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Die Projektdefinition

Moog schloss kürzlich ein anspruchsvolles und prestigeträchtiges Projekt ab, das umfangreiche Kenntnisse in elektrischer Bewegungssteuerung und sorgfältigstes Projektmanagement verlangte: Der Spezialist für Antriebslösungen wurde mit der Erstellung eine Steuerarchitektur zum Verfahren des neuen Faltdachs über dem berühmten Centre Court in Wimbledon beauftragt. Hier wird das zweifelsohne prestigeträchtigste Tennisturnier der Welt ausgetragen, das allein 2007 ganze 748,4 Millionen Haushalte am Fernsehen verfolgten. Um diese antriebstechnische Herausforderung zu meistern, waren Produkte gefragt, die sicher, ruhig, schnell und präzise funktionieren – wie die  Weltklasseprodukte von Moog. Zudem sollte das Projekt pünktlich zu den Championships 2009 fertig werden, um unter den kritischen Augen der versammelten Tenniswelt zu bestehen.

Blick auf den Wimbledon Centre Court vom Dach aus.

Der Auftrag umfasste die Lieferung von 148 Steuerachsen einschließlich Bauteilen und Software zur Steuerung der Dachbewegung. Gemeinsam erarbeiteten Ingenieure aus Großbritannien, Deutschland, Italien, Irland und den USA eine überzeugende Lösung für diesen ganz besonderen Kunden, von der Festlegung der Anforderungen bis hin zu Umsetzung und Instandhaltung.

Die Umsetzung

Wimbledon: Der Name steht für eine weltberühmte Sportstätte mit einer langen Tradition. Hier findet mit den Lawn Tennis Championships ein Tournier statt, das 750 Millionen Haushalte am Fernsehen verfolgen und über 10 Millionen Menschen insgesamt 46 Millionen Mal im Internet anklicken, um ihre Augen dann im Schnitt 70 Minuten lang nicht von dem heiligen Rasen abzuwenden.

Man muss kein überzeugter Tennisfan sein, um zu wissen, dass das britische Wetter den Wimbledon Championships im All England Lawn Tennis and Croquet Club bisweilen eine Zwangspause verordnet. Angesichts der zunehmenden Beliebtheit des Turniers, wachsender Zuschauerzahlen und der Aufmerksamkeit der Weltpresse gewannen unterbrechungsfreie Matches jedoch mehr und mehr an Bedeutung. Bald war klar, dass eine neue Lösung benötigt wurde: ein Dach über dem weltberühmten Centre Court. Hier kam dann Moog ins Spiel. Als einer der Weltmarktführer für Antriebstechnik sollte das Unternehmen die kühne Vision in die Praxis umsetzen – ein nicht ganz einfaches Vorhaben.

Die ersten Gespräche erfolgten bereits im Jahr 2004. Moog und verschiedene weitere Experten wurden gebeten, Lösungsvorschläge für das komplexe Steuerungsproblem zu erarbeiten, das ein angetriebenes Faltdach darstellt. Zunächst zog man hydraulische Aktoren in Erwägung, doch die Moog-Ingenieure kamen gemeinsam mit den Konstruktionsteams zu dem Schluss, dass diese hier nicht ideal wären – Lärm und Vibration der zahlreichen Hydraulikaggregate könnten ein Problem darstellen, zudem musste mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden, dass Öl auf den Rasen tropft.

An diesem Punkt kam das Fachwissen von Moog zum Zug. „Die Antwort lautete: elektrische Aktoren. Wir hatten eine Lösung, die sowohl die technischen Anforderungen erfüllte als auch den architektonischen Vorstellungen entsprach. Darüber hinaus würde unser System kaum Geräusche verursachen, und auch das Risiko von Öl auf dem Rasen war gleich null – einfach perfekt", so Projektleiter Ian Bartlett.

