Mobility_2024

MOBILE VISIONEN

MOBILE VISIONEN ENERGIEKETTEN IN DER AUTOMATION WENN DER ROBOTER DAS FAHRRAD PARKT Energieketten sorgen für eine sichere Leitungsführung in den horizontalen und vertikalen Bewegungen Fahrrad statt Auto: Damit die Mobilitätswende funktionieren kann, brauchen Städte mehr Parkmöglichkeiten, ohne zu sehr ins Stadtbild einzugreifen. Ein japanischer Hersteller hat für diesen Zweck eine Garage gebaut, die Fahrräder automatisiert unterirdisch parkt. Um die Ausfallsicherheit der Roboter-Garage zu gewährleisten, setzen die Ingenieure bei der Leitungsführung des Aufzugs auf wartungsfreie Energieketten. Sonntagmittag, 30 Grad, die Sonne lacht: Die Gelegenheit, mit dem Fahrrad gemütlich in die Stadt zu fahren und ein Eis zu schlemmen. Dort angekommen dann die böse Überraschung: Alle sicheren Stellplätze sind belegt. Dieses Problem betrifft tausende Radfahrer in Deutschland, da Stellplätze Mangelware sind. Doch es gibt eine Lösung, die sich derzeit in Japan etabliert: eine unterirdische Garage namens „Eco Cycle“ von Giken, einem Technologiehersteller aus Tokyo. Es handelt sich um ein riesiges, automatisiertes Robotersystem. Und so funktioniert die futuristische Garage, die irgendwann vielleicht auch in Deutschland zu sehen sein wird: Der Radfahrer stellt sein Gefährt oberirdisch an der Anmeldestation, die wie der Eingang eines Aufzugs aussieht, auf eine Schiene im Boden und meldet sich per Kartenscanner an. Eine Tür öffnet sich und ein Greifer auf Bodenhöhe zieht das Fahrrad über die Schiene ins Innere der Pkw-großen Station. Das Fahrrad steht nun auf der Spitze einer mobilen Plattform, die bis 16 Meter in die Tiefe fährt und sich um 360 Grad drehen kann. Umgeben ist dieser Lift von runden Wänden, an die in regelmäßigen Abständen 200 schienenförmige Fahrradträger montiert sind. Der Durchmesser dieses Raums beträgt 8,5 Meter. Der Aufzug fährt hinab, bleibt auf einer Ebene mit einem freien Stellplatz stehen und dreht sich in die richtige Richtung. Ein Teleskopmechanismus schiebt das Fahrrad dann auf den Fahrradträger. Etwa 13 Sekunden dauert der Parkvorgang. ENERGIEKETTEN SCHÜTZEN LEITUNGEN Genügend Parkraum, kaum Veränderungen im Stadtbild und ein Roboter, der das Parken übernimmt: Ein solcher Automationsgrad hat Vorteile, aber auch eine potenzielle Schattenseite: Der Mensch ist auf die Zuverlässigkeit der Maschine angewiesen. Bei einem Liftdefekt, etwa durch eine defekte Steuerungsleitung, müssten 200 Radfahrer verärgert zu Fuß nach Hause gehen. Giken vertraut deshalb auf Energieketten aus Hochleistungskunststoff der Serien E4.42 und 1400 von igus. Sie sorgen dafür, dass die Energie- und Datenleitungen des Parksystems den horizontalen und vertikalen Bewegungen in den Hub- und Teleskopschächten kontrolliert folgen. „Die Energieketten schützen die elektrischen Leitungen des Aufzugs vor mechanischen Schäden und äußeren Einflüssen, was für den zuverlässigen Betrieb unerlässlich ist“, so Jörg Ottersbach, Geschäftsbereichsleiter e-Ketten bei igus. Die e-Ketten sind leicht zu montieren und zu warten. Darüber hinaus sind sie äußerst robust und langlebig. „Unsere Energieketten sind so konstruiert, dass sie die geforderte Lebensdauer von bis zu 4,5 Millionen Betriebszyklen bei hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ohne Probleme erreichen.“ Die Hebeachse des Aufzugs arbeitet mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s und einer Beschleunigung von 3 m/s 2 , die Teleskopachse mit 4 m/s 2 bei einem Hub von 2,6 m. „Die Verwendung unserer Energieketten aus Hochleistungskunststoff trägt dazu bei, die Betriebssicherheit und Effizienz der Eco Cycle Fahrradparkhäuser zu erhöhen“, so Ottersbach. Bilder: Giken www.igus.de 40 MOBILITY 2024

