Naturgetreu bewegt

Schwerpunkt Antriebstechnik

Linearachsen – Linearachsen von Rollon steuern Fußgängerattrappen auf eine sehr realistische Art und Weise und sorgen so für mehr Sicherheit im Straßenverkehr.

02. Februar 2018

Die Leistungsfähigkeit von Komponenten zeigt sich auch außerhalb des Maschinenbaus in vielfältigen Anwendungen. Ein spezielles Anwendungsgebiet für Antriebstechnik ist der Einsatz von Fußgängerattrappen, um die Sicherheit im Straßenverkehr zu erhöhen. Solche Sicherungssysteme entstehen im Zentrum für Wissenschaftliche Services und Transfer (ZeWiS) der Hochschule Aschaffenburg, einer praxisorientierten Schnittstelle zwischen Wirtschaft und Forschung. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde dort eine Testvorrichtung entwickelt, die sich künftig für die Erprobung von neuartigen Fahrzeugsicherheits- und Fußgängerschutzsystemen nutzen lässt.

Ein Themenschwerpunkt des ZeWiS ist der Bereich Automotive, für den ein Kompetenzzentrum für Fahrzeugregel- und Fahrzeugsicherheitssysteme namens Competent Control gegründet wurde. Unter der Leitung von Prof. Dr. Klaus Zindler werden dort vorausschauende und selbsttätig agierende Fahrzeugsicherheits- und Fußgängerschutzsysteme erforscht – also Systeme, die sicherheitskritische Verkehrssituationen frühzeitig erkennen und anschließend automatisch entsprechende Maßnahmen zur Vermeidung eines Unfalls einleiten. Die Wissenschaft steht bei der Erprobung dieser komplexen Systeme allerdings noch ganz am Anfang, unter anderem müssen erst einmal passende Testanlagen entstehen.

Im Rahmen seiner Masterarbeit entwickelte der ehemalige Mechatronikstudent Andreas Blank eine elektrisch angetriebene Testvorrichtung, mit der sich mobile Fußgängerattrappen führen lassen. Denn bei Fahrzeugsicherheitsversuchen muss sich eine Situation nachstellen lassen, die im realen Straßenverkehr leider häufig vorkommt: Ein Fußgänger überquert die Straße, ohne ein sich näherndes Fahrzeug zu beachten.

Die Testanlage muss dabei gewährleisten, dass das Bewegungsvermögen eines Fußgängers realistisch abgebildet wird. Gleichzeitig sollten sich möglichst viele Szenarien nachstellen lassen – schließlich bewegen sich nicht alle Menschen gleich schnell. Es muss also möglich sein, die Attrappe flexibel zu beschleunigen und in Abhängigkeit von der Fahrzeugbewegung zeitgenau zu positionieren. Zudem müssen alle verbauten Komponenten stabil genug sein, um eine geplante Kollision unbeschadet zu überstehen.

Entstanden ist eine Testvorrichtung in Portalbauweise inklusive einer Schwenkvorrichtung für eine hängende Schaumstoffattrappe. Letztere wird über einen positionsgeregelten Synchronmotor zielgenau bewegt, eine integrierte Rotationsbremse verhindert einen kollisionsbedingten Schaden am Fahrzeug. Verantwortlich für die dynamische Positionierung der Attrappe ist dabei eine Linearachse mit Zahnriemenantrieb des Lineartechnikspezialisten Rollon – namentlich das Modell ELM80 SP. Bei der Auswahl und Anwendung konnte sich Andreas Blank jederzeit an seinen Ansprechpartner bei Rollon wenden.

Diese Linearachse musste vielfältige Anforderungen erfüllen: Bei einer Hublänge von maximal elf Metern sollte sie eine maximale Geschwindigkeit von fünf Metern pro Sekunde und eine Beschleunigung von mindestens fünf m/s2 ermöglichen – diese Werte gestatten die realistische Nachstellung eines rennenden Fußgängers. Wichtig war zudem eine hochpräzise Ausrichtung des Schlittens, wobei die Positioniergenauigkeit des Attrappenschwerpunktes bei ± 20 Millimetern liegen sollte.

Außerdem musste eine ausreichende Stabilität gegenüber Krafteinwirkungen gegeben sein, und auch ein häufiger Transport der Testvorrichtung sollte der Linearachse nichts anhaben können. Für den Ingenieur war letzten Endes auch die Witterungsbeständigkeit des Produkts ausschlaggebend: »Im Vergleich mit anderen Herstellern war die ELM 80 SP die einzige korrosionsbeständige Achse, die sich zusätzlich mit einer Bandabdeckung ausstatten ließ. Nachdem die Testeinrichtung dauerhaft im Außenbereich verwendet und gelagert wird, stellt das einen massiven Pluspunkt dar.«

Lineareinheiten der Serie ELM sind in diversen Größen erhältlich. »Außerdem ermöglichen sie eine ideale Auswahl in Bezug auf Masse, Geschwindigkeit und Beschleunigung«, sagt Thilo Deutsch, der bei Rollon für den Bereich Linearachsen zuständig ist. Der Antrieb erfolgt durch einen stahlverstärkten Zahnriemen aus Polyurethan mit AT-Zahnprofil. »Das hat sich in Bezug auf zulässige Antriebsmomente, Kompaktheit und Geräuschentwicklung als die zweckmäßigste Option erwiesen.«

Die Kombination mit Nullspiel-Zahnriemenscheiben lässt Wechselbelastungen ohne ein Umkehrspiel zu. Durch Ausnutzung der maximalen Zahnriemenbreite und Einstellung einer optimalen Vorspannung des Riemens lassen sich hohe Verfahrgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Geräuscharmut erreichen. Der Abdeckriemen schützt alle im Inneren befindlichen mechanischen Komponenten vor Staub und Fremdkörpern. Für eine möglichst geringe Reibung wird er durch Kugellager geführt, die sich im Innern des Laufwagens befinden.

