Fühlbare Beschleunigung, g-Kräfte, die in die Sitze drücken, Kurvenlagen, die am Körper zerren - Achterbahnfahren ist Adrenalin-Kick und Genuss. Konstrukteure der oft als Unikate entwickelten Spaßmaschinen stehen vor der Herausforderung, den Fahrgästen größtmögliche Sicherheit zu bieten und gleichzeitig eine optimal leichte Bauweise zu verwirklichen. Um bei der Planung das richtige Maß zu finden, benötigen sie detaillierte Kenntnisse über die Systembeanspruchung. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat die Achterbahn „X-Train“ des Herstellers Maurer Söhne aus München vor Ort in der chinesischen Hafenstadt Ningbo genau unter die Lupe genommen, bevor der kombinierte In- und Outdoor-Vergnügungspark Romon World eröffnet wurde. Das erbrachte wertvolle Daten für künftige Produktentwicklungen, um diese weiter zu optimieren und eine leichtere Bauweise zu realisieren.
Die Eckdaten beeindrucken und die mechanischen Beanspruchungen für die Bahn sind beachtlich: Der untersuchte „X-Train“ wird nicht klassisch per Aufzug, sondern von einem 3000 Kilowatt starken elektrischen Linearmotor angetrieben. Der beschleunigt den etwa 12 Tonnen schweren Achterbahnzug aus dem Stand heraus in wenigen Sekunden auf rund 80 Stundenkilometer. Dieser sogenannte Mega-Coaster bietet bis zu 24 Plätze pro Zug. Er wird bis zu 130 Stundenkilometer schnell und erreicht die höchsten g-Kräfte in seiner Klasse. Die Achterbahn ist rund 450 Meter lang und erreicht eine maximale Höhe von 30 Metern.
Achterbahnzüge optimieren und leichter bauen
In dem chinesischen Vergnügungspark haben die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF den Münchener Achterbahnhersteller Maurer Söhne mit allen Untersuchungen und Analysen komplett aus einer Hand unterstützt und beraten. „Dazu gehörte die Planung, der Versand der Ausrüstung, die Instrumentierung und die Durchführung der Messungen inklusive der Datenaufbereitung“, erläutert Johannes Käsgen, der die Untersuchungen verantwortete.
Im Vergnügungspark wurde der Achterbahnzug mit Radlastsensoren ausgerüstet. Während die Bahn im Betrieb war, ermittelte das Fraunhofer LBF die auftretenden Radkräfte und erfasste mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen die lokalen Dehnungen. Mit den Messdaten ermittelten sie synchron die genaue Position des Zuges auf der Bahn. Darüber hinaus wurden Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Wege gemessen.
Die Bedingungen am „lebendigen“ Objekt stellten die LBF-Wissenschaftler vor verschiedene Herausforderungen. Sie mussten beispielsweise viele Messkanäle von unterschiedlichen Sensortypen zeitsynchron erfassen. Dazu nutzten sie eine batteriebetriebene mobile Datenerfassung. Gesammelt wurden sowohl Daten für die Analyse der Fahrdynamik als auch zur Bewertung der Betriebsfestigkeit. Obwohl der Linearantrieb große elektrische Störfelder verursachte, gelangen genaue Messungen.
„Mit den von uns im realen Einsatz gewonnenen und anschließend interpretierten Messdaten kann der Achterbahnhersteller seine berechneten Bauteilbeanspruchungen bei der Auslegung mit den tatsächlich gemessenen Beanspruchungen im Betrieb abgleichen. Das hilft ihm, seine Modelle zu optimieren und zu verfeinern“, betont Käsgen. Darüber hinaus verfügt der Hersteller nun über den Nachweis der betriebsfesten Auslegung der Struktur. Da er detailliert über die Systembeanspruchung informiert ist, kann der Hersteller zukünftige Achterbahnzüge weiter optimieren und eine leichtere Bauweise realisieren.
Neben diesen Betriebsmessungen am Objekt können Hersteller im Fraunhofer LBF auch Prüfstandsversuche und Bauteiloptimierungen vornehmen oder Simulationsmodelle erstellen lassen. Damit ist der gesamte Produktzyklus aus einer Hand abgedeckt.
Die Eckdaten beeindrucken und die mechanischen Beanspruchungen für die Bahn sind beachtlich: Der untersuchte „X-Train“ wird nicht klassisch per Aufzug, sondern von einem 3000 Kilowatt starken elektrischen Linearmotor angetrieben. Der beschleunigt den etwa 12 Tonnen schweren Achterbahnzug aus dem Stand heraus in wenigen Sekunden auf rund 80 Stundenkilometer. Dieser sogenannte Mega-Coaster bietet bis zu 24 Plätze pro Zug. Er wird bis zu 130 Stundenkilometer schnell und erreicht die höchsten g-Kräfte in seiner Klasse. Die Achterbahn ist rund 450 Meter lang und erreicht eine maximale Höhe von 30 Metern.
Achterbahnzüge optimieren und leichter bauen
In dem chinesischen Vergnügungspark haben die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF den Münchener Achterbahnhersteller Maurer Söhne mit allen Untersuchungen und Analysen komplett aus einer Hand unterstützt und beraten. „Dazu gehörte die Planung, der Versand der Ausrüstung, die Instrumentierung und die Durchführung der Messungen inklusive der Datenaufbereitung“, erläutert Johannes Käsgen, der die Untersuchungen verantwortete.
Im Vergnügungspark wurde der Achterbahnzug mit Radlastsensoren ausgerüstet. Während die Bahn im Betrieb war, ermittelte das Fraunhofer LBF die auftretenden Radkräfte und erfasste mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen die lokalen Dehnungen. Mit den Messdaten ermittelten sie synchron die genaue Position des Zuges auf der Bahn. Darüber hinaus wurden Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Wege gemessen.
Die Bedingungen am „lebendigen“ Objekt stellten die LBF-Wissenschaftler vor verschiedene Herausforderungen. Sie mussten beispielsweise viele Messkanäle von unterschiedlichen Sensortypen zeitsynchron erfassen. Dazu nutzten sie eine batteriebetriebene mobile Datenerfassung. Gesammelt wurden sowohl Daten für die Analyse der Fahrdynamik als auch zur Bewertung der Betriebsfestigkeit. Obwohl der Linearantrieb große elektrische Störfelder verursachte, gelangen genaue Messungen.
„Mit den von uns im realen Einsatz gewonnenen und anschließend interpretierten Messdaten kann der Achterbahnhersteller seine berechneten Bauteilbeanspruchungen bei der Auslegung mit den tatsächlich gemessenen Beanspruchungen im Betrieb abgleichen. Das hilft ihm, seine Modelle zu optimieren und zu verfeinern“, betont Käsgen. Darüber hinaus verfügt der Hersteller nun über den Nachweis der betriebsfesten Auslegung der Struktur. Da er detailliert über die Systembeanspruchung informiert ist, kann der Hersteller zukünftige Achterbahnzüge weiter optimieren und eine leichtere Bauweise realisieren.
Neben diesen Betriebsmessungen am Objekt können Hersteller im Fraunhofer LBF auch Prüfstandsversuche und Bauteiloptimierungen vornehmen oder Simulationsmodelle erstellen lassen. Damit ist der gesamte Produktzyklus aus einer Hand abgedeckt.
