Drehgeber macht Achterbahnfahrt sicher
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Bild 1. Die 52 m hohe Achterbahn Skyloop mit zwei gekoppelten X-Cars für insgesamt zwölf Fahrgäste steht in Magic Springs in Arkansas/USA (Foto Maurer Rides GmbH)
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Bild 2. Der am Wellenende des Asynchronmotors angebrachte inkrementale Drehgeber gewährleistet hohe Präzision und Zuverlässigkeit für den vertikalen Kettenlift (Foto Maurer Rides GmbH)
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Bild 3. Die Drehgeber der Serie 861 sind auch mit dem Advanced Diagnostic System ADS lieferbar
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Bild 4. Theo Fehsenmayr (links) und Klaus Korger besprechen den Einsatz von Drehgebern vor einer Achterbahnschiene für Skyloop
Beschleunigung, Tempo und besondere Überraschungseffekte machen jede Achterbahnfahrt zu einem spannenden Erlebnis. Beim Skyloop werden die Fahrgäste sogar senkrecht nach oben gezogen. Während der Kettenaufzug die Wagen mit zwölf Personen mit hoher Geschwindigkeit auf 46,2 m Höhe hebt, erfasst ein Inkremental-Drehgeber die Drehzahl des antreibenden Asynchronmotors entsprechend dem vorgegebenen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsprofil. Dabei kommt es auf ein präzises Regelverhalten, hohe Zuverlässigkeit und höchste Sicherheit an.
Der Achterbahnhersteller Maurer Söhne baut seit 1992 maßgeschneiderte Fahrgeschäfte für Freizeitparks (Bild 1) auf der ganzen Welt. Beim Skyloop, einem Achterbahntyp mit der höchsten Überkopffahrt weltweit, treibt ein Asynchronmotor den Aufzug an, der die Wagen mit insgesamt zwölf Personen in etwa 20 s vom Bahnhof auf eine Höhe von 46,2 m bringt. Die Wagen erreichen dabei Geschwindigkeiten von bis zu 3,5 m/s.
Zuverlässige Antriebstechnik bringt die Wagen in Schwung
Das Herzstück der Antriebsstation (Bild 2) bildet ein 300-kW-Asynchronmotor von Siemens, an dessen Wellenende ein inkrementaler Drehgeber der Baureihe 861 von Leine & Linde angebracht ist. Der unter der Lüfterhaube befindliche Drehgeber sorgt für das erforderliche präzise Regelverhalten und die hohe Zuverlässigkeit. Die Einhaltung der vorgegebenen Geschwindigkeiten ist für die Anlage sehr wichtig, da das Layout und die Kapazitätsauslegung maßgeblich von der Liftgeschwindigkeit mitbestimmt werden.
Nachdem die beiden gekoppelten Wagen den Lift über Kopf verlassen haben, durchfahren sie eine 360°- Schraube und schießen anschließend die Achterbahnschienen hinab. Mit über 100 km/h jagen die Fahrgäste durch den Bahnhof, um dann wieder senkrecht die Liftstrecke hinauf zu rasen, bis die Fahrzeuge ihren Schwung verloren haben. Sobald der Zug zweimal hin und her gependelt ist, wird er in der Senkrechten mit speziellen Bremsen gefangen. Nun ist das hohe Regelverhalten des Liftantriebs gefragt, der den 5,5 t schweren Zug aus dem Stand anheben muss, um die Fahrgäste anschließend schnell und sicher in den Bahnhof zurückzubringen. An den bisher installierten zehn Anlagen gab es bislang noch keinen einzigen Ausfall des Antriebs.
Hohe Anforderungen an die Sicherheit
Die Fertigung der komplex gebogenen Schienen erfordert sowohl hohe Ansprüche an die Schweißnahtqualität als auch absolute Maßhaltigkeit. Dazu setzt Maurer Söhne selbst entwickelte Software und präzise Messtechnik ein, die den gesamten Prozess vom Layout bis zur abschließenden Maßkontrolle abdeckt.
Die Achterbahnen werden nach internationalen Normen geprüft und abgenommen. Dabei werden die Anlagen auch einer Risikoanalyse unterzogen und bereits heute gemäß den Sicherheitsfunktionen der Steuerung in unterschiedliche Stufen der Sicherheitsintegrität (SIL) bzw. Performance Level (PL) eingestuft. Mit der Einbindung der Drehgeber in einen entsprechenden Sicherheitskreis kann der Anwender Applikationen bis SIL3 oder mindestens PL d realisieren.
Inkrementale Drehgeber
Die Drehgeber der Baureihe 861 (Bild 3) zeichnen sich durch ein robustes Aluminiumgehäuse der Schutzart IP66 aus, das sogar den hohen Anforderungen der Schwerindustrie gerecht wird. Sie haben sechs oder drei kurzschlussfeste Ausgänge und eine elektrisch isolierte Hohlwelle mit einem Durchmesser von 12 mm oder 16 mm. Die für eine Versorgungsspannung von 5 V bzw. 9 V bis 30 V ausgelegten Drehgeber sind zudem mit dem Advanced Diagnostic System ADS erhältlich.
Die Strichzahl ist in feinen Abstufungen von 500 bis 10 000 wählbar – kundenspezifische Abstufungen sind möglich. Die Anzahl der Messschritte entspricht der vierfachen Strichzahl und erreicht maximal 40 000 Messschritte pro Umdrehung. Die Betriebstemperatur darf zwischen –20 °C und 80 °C betragen. Die Schwingfestigkeit ist mit 10 g und die Stoßfestigkeit mit 100 g angegeben.
Zufriedener Anwender
Konstruktions- und Entwicklungsingenieur Theo Fehsenmayr (Bild 4) schätzt bei den optischen Inkremental-Drehgebern von Leine & Linde die hohe Zuverlässigkeit und die lange Lebensdauer. Die Präzision der vom Drehgeber ausgegebenen Signale beeinflusst erheblich das exakte Regelverhalten des Umrichters. Dies ist vor allem beim Heben der Tandemwagen entscheidend. Bei der Anwendung in der Antriebsstation verhindert die hohe Schutzart das Eindringen von Feuchtigkeit. Da das Unternehmen seine zum Teil über 10 Mio. € teuren Anlagen in die ganze Welt exportiert, sind die internationalen Zulassungen der Drehgeber besonders wichtig. Diese wurden von der schwedischen Prüfanstalt SP erteilt. Seit dem Einsatz der ersten schwedischen Drehgeber im Jahr 2006 gab es weltweit noch keinen einzigen Ausfall.
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Autor: Techn. Betriebswirt Klaus Korger ist Geschäftsführer der Leine & Linde (Deutschland) GmbH in Aalen.
