Pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch bewegen?

Kinetik: Antriebe für szenische Bewegungen

Ohne Antrieb keine Bewegung – deren Prinzip und Ausführung erschließt unterschiedliche Möglichkeiten in der Gestaltung kinetischer Effekte.

(Bild: Jorrit Lousberg)

 

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Als Antriebe für alle Arten von szenischen Bewegungen – Kinetik – stehen hydraulische (Flüssigkeit), pneumatische (Gas) oder elektrische Systeme zur Verfügung. Hydraulische Systeme sind in der Lage, schwerste Lasten zu bewegen und werden üblicherweise bodenstehend zum Anheben eingesetzt. Aufgrund der relativ hohen Geräuschentwicklung muss ein Aggregat bei geräuschsensitiven Anwendungen möglicherweise schallgeschützt eingebaut oder weiter entfernt positioniert werden. Über Schlauchleitungen wird die Flüssigkeit dann zum eigentlichen Bewegungsmechanismus gebracht. Eine eventuelle Leckage der Leitungen kann je nach verwendeter Flüssigkeit auch über den damit verbundenen Funktionsausfall hinaus problematisch werden. Wenn es um Bewegungen über größere Distanzen und höhere Geschwindigkeiten geht, haben andere Systeme Vorteile.

Pneumatische Antriebe eignen sich besonders für schnelle und leichte Anwendungen, wie die Auslösung eines Kabukivorhanges oder die Öffnung des Verschlusses einer Falltür. Möchte man das Anwendungsfeld von pneumatischer Kinetik weit definieren, würden auch Skydancer – durch Ventilatoren bewegte Stofffiguren – oder die besonders beim ESC beliebte Windmaschine zur dramatischen Bewegung von Frisur und Kleid dazugehören. Auf der Tour von Philipp Poisel sollte ein Fahrzeug an einer Bühnenposition mit ausfahrbaren Stempeln leicht angehoben werden. Damit die Hebemimik nicht in der Bühne eingebaut werden musste, wurden im Fahrzeug ausfahrbare Zylinder montiert, die mittels einer im Fahrzeug mitgeführten Druckluftflasche im gewünschten Moment aktiviert wurden – eine autarke und effektive Lösung.

Die wahrscheinlich vielseitigste Antriebsform für den mobilen Bereich ist elektrisch. Sie vereinbart vertretbare Gerätegrößen, Installierbarkeit, Anbindungsmöglichkeit an weitere Systeme mit breiter Verfügbarkeit auf dem Markt und sie ist relativ einfach skalierbar. Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern lassen sich Richtung und Geschwindigkeit von Elektromotoren steuern. Es ist allerdings nicht so, dass sich geforderte Eigenschaften nicht auch mit anderen Antriebsformen erreichen lassen. „Die einzusetzende Technologie hängt immer von der jeweiligen Anforderung ab“, weiß Peter Roth-Lipkow von schoko pro, einem Veranstaltungstechnikdienstleister mit langjähriger Erfahrung im Bereich Kinetik. „Der erste Schritt ist die Suche nach einer technischen Lösung für die jeweilige Aufgabe.“

Bandzüge finden insbesondere dann Anwendung, wenn Winden zu groß und zu schwer sind und ein Kettenzug nicht die gewünschten Eigenschaften bezüglich Geschwindigkeit und Geräuschentwicklung bietet

 