„Dank unserer Erfahrung mit hydraulischen und elektrischen Systemen sind wir völlig unvoreingenommen und können in solchen Fällen eine absolut technologienneutrale Empfehlung abgeben. Bei diesem Projekt erwies sich ein vollelektrischer Ansatz als beste Lösung", erklärt Bartlett. „Die Architekten stellten sich ein Dach vor, das in geöffneter Stellung so wenig Platz wie möglich einnimmt, damit der Rasen weitestgehend in der Sonne liegt. Zudem sollte dadurch auch die Luftzufuhr sichergestellt werden. Der Vorschlag von Moog war denn auch eine der Lösungen, mit denen die Architekten ihre Ideen realisieren konnten, ohne Abstriche bei der Funktionalität des Systems zu machen.“

Die Funktionsweise

Zusammenarbeit, technisches Know-how und Produkte von Weltklasse sorgten dafür, dass das neue Faltdach in Wimbledon pünktlich fertig gestellt wurde. Noch dazu erhielt es hervorragende Kritiken. „Neben den offensichtlichen funktionalen Aspekten – Stichwort zügiges und präzises Schließen – musste natürlich auch sichergestellt werden, dass das Dach rechtzeitig zum diesjährigen Turnier einsatzbereit war“, erinnert sich Bartlett.

Im Rahmen einer komplexen Hierarchie von Vertragsunternehmen läuteten Galliford Try, die 1973 mit der Pflege der Sportstätte beauftragt wurden und seit 1994 für das Gesamtkonzept verantwortlich zeichnen, die Installationsphase des Faltdachs ein. Gleichzeitig wurden umfassende Änderungen an der Konstruktion und den Einrichtungen des Centre Court vorgenommen, um das neue Dach montieren zu können. Watsons übernahm die umfangreichen Stahlarbeiten, SCX die mechanischen Gewerke. Die gesamte Infrastruktur wurde dann mithilfe der Elektroprodukte von Moog zum Leben erweckt: Moog sorgte für das elektrische Hochleistungs-Steuerungssystem bestehend aus elektrischen Aktoren, Servomotoren, Servoantrieben und Regelungen. Zusätzlich stellte Moog gemeinsam mit einem Partner das Überwachungs- und Datenerfassungssystem bereit. Insgesamt lieferte Moog 148 Steuerachsen und 40 Steuerschränke, die auf den Dachträgern und in dem Steuerpult im Kontrollraum des Centre Court untergebracht sind. Mithilfe der entsprechenden Software bewegen diese Teile mehr als 1.000 Tonnen Stahl, der sicher über die 15.000 Zuschauer hinweg gleitet. 

Vorteile der Moog-Lösung

Hauptsteuerpult im Testbetrieb

Das neue Dach funktioniert ähnlich wie eine Ziehharmonika: Metallrippen oder auch „Träger“ stützen ein transparentes Industriegewebe. „Diese Träger sind im Prinzip umgekehrte Dreiecke, die von den Endarmen gestützt und von elektrischen Aktoren präzise bewegt werden. Sie sind ein bewegliches Bauteil des Dachs. Die Bewegung muss an beiden Enden der Träger absolute punktgenau erfolgen“, erläutert Ian Bartlett. Mit dieser Konstruktion kann das Dach in das Gebäude eingefahren werden. Wenn das Dach hingegen geschlossen ist, hat man durch die Transparenz den Eindruck, im Freien zu sitzen.

Das Faltdach besteht aus 9 Bahnen mit gespanntem Gewebe, die in zwei Abschnitte unterteilt sind (Nord und Süd). Der Abschnitt Nord besteht aus 5 Gewebebahnen, der Abschnitt Süd aus 4. Jede Gewebebahn wird auf beiden Seiten durch einen Stahlträger gehalten. Damit spannen insgesamt 10 Träger das Gewebe mit einer Fläche von rund 5.200 m² über dem 77 m breiten Platz auf. So bleibt der Rasen trocken, erhält aber dennoch Tageslicht.  Die Enden jedes Trägers werden von einem schienengeführten Räderwerk unterstützt, das auf dem neu montierten „festen“ Dach über dem Centre Court verfährt. So lässt sich das Dach in nur acht Minuten schließen.  Ist Regen der Grund, kommen jedoch nach wie vor die Platzwarte zum Einsatz, die den Rasen mit Planen abdecken, bis dass das Faltdach komplett ausgefahren ist.

