Uni-Institute entwickeln Pendel für Deutschen Pavillon bei Expo 2010   >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

Schlaflose Nächte für Shanghai

„Balancity“ lautet der Name des Deutschen Pavillons bei der Expo 2010 in Shanghai, der auch eine ausbalancierte Energieversorgung thematisiert. Kernstück der Energiezentrale ist ein interaktives Pendel, das über akustische Signale gesteuert wird und auf seiner Oberfläche immer neue Bilder zeigt. Antrieb und Bewegungskonzept der Zauberkugel wurden an der Uni Stuttgart entwickelt. (Fotos: Milla & Partner/Schmidhuber + Kaindl, Koelnmesse International)

Am Deutschen Pavillon für die Expo 2010 in Shanghai wird derzeit kräftig gebaut. Doch auch Wissenschaftlern der Uni Stuttgart bereitete die Weltausstellung in den letzten Monaten so manche schlaflose Nacht. Gemeinsam mit dem Ausstellungsgestalter Milla und Partner entwickelten sie den Antrieb und das Bewegungskonzept für ein interaktives Pendel, das das Kernstück der Energiezentrale des Ausstellungspavillons bilden wird. Die schwebende Kugel mit dem Gewicht eines Kleinwagens gerät auf Zurufe aus dem Publikum in Schwung und zeigt während der Schwingbewegungen Bilder und Filme zum Expo-Leitthema „Better City, better Life“.

„Balancity“ lautet der Name des Deutschen Pavillons, der zeigen will, wie angenehm es sich lebt, wenn sich die Dinge im Gleichgewicht befinden – Altes und Neues, Arbeit und Freizeit, Natur und Urbanität und vor allem auch die Energieversorgung. Die Energiezentrale ist denn auch das Highlight der Balancity, und die bei jeder Bewegung geheimnisvoll glitzernde Kugel macht sie zu einer besonderen Attraktion. Gehalten von einer vier Meter langen, dünnen Stange hängt sie von der Decke des Pavillons und hat einen Durchmesser von drei Metern. Die Oberfläche ist mit fast 400.000 LED-Leuchten besetzt. Über deren Lichtpunkte werden immer neue Bilder, Farben und Formen auf die Kugel gezaubert, die sich an den Wänden widerspiegeln und dem Raum eine fast magische Atmosphäre geben.
Über einen in die Decke integrierten Antrieb wird das Pendel zu großen Schwing- und Kreisbewegungen angeregt. Der Antrieb darf dabei nur sehr kleine Horizontalbewegungen ausführen, um den Eindruck eines sich frei bewegenden Pendels zu vermitteln. Die Besucher können die Kugel über Akustiksignale zum Schwingen bringen und sogar die Richtung des Pendelausschlags beeinflussen. Dabei gilt wie so oft: Erst wenn alle gemeinsam rufen, tut sich etwas. Damit das funktioniert, werden die Gäste von Jens und Yanyan angeleitet, zwei Studenten, die die ganze Ausstellung virtuell begleiten und in der Energiezentrale real agieren.

		Konzeptionelle und technische Hürden „Es war schon eine Herausforderung, als Milla und Partner bei uns anfragte, ob es überhaupt möglicht sei, solch ein Pendel in der gewünschten Form in Bewegung zu versetzen und ob wir das Regelungs- und Antriebskonzept entwickeln könnten“, berichtet Prof. Peter Eberhard vom Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM). Da die Forscher nur knapp eineinhalb Jahre Zeit hatten, musste der gesamte Entwicklungsprozess simulationsgestützt ablaufen. Dafür konnten Eberhard und sein Institutskollege Robert Seifried, Juniorprofessor im Exzellenzcluster Simulation Technology (SimTech), weitere Partner an der Uni gewinnen. Insgesamt waren zwölf Wissenschaftler aus drei Instituten beteiligt. Am ITM wurde die Regelung entwickelt sowie das gesamte dynamische Verhalten modelliert, berechnet und simuliert als Basis für die Auslegung und die Entwicklung der Show. Das Institut für Maschinenelemente (IMA) übernahm die Konstruktion der Pendeleinheit und berechnete die Lebensdauer. Eine besondere Herausforderung war dabei die Auswahl des geeigneten Konzepts: Einerseits muss die Pendelkonstruktion betriebssicher sein und über sechs Monate und 14.000 Vorstellungen hinweg zuverlässig und wartungsfrei arbeiten. Andererseits sollte die Gestaltung so unauffällig wie möglich sein, um den Eindruck einer frei schwebenden Kugel hervorzurufen.
Auftauchen der Kugel in der Energiezentrale. (Foto: Milla & Partner/Schmidhuber + Kaindl)

Wie sich die komplexen Regelungsalgorithmen zuverlässig in eine Steuerung umsetzen lassen, welche elektromechanischen Antriebskonzepte und welche Sensorik für das Projekt geeignet sein könnten, untersuchte das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW). Auch hier gab es harte Nüsse zu knacken, denn die Wissenschaftler sollten eine neuartige Anlage entwerfen, ohne dass für die Auslegung ein vergleichbares System zur Verfügung stand. Von Anfang an spannend waren schließlich auch die sicherheitstechnischen Aspekte, da die Expo-Gäste dem Pendel sehr nahe kommen werden.

Inzwischen sind alle Aufgaben erfolgreich gelöst, und das Pendel funktioniert wie gewünscht. „Die gesamte Entwicklung lief simulationsgestützt“, berichtet Seifried, das verdeutlicht die Leistungsfähigkeit der Simulationstechnik.“ Auch wenn die Stimmungslage gelegentlich „zwischen Euphorie und Verzweiflung“ geschwankt habe, „die Beteiligung an diesem Großprojekt hat sich schon aufgrund des engen Bezugs zu Ausstellungsmachern und Medienleuten auf jeden Fall gelohnt.“ Profitieren konnten davon auch Studierende, die über Studien- und Diplomarbeiten einbezogen wurden. Während der EXPO werden in Shanghai auch Sondervorstellungen der Uni Stuttgart für eingeladene Gäste der Stuttgarter Partnerhochschulen in China sowie für Partner aus der Industrie organisiert um die Leistungsfähigkeit der Uni Stuttgart zu demonstrieren.                              zi/amg

KONTAKT
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Prof. Peter Eberhard
Institut für Technische und Numerische Mechanik
Tel. 0711/685-66388
e-mail: eberhard@itm.uni-stuttgart.de