Soll etwas auf dem Boden verfahren werden, ist ein durch einen Elektromotor angetriebenes Reibrad naheliegend. Drehbühnen und Bühnenpodeste können so einfach bewegt werden; bei Verwendung von Akku und Funksteuerung ist dies auch ohne lästige Verkabelung möglich. Durch Einsatz von mehreren Antriebsrädern kann man Fahrten mit Richtungsänderungen vornehmen. Sind exakte Positionserfassung und genau Wegführung wichtig, bietet sich die Verwendung von Schienensystemen auf dem Boden an. In jedem Fall muss der mögliche Schlupf des Antriebes berücksichtigt werden, um ein Durchdrehen des Antriebes zu verhindern. Auch Unebenheiten des Untergrundes können die Verwendung eines Reibradantriebes stören. Die Standsicherheit hoher Aufbauten, wie zum Beispiel zu bewegende LED-Wände, ist natürlich zu berücksichtigen und es sind dafür die notwendigen statischen und dynamischen Berechnungen zu erstellen. Auch die Tragfähigkeit des Untergrundes spielt dabei eine wichtige Rolle. Sollte die jeweilige Anforderung die Verwendung eines Schienensystems unter der zu bewegenden Last nicht erlauben – zum Beispiel weil eine Schiene im Bühnenboden nicht möglich oder im Sichtbereich des Publikums nicht gewünscht ist – kann man abhängig von der Unterkonstruktion des Fahrwagens die Schiene zur Bewegungsführung auch unter der rückwärtigen, dem Publikum abgewandten Seite des Basements befestigen und an der Vorderkante nur freilaufende Rollen verwenden.

Seilwinde mit Handhebeln für manuellen Ablass

Vertikalbewegungen

Geht es um Vertikalbewegungen, ist der Elektrokettenzug ein weit verbreitetes Hebezeug, besonders für mobile und variable Einsätze. Winden und Bandzüge haben allerdings auch ihre Anwendungsbereiche. Bei den in der Veranstaltungsbranche eingesetzten Winden wird ein Seil als Tragmittel verwendet, welches im Vergleich zu einer Kette dünner und filigraner und damit optisch vorteilhaft ist. Dabei muss gemäß den einschlägigen Vorschriften das Seil durch Rillen geführt auf eine Seiltrommel gewickelt werden und darf nicht übereinander laufen. Die Trommelgröße gibt daher mit Durchmesser und Trommellänge die Maximalseillänge vor, wodurch das Baumaß bei Winden mit langen Seilen im Vergleich zu anderen Antrieben deutlich größer ist. Durch entsprechende Umlenkungen oder windeninterne mechanische Verstellungen wird sichergestellt, dass der Ableitpunkt des Seiles nach unten immer an der gleichen Stelle erfolgt, um zu vermeiden, dass sich die Position je nach Trommelwicklung verschiebt. Im Betrieb sind Winden relativ geräuscharm; eine mechanische Ablasseinrichtung mit manuell zu öffnenden Bremsen zum Ablassen einer Last im Störfall – zum Beispiel bei Stromausfall – ist eine sinnvolle Zusatzausstattung, insbesondere bei der Verwendung in Personenflugwerken. Geräte für den mobilen Betrieb in der Veranstaltungstechnik werden auch fest eingebaut in Standardtraversenteilen angeboten, um eine Montage im mobilen Einsatz zu vereinfachen.

 

Mit Winden lassen sich üblicherweise Geschwindigkeiten von 1 bis 3 Metern pro Sekunde und für Sonderanwendungen circa 8 Metern pro Sekunde (480 Metern pro Minute/ knapp 30 km/h) erreichen. Einsatzmöglichkeiten bestehen durch die hohen Geschwindigkeiten und das unauffällige Tragmittel neben anderen Anwendungen auch im Bereich von Personenflugwerken und Fahrzeugenthüllungen. Bei hohen Geschwindigkeiten sind jedoch die deutlich erhöhten dynamischen Lasten im Störfall für das Tragwerk als auch für die angehängten Lasten, insbesondere bei Personenflugwerken zu berücksichtigen.

