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Einfahrbelastungen bei Einseilumlaufbahnen (EUB)

 

Einseilumlaufbahnen (EUB) haben in den letzten 10 Jahren wegen ihres hohen Komforts und ihrer großen Förderleistung einen erheblichen Aufschwung in den Erholungsgebieten erfahren. Höhere Förderleistungen (große Fahrbetriebsmittel, hohe Fahrgeschwindigkeit) sowie zunehmender Leichtbau bei der Stationskonstruktion führen zu vermehrten und komplexeren Schwingungs- bzw. Kräfteentwicklungen bei der Stationseinfahrt. Zur Erfassung der dadurch erhöhten Bauteilbeanspruchungen (Klemme, Gehänge, Führungsschiene) wird von Seiten der Aufsichtsbehörden und Hersteller ein zeit- und kostenintensiver Messaufwand betrieben.

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Abbildung 1: Bergstation einer kuppelbaren EUB mit 8er Kabinen

Problemstellung

Zu Beginn der Stationseinfahrt müssen die im Fahrbetrieb durch Wind, ungleichmäßige Beladung, etc. entstehenden Querpendelungen der Fahrzeuge verringert werden, um einen sicheren Kuppelvorgang zu ermöglichen. Dies geschieht mittels einer beweglichen, sich verjüngenden Führungsschiene (sog. Einfahrtrompete), die bei heutigen Konstruktionen – aus Gründen des Fahr-komforts – an der Seilklemme angreift und das Fahrzeug damit zwangsweise in eine horizontale Stellung bringt. Diese Zwangsführung, verbunden mit einem relativ großen Trägheitsmoment des Fahrzeugs aufgrund des Hebelarms zwischen Fahrbetriebsmittel und Klemme, führt zu erheblichen Belastungen der Bauteile, insbesondere von Klemme und Gehänge. Im Bereich der Kuppelschiene wird die o. g. Führungsschiene nicht mehr beweglich sondern starr ausgeführt, so dass an dieser Stelle die Belastungen ein Maximum erreichen.Zur Dimensionierung der Bauteile müssen diese Belastungen mess-/versuchstechnisch und/oder rechnerisch ermittelt werden

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Abbildung 2:Talstation einer kuppelbaren EUB mit 4er Sesseln

Softwareentwicklung

Am Lehrstuhl fml wurde ein Programm entwickelt, das die Stationseinfahrt bei kuppelbaren Einseil-umlaufbahnen simuliert und damit die aufwendige messtechnische Erfassung unterstützen, gegebenenfalls sogar ersetzen kann. Ausgehend von einem mechanisch-mathematischen Ersatzmodell, das mit den Grundlagen der klassischen Mechanik (LaGrange, Newton-Euler-Jourdain) erstellt wird, kann mittels numerischer Methoden das Bewegungsverhalten der am Einfahrvorgang beteiligten Bauteile berechnet werden. Nachfolgend lassen sich damit die auftretenden Bauteilbeanspruchungen klassisch oder mittels FEM berechnen.

Simulation

Dynamische Systeme können über die Berechnung sog. Mehrkörpersysteme (MKS) analysiert werden. Die Grundlage bildet ein aus verschiedenen starren und/oder elastischen Teilkörpern zusammengesetztes mechanisches Ersatzmodell, dessen mathematische Lösung das Bewegungsverhalten der bzw. die Kraftwirkungen auf die Bauteile simuliert. Dabei haben sich in den letzten Jahren vermehrt kommerzielle Mehrkörper-Simulationsprogramme durchgesetzt, welche aus einem mechanischen Modell automatisch das mathematische Modell generieren und berechnen. 

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Abbildung 3: Eingabemaske zur Festlegung der Anfangsbedingungen 

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Abbildung 4: ADAMS-Modell einer kuppelbaren 6er-Kabinenbahn 

Der Lehrstuhl fml benutzt zur Simulation der Stationseinfahrt kuppelbarer Einseilumlaufbahnen das Programmsystem ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) der Fa. Mechanical Dynamics, Inc.Die Verifizierung des mechanischen Ersatzsystems erfolgt mittels Vergleich mit an Originalanlagen aufgenommenen Messdaten. 

 

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