Räderwerkmotor auf der Schiene

Das Dach bietet 5 Betriebsarten, die jeweils durch einen Taster aktiviert werden:

1. In Parkposition fahren

Das Dach besteht aus zwei „Hälften“, dem Nord- und dem Südabschnitt. Die meiste Zeit des Jahres werden beide Abschnitte auf der Nordseite des Centre Courts gelagert.

Benötigt man das Dach nicht für das Turnier, so wird der Südabschnitt zur Lagerung „in die Parkposition“ am Nordende des Stadions gefahren. Dadurch liegt der Platz weitestgehend in der Sonne – insbesondere in den Wintermonaten. Das Süddach löst sich aus dem festen Dach und fährt in Richtung Nordabschnitt.

Die SPS übermittelt den Moog Servo Controllern (MSC), die die Bewegung des „ersten“ Trägers steuern, die gewünschte Zielposition. Jeder Träger wird an jedem Ende von einem solchen MSC gesteuert. Der Master-MSC erstellt das Steuerprofil, das auf beiden Seiten zur Regelung der Räderwerkbewegung dient. Die Feedback-Position aller Träger wird mit einer Präzision von 0,1 mm über die gesamte Dachlänge gemessen.

Der Master sorgt für die laufende Überwachung auf Positionierungsfehler und passt die Steuerposition an, um eine genaue Lage über das gesamte Dach sicherzustellen. Der erste Träger übermittelt zudem ein Unterstützungsmoment an die nachfolgenden Träger-Räderwerke, sodass sich alle Träger gemeinsam mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/s in Richtung Nordabschnitt bewegen. Wenn sich das Süddach dem Norddach nähert, wird die Geschwindigkeit verringert, bis dass es am Ende langsam in die Endlage einfährt. Dann greifen die beiden Abschnitte ineinander und bleiben in dieser Position, bis dass sie erneut benötigt werden.

2. Turnierbetrieb

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Im Turnierbetrieb läuft dieser Prozess in umgekehrter Richtung ab, und die Abschnitte des Süddachs bewegen sich nach Süden, wo sie wieder an das feste Dach angekoppelt werden. Wenn die die Südabschnitte am Ende des Verfahrwegs in ihrer Position einrasten, befinden sich die Träger auf 0,5 mm genau in der gewünschten Lage.

3. Dach ausfahren/schließen

Jeder Halbträger wird von einem eigenen Steuerpult gesteuert. Dabei sorgt jeder MSC für die synchrone Steuerung von 2 Endarmen, 2 Haltearmen und 2 Räderwerkmotoren. Die End- und Haltearme werden im Positionssteuerungsbetrieb, die Motoren der Räderwerke im Drehmomentbetrieb gesteuert. Die für die Steuerung jeweils einer Trägerhälfte zuständigen MSC kommunizieren miteinander, sodass der gesamte Träger synchronisiert wird.

Soll das Dach geschlossen werden, so wird jeweils ein Träger im Nord- und Südabschnitt ausgefahren. Diese Bewegung erfolgt über die Räderwerke und die Endarm-Baugruppen. Die Endarm-Baugruppen sehen aus wie riesige umgekehrte Gelenke, die sich von einem sehr steilen und engen „V“ in ein weites und flaches „V“ verwandeln. Während der Bewegung verfährt die Spitze des „V“ nach oben und die Enden nach außen. Dadurch entfernt sich der jeweilige Träger von dem benachbarten Träger. Diese Bewegung wird mithilfe von vier Endarm-Aktoren pro Seite gesteuert. Jeder Aktor kann am Stangenkopf eine Druck- und Zugkraft von 35 Tonnen aufbringen. Die Aktoren sind mit der Endarm-Baugruppe verbunden, was für einen erheblichen mechanischen Vorteil sorgt.