Bei Bandzügen wird ein Präzisionsstahlband mit einer Stärke von üblicherweise circa einem halben Millimeter als Tragmittel verwendet. Bei dieser Konstruktion – auch als Bobine bezeichnet – wird das Band spulenförmig aufeinander gewickelt, wodurch sich eine kompakte Bauform erreichen lässt. Ein Band als Tragmittel ist drallfrei und dehnungsarm. Auch hier sorgt eine entsprechende Bandführung dafür, dass trotz sich je nach Grad der Abwicklung änderndem Durchmesser der Bandrolle die Position am Ableitpunkt gleich bleibt. In Bezug auf die Steuerung ist jedoch zu berücksichtigen, dass sich Drehmoment und Bewegungsgeschwindigkeit der angehängten Last durch den sich ändernden Durchmesser der Bandrolle bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit der Achse ändert. Auch hier lassen sich mit bis zu 1,2 Metern pro Sekunde / 72 Meter pro Minute hohe Geschwindigkeiten mit geringer Geräuschentwicklung erreichen. Als Nachteil könnte man die Tatsache empfinden, dass das Stahlband zwar nur ein Bruchteil eines Millimeters stark, aber einige Zentimeter breit und damit optisch in manchen Anwendungen problematisch ist. Bandzüge finden insbesondere dann Anwendung, wenn Winden zu groß und zu schwer sind und ein Kettenzug nicht die gewünschten Eigenschaften bezüglich Geschwindigkeit und Geräuschentwicklung bietet.

Der bereits eingangs erwähnte Elektrokettenzug hat in der Branche eine hohe Verbreitung in unterschiedlichen Ausführungsvarianten. Vorteile sind ein kompaktes Baumaß, flexible Einbaumöglichkeiten und hohe Traglasten. Während Winden und Bandzüge je nach Ausführung einige hundert Kilogramm tragen können, ermöglichen Kettenzüge für szenische Bewegungen Traglasten von über 2 Tonnen. Die verwendeten Ketten sind relativ unempfindliche Tragmittel und durch Austausch von Kette und Kettenspeicher lässt sich die Anwendungshöhe der Geräte im Vergleich zu anderen Systemen einfach skalieren. Aufgrund industrieller Mengenproduktion können Elektrokettenzüge – wiederum im Vergleich zu anderen in der Veranstaltungsbranche einsetzbaren Geräten – günstig angeboten werden. Abhängig von Ausführung und zu bewegenden Gewichten lassen sich Geschwindigkeiten von circa 40 Meter pro Minute realisieren. Als Nachteil wäre neben den Fahrgeräuschen der Polygoneffekt zu nennen, der bei Kettenzügen durch das Führen der Kette in der Kettennuss auftritt und der zunehmend mit Geschwindigkeit und Kettengröße zu einem Aufschwingen der angehängten Last während der Fahrten führen kann.

Alternative Positionierungen von Antrieben

Alle Hebezeuge müssen sich nicht notwendigerweise senkrecht über der zu bewegenden Last befinden, sondern können über Umlenkungen günstiger – zum Beispiel auch auf dem Boden – positioniert werden. Gründe dafür könnten eine begrenzte Tragfähigkeit des Hallendachs oder des Traversensystems sein, welches man nicht zusätzlich durch das Eigengewicht des Antriebes belasten möchte oder auch eine einfachere Erreichbarkeit – zum Beispiel der Notablasseinrichtung von Seilwinden. Allerdings erhöht sich durch die Umlenkung wieder die aufzunehmende Traglast des Daches. Über am eigentlichen Tragmittel der verschiedenen Antriebe angeschlagene Stahlseile ist so eine Führung bis zur Last möglich – auch wenn eine solche Konstruktion mit Kettenzügen nicht sehr sexy ist.

Kettenzug Vorteile sind ein kompaktes Baumaß, flexible Einbaumöglichkeiten und hohe Traglasten

 

Durch die Nutzung des Flaschenzugprinzips – Einscherung genannt – kann man durch Umlenkungen des Tragmittels bei Verminderung der Tragfähigkeit die Geschwindigkeit erhöhen oder umgekehrt – je nachdem wo die Einscherung im System erfolgt. Betreibt man mit einem Antrieb mehrere Tragmittel – zum Beispiel über eine durchgehende Achse, die mehrere Seilwindentrommeln bewegt – erreicht man eine mechanische Synchronisation und umgeht die Problematik möglicher Geschwindigkeitsabweichungen einzelner Antriebe. Jens Buller vom Spezialanbieter Stage Kinetik nennt den bestehenden Materialpark: „Ein Legosystem für Erwachsene, wobei sich die verschiedenen zur Verfügung stehenden Komponenten je nach Anforderung in unterschiedlicher Konfiguration zu einem Gesamtsystem zusammensetzen lassen.“

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