MOBILE VISIONEN KAMERAGESTÜTZTE NAVIGATION FLUGTAXIS LANDEN SICHER UND SELBSTSTÄNDIG Damit autonome Fluggeräte in der Stadt unterwegs sein können, müssen hohe Anforderungen erfüllt sein: Sie müssen zuverlässig und automatisch auf optimalem Weg zum Landeplatz navigieren können. Im jetzt abgeschlossenen Forschungsprojekt „C2Land“ haben Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig und der Technischen Universität München in Kooperation mit Volocopter und f.u.n.k.e. Avionics eine kameragestützte Navigation und Flugsteuerung entwickelt und erfolgreich demonstriert. „C2Land is now in Control“ heißt es an einem sonnigen Wintertag auf einem Flugplatz in Süddeutschland. Konzentrierte Gesichter verfolgen jede Bewegung und jeden Messwert auf der Bodenstation. Das Fluggerät steht zunächst wie festgenagelt in der Luft, dreht sich dann und fliegt zielgenau dem Landeplatz entgegen – und das selbstständig, ohne dass ein Pilot eingreift. Unter dem Fluggerät sind vier Kameras installiert. Sie sind die Augen der Maschine und beobachten ständig Umgebung und Landeplatz. „Der wichtigste Sinn des Menschen beim Autofahren und beim Fliegen ist das Sehen. Ein Autopilot sollte auch auf diese sehr informationsreichen Sinneseindrücke zurückgreifen können – muss sie aber auch verarbeiten können“, sagt der technische Projektleiter von C2Land, Finn Hübner. „Unser Team vom Institut für Flugführung der TU Braunschweig hat ein Bildverarbeitungssystem entwickelt, das die verschiedenen Elemente eines Landeplatzes erkennen und daraus auf seinen eigenen Flugzustand respektive auf seine Position schließen kann. Diese Positionsberechnung funktioniert komplett unabhängig von anderen technischen Hilfsmitteln.“ AUTONOM UND ZUVERLÄSSIG Satellitengestützte Navigationssysteme erreichen im Allgemeinen zwar eine ausreichende Genauigkeit, um präzise Landungen durchzuführen. Jedoch lässt sich nicht ohne weiteres überprüfen, ob die Lösung auch korrekt ist – ein Problem nicht zuletzt bei den derzeit immer öfter auftretenden Störungen und Manipulationen des Satellitensignals unter anderem durch militärische Akteure. Hier kommt die optische Position ins Spiel, mit der die Integrität der gesamten Lokalisierungslösung autonom und fortwährend geprüft werden kann. Erst so kann das Vertrauen in die Gesamtlösung so weit gesteigert werden, dass sie bis zum Aufsetzen für einen Autopiloten verwendbar ist. Darauf aufbauend hat das Institut für Flugsystemdynamik der TU München einen Flugregler entwickelt, der das neuartige Fluggerät automatisch entlang eines optimierten Flugpfades bis zum Aufsetzen steuert. Die besonderen dynamischen Eigenschaften eines solchen VTOLs mit vielen kleinen Rotoren statt einem großen trägen Antrieb mussten dabei berücksichtigt werden. Um zudem den optimalen Flugweg zu finden, wurde ein besonderer Optimierungsalgorithmus entwickelt, der sowohl eine möglichst energieeffiziente Route findet als auch das Risiko minimiert, dass unsichere Flugzustände auftreten. Während einer autonomen Landung muss außerdem die Sicherheit für andere Verkehrsteilnehmer im Luftraum gewährleistet werden. Die f.u.n.k.e Avionics GmbH hat dafür ein transponderbasiertes Antikollisionssystem entwickelt, das im Zweifelsfall durch Ausweichbefehle die Situation entschärft. Damit das unbemannte C2Land-System im Flug überwacht wird und Befehle übermittelt werden können, wurden zudem Avionik- Komponenten zum Austausch, zur Aufzeichnung und telemetrischen Übertragung von Systemdaten bereitgestellt. Gemeinsam mit dem Projektpartner Volocopter wurde schließlich die Sensorik in eVTOL-Prototypen (electric Vertical Take-Off and Landing aircraft, elektrisch angetriebenes Fluggerät, das senkrecht starten und landen kann) eingebaut und in realistischen Flugtests validiert. Diese elektrisch angetriebenen Versuchsträger sollen in Zukunft als sichere, leise und emissionsfreie Mobilitätsform bestehende Verkehrssysteme ergänzen, indem sie vom Verkehr überlastete Straßen überfliegen. FÜR DIE ZUKUNFT GERÜSTET Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte (FKZ: 50NA2003) und durch das DLR-Raumfahrtmanagement administrierte Projekt C2Land C2 wurde erfolgreich abgeschlossen. „Wir konnten die technische Machbarkeit eines optischen automatischen Landesystems für diese neue Luftfahrzeugklasse zeigen“, sagt Hübner. Bis zur kommerziellen Nutzung des Systems in einem vollständig autonomen Flugtaxi würde es wohl noch etwas dauern. Es müsse dazu auf weitere Flugphasen erweitert, der Testaufbau miniaturisiert und mittels Risikoanalysen und ausgedehnten Testreihen die Zulassung durch die verantwortlichen Luftfahrtbehörden vorbereitet werden. Außerdem könne das Konzept in VTOLs und Hubschrauber integriert die Piloten unterstützen und so die Landung noch sicherer machen. Bild: Finn Hübner/IFF www.tu-braunschweig.de MOBILITY 2024 41