Die Lage aller Endarm-Aktoren wird mithilfe eines integrierten Absolutwertgebers geregelt. Alle 8 Aktoren werden von den MSC synchronisiert. Da die Endarm-Baugruppe den mechanischen Vorteil und Änderungen des Hebelverhältnisses übernimmt, gleicht der MSC Änderungen mithilfe einer Tabelle aus, wobei die aktuelle Aktorposition mit einer linear errechneten Position verglichen wird. Diese Prüfung ist deshalb wichtig, weil der MSC die Endarm-Aktoren nicht nur synchronisieren, sondern auch das Räderwerk direkt unter dem Ende des Trägers anordnen muss, um diesen in einer vertikalen Position zu halten. Über der Mitte jedes Dachabschnitts befinden sich 4 Haltearm-Baugruppen, die alle über einen separaten Aktor verfügen. So wird die Form des Trägers über die gesamte Länge beibehalten. Zudem stellt man so sicher, dass die Träger gerade aufeinander treffen, wenn Nord- und Südabschnitt vollständig ausgefahren sind. Diese Aktoren funktionieren auch über eine nichtlineare Verbindung und müssen ebenfalls mit den Endarmen und den Räderwerken synchronisiert werden.

Endarm-Aktor | Haltearm-Aktor, voll ausgefahren

Ist ein Träger ausgefahren, werden Halte- und Endarme verriegelt, und der nächste Träger folgt. Währenddessen wird ein Moment an die Räderwerkmotoren des bereits ausgefahrenen Träger gesandt, um eine einheitliche Bewegung sicherzustellen. Wenn der letzte Träger ausfährt, bringen die Aktoren und Motoren dieses Trägers somit ungefähr die gleiche Kraft auf wie die des ersten Trägers, der separat ausgefahren wurde.

4. Ausgefahrenes Dach

Das Einfahren des Dachs erfolgt ähnlich wie das Ausfahren.

Sicht von unten (ohne Gewebe)

5. Sonnenschutz-Betrieb

Der erste Träger am Süddach kann ausgefahren werden, um die Royal Box vor der Sonne zu schützen. Aus dieser Position ist es dann möglich, das Dach je nach Laune des britischen Wetters entweder aus- oder einzufahren.

Vorteile der Moog-Lösung

Das Dach wurde im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Laufruhe, Geschwindigkeit, Sicherheit und Präzision konzipiert. Je weniger man von dem Dach merkt, desto besser erfüllt es seinen Zweck. Ist es erst einmal komplett ausgefahren, nimmt man es dank seiner Transparenz kaum mehr wahr.

Für dieses Projekt mussten unsere Ingenieure aus Großbritannien, Deutschland, Italien, Irland und den USA gemeinsam eine Antriebssteuerungslösung entwickeln und realisieren, die genau den strengen Anforderungen dieses anspruchsvollen Projekts entsprach. Aber nicht nur die direkt Beteiligten waren enorm stolz, bei einem derart prestigeträchtigen Auftrag mitzuwirken – sondern die gesamte Belegschaft von Moog. Einmal mehr wurde hier der partnerschaftliche Ansatz deutlich, den wir bei komplexen Aufgabenstellungen mit mehreren Gewerken einbringen. Hinzu kam, dass in diesem Fall der traditionelle Charakter der Sportstätte trotz modernster Technik gewahrt werden musste. Eine Tradition allerdings, die selbst hartgesottenste Wimbledon-Fans dieses Jahr wohl kaum vermissen werden, ist die Ansage: „Rain stopped play“.

Zum Autor

Ian Bartlett war zunächst in seiner Funktion als Senior Project Engineer an verschiedenen elektrohydraulischen Anwendungen beteiligt. Danach übernahm er als Engineering Solutions Manager für die Industrial Engineering Group von Moog in Tewkesbury, England (MCL) die Verantwortung für das Engineering-Team. Seit 2009 ist Ian Bartlett im Rahmen der European Control Solutions Organisation als European Programme Manager für Stromerzeugung und als MCL Local Engineering Coordinator  tätig. Ian Bartlett studierte Elektrotechnik und verfügt über umfassende Erfahrung mit elektrischen sowie mechanischen/hydraulischen Systemen.

Simon Furnell, Moog Senior Applications Engineer, trat 2001 in das Unternehmen ein. Er hat von der ersten telefonischen Anfrage bis hin zur letzten Abnahme an dem Projekt mitgearbeitet und eine Schlüsselrolle in den frühen Entwicklungsphasen, bei Softwareentwicklung und Tests übernommen, wobei er häufig unter widrigen Witterungsbedingungen arbeiten musste. Simon Furnell erwarb an der Universität Bath einen Bachelor in Maschinenbau und einen Master in Fluidtechnik.