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The Virtual Cable Liner
Seilbetriebene Automated People Mover (APM) drängen verstärkt als kostengünstiges und umweltfreundliches
Nahverkehrssystem auf den Markt. Das VIRTUAL VEHICLE leistete einen wichtigen Forschungsbeitrag, um
die Systemdynamik hinsichtlich Komfort und Wirtschaftlichkeit zu optimieren.
Der Personentransport in Bereichen mit hohem
Beförderungsbedarf wie Flughäfen, Stadtzentren
und Messen wird immer häufiger mit
APM-Systemen durchgeführt. Diese Systeme
zeichnen sich neben dem automatischen Betrieb
durch eine Spurführung und einen separaten
Fahrweg aus. Die technischen Anforderungen
sind dabei sehr stark durch die speziellen
Umgebungsbedingungen geprägt. So sind
neben hohen Förderleistungen und niedrigen
akustischen Emissionen vor allem sehr hohe
Verfügbarkeiten erforderlich, welche z. B. auf
Flughäfen oftmals über 99 % betragen sollen.
Im Einsatzgebiet müssen zudem häufig Verkehrswege
und Gebäude überbrückt werden,
wodurch spezielle Anforderungen an die Fahrwegkonstruktion
entstehen.
Grundsätzlich kann bei APM zwischen Systemen
mit fahrzeugfesten Antrieben (selbstfahrende
Fahrzeuge) und mit ortsfesten Antrieben
unterschieden werden. Bei den ortsfesten Antriebssystemen
werden die Traktionskräfte in
der Regel durch eine Drahtseilschleife von den
externen Antriebsmaschinen zu den Fahrzeugen
übertragen.
Seilbetriebene APM-Systeme stellen häufig
das technisch-wirtschaftliche Optimum in Bezug
auf die genannten Anforderungen dar.
Beispielsweise bewirken die fehlenden Antriebs-
und Bremssysteme an den Fahrzeugen
Abbildung 1: DCC-Cable Liner Shuttle in Las Vegas, Nevada
Quelle: DCC
32 magazine Nr. 14, II-2013
nicht nur geringe Eigenmassen und akustische
Emissionen, sondern ermöglichen in weiterer
Folge leichte Fahrwegkonstruktionen, welche
architektonische und bautechnische Vorteile
bieten. Aufgrund der genannten Aspekte erzielt
dieses Transportsystem in jüngerer Vergangenheit
eine stärkere Marktdurchdringung.
Auslegung von seilbetriebenen
APM-Systemen
Der Antrieb durch einen Seiltrieb leitet sich im
Wesentlichen von den Standseilbahnen ab,
wodurch für die rechnerische Auslegung die
gängigen Seilbahnnormen (EN 12930, ANSI
B77.1) zur Anwendung kommen. Zusätzliche
APM-spezifische Vorgaben ergeben sich aus
dem ASCE-Code (z. B. ASCE 21-98).
Die genannten Regulierungen stellen zwar alle
Methoden zur sicheren Auslegung der Systeme
zur Verfügung, die technische Optimierung
hinsichtlich Betriebsfestigkeit, Komfort und
Beförderungskapazität erfordert jedoch weiterführende
Simulationswerkzeuge, welche bis
vor kurzem noch nicht in gewünschter Form zur
Verfügung standen.
Daher wurde am VIRTUAL VEHICLE das Forschungsprojekt
„The Virtual Cable Liner“ mit
dem Ziel ins Leben gerufen, neue Simulationsmethoden
zur Vorausberechnung der System-
dynamik zu entwickeln. Als Referenzsystem
wurde hierfür der seilbetriebene APM „Cable
Liner Shuttle“ des österreichischen Herstellers
„Doppelmayr Cable Car GmbH & Co KG (DCC)“
herangezogen (Abbildung 1). Neben DCC fungierten
die Schweizer „Kontrollstelle IKSS“ und
das Institut für Eisenbahnwesen der TU Graz
als weitere Forschungspartner.
Schwerpunkte des
Forschungsprojektes
Die Dynamik eines seilbetriebenen APM-Systems
ist durch die komplexe Interaktion von
Fahrzeug, Fahrweg und Seiltrieb gekennzeichnet,
wobei insbesondere in longitudinaler und
lateraler Richtung eine starke Kopplung aller
drei Teilsysteme besteht. Während vor Projektbeginn
die Vorausberechnung der Fahrzeug-
Fahrweg-Interaktion mit Hilfe von Programmen
für Mehrkörpersysteme (MKS) als Stand der
Technik angesehen wurde, konnte die Abbildung
des Seiltriebs und dessen Interaktion mit
den Fahrzeugen als weißer Fleck auf der „Modellierungslandkarte“
identifiziert werden. Eine
ganzheitliche dynamische Vorausberechnung
des Systems scheiterte somit am Fehlen eines
entsprechenden Seilmodells.
Der Schwerpunkt des Forschungsprojekts lag
daher in der Entwicklung einer entsprechenden
Modellierungstechnik für den Seiltrieb. In einem
zweiten Schritt wurde die Modellierungstechnik
prototyphaft in ein MKS-Programm implementiert.
Dies ermöglichte im dritten Schritt im Verbund
mit entsprechenden Fahrzeugmodellen
eine integrierte Simulation des seilbetriebenen
APM-Systems (Abbildung 2). Schlussendlich
wurden die Simulationsergebnisse anhand von
Versuchen an einer Gesamtanlage validiert.
Entwicklung des Seilmodells
Als Grundlage für die Entwicklung des Seilmodells
diente die Identifikation und Bewertung
der maßgeblichen physikalischen Phänomene
des Seiltriebs. So stellte sich beispielsweise
heraus, dass bei einem seilbetriebenen APM
die transversale Bewegung des Seils keinen
maßgeblichen Einfluss auf die Systemdynamik
hat.