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Realistische Bewegungen

Fahrzeugsicherheitssysteme im Test: Mit Lineareinheiten Fußgängerattrappen automatisch führen
Realistische Bewegungen

Im Rahmen einer Masterarbeit am Zentrum für Wissenschaftliche Services und Transfer (ZeWiS) der Hochschule Aschaffenburg wurde eine Testvorrichtung entwickelt, die sich künftig für die Erprobung von neuartigen Fahrzeugsicherheits- und Fußgängerschutzsystemen nutzen lässt. Lineareinheiten von Rollon sorgen dabei für die automatische und vor allem zeitgenaue Bewegung von Fußgängerattrappen.

 

Exklusiv in KEM Die Autoren: Prof. Dr.-Ing. Klaus Zindler, Leiter des Kompetenzzentrums Fahrzeugregel- und Fahrzeugsicherheitssysteme, und Andreas Blank, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt Competent Control, Hochschule Aschaffenburg

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.-Ing. Klaus Zindler werden dort vorrausschauende 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, u. a. müssen erst einmal passende Testanlagen entstehen.
Im Rahmen seiner Masterarbeit entwickelte der ehemalige Mechatronik-Student Andreas Blank eine elektrisch angetriebene Testvorrichtung, mit der sich mobile Fußgängerattrappen führen lassen. Denn bei Fahrzeugsicherheitsversuchen muss sich eine Unfallsituation 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.
Eine Lineareinheit für hohe Anforderungen
Entstanden ist eine Testvorrichtung, die diesen Anforderungen gerecht wird. Es handelt sich um eine Anlage 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. Eine Linearachse mit Zahnriemenantrieb, das Modell ELM 80 SP, ermöglicht zudem die dynamische Positionierung der Attrappe.
Eine für diese Anwendung geeignete Linearachse musste vielfältige Anforderungen erfüllen: Bei einer Hublänge von maximal 11 m sollte sie eine maximale Geschwindigkeit von 5 m/s (18 km/h) und eine Beschleunigung von mindestens 5 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 ±2 cm liegen sollte. Außerdem musste eine ausreichende Stabilität gegenüber Krafteinwirkungen gegeben sein und auch ein häufiger Transport der Testvorrichtung sollte der Linearachse nichts anhaben können. In enger Abstimmung mit Rollon wählte Blank die ELM 80 SP, eine Lineareinheit, die alle diese Anforderungen erfüllt. Für den Ingenieur war letzten Endes 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.“
Zuverlässig, robust und kompakt
„Lineareinheiten der Serie ELM sind in diversen Größen erhältlich und ermöglichen so eine ideale Auswahl in Bezug auf Masse, Geschwindigkeit und Beschleunigung“, so 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 ermöglicht Wechselbelastungen ohne Umkehrspiel. Durch Ausnutzung der maximalen Zahnriemenbreite und Einstellung einer optimalen Vorspannung des Riemens lassen sich hohe Verfahrgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Geräuscharmut erreichen. Der bereits erwähnte Abdeckriemen aus Polyurethan schützt alle im Inneren befindlichen mechanischen Komponenten vor Staub und Fremdkörpern. Für eine möglichst geringe Reibung wird der Abdeckriemen durch Kugellager geführt, die sich im Innern des Laufwagens befinden.
Die selbsttragenden eloxierten Präzisions-Strangpressprofile, die in den Lineareinheiten der Serie ELM eingesetzt werden, zeichnen sich durch optimale mechanische Eigenschaften und hohe Flächenträgheitsmomente aus. Die Abmessungen sind entsprechend UNI 3879 toleriert, das verwendete Material ist eloxiertes Aluminium der Legierung 6060. Der Laufwagen der Lineareinheiten der Serie ELM besteht aus eloxiertem Aluminium. Er besteht 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.
Hoch belastbares Kugelumlauf-Führungssystem
„Für die Testvorrichtung rieten wir Andreas Blank zu einer ELM 80 in einer Kugelumlauf-Ausführung, für die auch hohe Belastungen kein Problem darstellen“, so 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 hohe 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.
Sowohl die ELM 80 SP als auch die Testanlage selbst haben sich bereits bestens bewährt: Kurz nach der Fertigstellung wurde die Vorrichtung erstmals auf dem Opel-Testgelände in Dudenhofen eingesetzt. Eine schöne Bestätigung für den jungen Ingenieur, der sich nach erfolgreichem Abschluss seines ehrgeizigen Projekts inzwischen Master of Engineering nennen darf. I

Info & Kontakt
Rollon
Thilo Deutsch, technische und kaufmännische Beratung für Süddeutschland
Tel.: 0211 95747-0
Detaillierte Informationen zu den Linearachsen
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