Gegen Schmutz geschützt

Die selbsttragenden eloxierten Präzisions-Strangpressprofile, die in den Lineareinheiten der Serie ELM eingesetzt werden, besitzen hohe Flächenträgheitsmomente. Die Abmessungen sind UNI-3879-toleriert, das verwendete Material ist eloxiertes Aluminium der Legierung 6060. Der Laufwagen der Lineareinheiten der Serie ELM besteht aus eloxiertem Aluminium und aus drei Einzelteilen, um das Durchlaufen des Schutzriemens zu ermöglichen. In den Front- und Seitenteilen des Laufwagens sind Bürstendichtungen eingesetzt, die zusätzlichen Schutz gegen das Eindringen von Schmutz bieten. Die Gewinde der Befestigungsbohrungen sind mit Stahleinsätzen versehen.

»Für die Testvorrichtung rieten wir Andreas Blank zu einer ELM 80 in einer Kugelumlauf-Ausführung, für die auch hohe Belastungen kein Problem darstellen«, erzählt Thilo Deutsch. Die Linearführung wird dabei in der dafür vorgesehenen Nut des Aluminiumprofils befestigt. Der Laufwagen wird auf zwei vorgespannte Linearführungswagen montiert. Aufgrund der vier Kugelreihen, die sich in jedem Kugelumlaufwagen befinden, kann das Linearführungssystem höchste Kräfte aus allen Richtungen aufnehmen.

Die Linearführungswagen sind zum Schutz gegen das Eindringen von Schmutz allseitig mit Abstreifern versehen. Eine integrierte Kugelkette sorgt dafür, dass die Wälzkörper während ihrer Bewegung durch den Linearführungswagen in Abstand zueinander gehalten und in den Laufbahnen geführt werden. An den Stirnseiten der Linearführungswagen sind Schmierstoffreservoirs angebracht. So ausgerüstet unterstützt die Linearführung hohe Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Tragzahlen und garantiert Geräuscharmut, geringen Wartungsaufwand und eine hohe Lebensdauer. Die ELM 80 SP wird in der Testanlage bereits auf dem Opel-Testgelände in Dudenhofen eingesetzt. mk

Auf einen Blick

Linearachsen von Rollon - Rollon Actuator-Line-Linearachsen – Plus System bringt Leistung

• Die besonders geschützten Linearachsen der Produktfamilie Plus System von Rollon bestehen aus einem selbsttragenden Rahmen aus stranggepresstem, eloxiertem Aluminium. Der Antrieb erfolgt durch einen stahlverstärkten Zahnriemen.

• Diese Baureihe umfasst außergewöhnlich robuste Linearachsen, die sich bezüglich Traglast, Momentensteuerung, Geschwindigkeit und Beschleunigung durch eine sehr hohe Leistung auszeichnen.

• Für Anwendungen in rauen Umgebungen beziehungsweise bei häufigem Wasserkontakt sind alle Linearachsen des Plus Systems mit Edelstahlelementen erhältlich.

• Das Plus System besteht aus drei Produkten mit unterschiedlichen Eigenschaften: ELM, ROBOT und SC.

Vorteile der Rollon-Plus-System-Familie:

• Hohe Tragzahlen

• Hohe Verfahrgeschwindigkeit

• Niedriger Verschleiß

• Geringe Reibung

• Geringe Geräuschentwicklung

• Wartungsarmer Betrieb

Die ELM-Serie – vielseitig und robust für die meisten Industrieanwendungen

• Für die Testvorrichtung des ZeWis fiel die Wahl auf eine Linearachse der ELM-Serie. Diese äußerst vielseitige Baureihe von Rollon umfasst vollständig geschützte Linearachsen mit Zahnriemenantrieb.

• Die ELM-Lineareinheiten sind in vier Baugrößen von 50 bis 110 Millimeter Profilbreite lieferbar. Die präzise Bewegung des Laufwagens erfolgt durch Linearführungen oder durch ein optionales Laufrollensystem.

• Ein Abdeckriemen aus Polyurethan schützt den Riemenantrieb und das Linearführungssystem vor Staub, Schmutz, Fremdkörpern, Flüssigkeiten und anderen Verunreinigungen.

• Die für die Linearbewegung verwendeten Komponenten wie Schmierstoffreservoir, Linearführungswagen und Doppellippendichtungen garantieren ein wartungsarmes System.

Erschienen in Ausgabe: 01/2018