae9181329026bb3c

2. Beitrag von Sat 1 Regional in der Mediathek

https://hannover.sat1regional.de/video/article/bahnstrecke-neben-metrologie-institut-zuege-koennten-messinstrumente-beeinflussen-255579.html

3. Überblick über die Geodätische Basis auf der Homepage der PTB

https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt5/fb-54/ag-542/messeinrichtungen542.html

4. Artikel in den PTB Mitteilungen über die Geodätische Basis aus dem Jahr 2010

https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_5/5.4_interferometrie_an_masverkoerperungen/5.42/Wedde_PTB-Mitteilungen_120_115_2010_Die_Geodaetische_Basis_der_PTB_.pdf