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Steuerung Flugzeuge sicher bewegen mit sicherer Steuerungstechnik

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Rudolf Filser* / Jan Vollmuth

Bei der Entwicklung eines wendigen Flugzeugschleppers entschied sich Hersteller Goldhofer für eine Steuerung, die nicht nur flexibel und leistungsstark ist, sondern auch sicherheitsrelevante Funktionen zuverlässig ausführt.

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Die Fahrantriebssteuerung des neuen High-Speed-Towing-Flugzeugschleppers von Goldhofer setzt auch sicherheitsrelevante Funktionen zuverlässig um.
Die Fahrantriebssteuerung des neuen High-Speed-Towing-Flugzeugschleppers von Goldhofer setzt auch sicherheitsrelevante Funktionen zuverlässig um.
(Bild: Goldhofer)

Der Flugzeugschlepper wirkt klein, die Boeing 777 ungeheuer – und doch bringt der knapp 9 m lange Schlepper das rund 8-mal längere Ungetüm mit seinen fast 74 m Spannweite zielstrebig und scheinbar mühelos an dessen Parkposition.

Stangenloser Schlepper der vierten Generation

Bei dem kleinen Flugzeugschlepper mit der großen Kraft handelt es sich um einen High-Speed-Towing-Flugzeugschlepper AST-2P/X der Firma Goldhofer. Mit ihm können kleinere Flugzeuge angefangen von der Embraer170 bis hin zur Boeing B777-300ER, dem derzeit größten zweistrahligen Flugzeug, und dem A340 bewegt werden. Der Schlepper zeichnet sich durch ein neues, kompaktes und modulares Fahrzeugkonzept aus. Hier ist in erster Linie die hydrostatisch angetriebene Lenkachse für beste Traktion auch bei geringer Auflast zu nennen.

Zudem besteht die Wahl zwischen zwei Motorstärken für das Fahrzeug. Die eingesetzten Dieselmotoren erfüllen alle geforderten internationalen Abgasnormen Euro IIIa oder IVf. Zusätzlich ist ein 3-Kreis-Bremssystem installiert, das die Bremskraft für bestmögliche Stabilität und Sicherheit optimal aufteilt.

Start-Stopp-Automatik reduziert Kraftstoffverbrauch

Die Stromversorgung des Flugzeuges ist während des Schleppbetriebes über eine Ground Power Unit (GPU), die auch nachträglich in jedes dieser Fahrzeuge eingebaut werden kann, sichergestellt.

Bedingt durch den Betrieb auf Flughafenvorfeldern gibt es viele Wartezeiten. Dieses Kosteneinsparpotential beim Kraftstoffverbrauch wurde durch den Einbau einer Start-Stopp-Automatik genutzt. Hierdurch kann nicht nur der Dieselverbrauch erheblich gesenkt werden, auch die Wartungskosten der Schlepper werden verringert, da die Wartungsintervalle direkt von den Betriebsstunden abhängen. Für den Kunden sind dies weitere Bausteine zur Reduzierung der „Total Cost of Ownership“ (TCO).

Fahrantrieb spielt eine zentrale Rolle

Im oben beschriebenen System spielt der Fahrantrieb eine zentrale Rolle. Das dieselhydraulische Fahrantriebssystem baut auf einer Pumpe und zwei Hydraulikmotoren auf, die über ein Summiergetriebe eine Differential-Lenk-Achse antreiben. Pumpe und Motoren werden über eine elektrische Proportionalverstellung geregelt. Die Energie für das Antriebssystem liefert ein 231KW (optional: 283 KW) starker Cummins QSL9 Dieselmotor.

Die Flugzeugaufnahme am Flugzeugschlepper.
Die Flugzeugaufnahme am Flugzeugschlepper.
(Bild: Goldhofer)

Die Steuerung des Antriebssystems übernimmt der Drive Line Controller (DLC). Der DLC ist zuständig für das gesamte Fahrmanagement und die flugzeugtypabhängige Zugkraftbegrenzung, da beim Schleppvorgang nur mit begrenzter Zugkraft am Bugrad gezogen werden darf. Die Zugkraftbegrenzung ist im DLC durch eine dynamische, flugzeugtypabhängige Hochdruckabschneidung realisiert. Zusätzlich ist der DLC für die Funktionalität der Start-Stopp Automatik zuständig.

Starke und sichere Steuerung gesucht

Bei der Auswahl der Fahrantriebssteuerung wurde eine flexible und leistungsstarke Steuerung gesucht, die in der Lage ist, die sicherheitsrelevanten Funktionalitäten zuverlässig auszuführen. Die Steuerung sollte auf andere Flugzeugschleppertypen adaptierbar sein und die nötige Performance bieten, um aktuelle und zukünftige Anforderungen sicher abzudecken.

Die frei programmierbare Steuerung ESX-3XL von STW.
Die frei programmierbare Steuerung ESX-3XL von STW.
(Bild: STW GmbH)

Mit dem nach den Normen DIN IEC 61508: SIL 2 und DIN EN ISO 13849: PL d zertifizierten 32-Bit-Steuergerät ESX-3XL Safety der Firma Sensor-Technik Wiedemann, kurz STW, wurde eine Lösung gefunden, die diesen Anforderungen gerecht wird.

Die Basis der Steuerung bildet ein 32-Bit Tri-Core-Controller mit 150 MHz Core, 4 MByte RAM, 6 MByte Flash und 32 KByte EEPROM. Neben den flexiblen Anpassungsmöglichkeiten in der Grundausstattung – beispielsweise können alle Eingänge über Init-Funktionen als Strom-/Spannungs-/Digital- oder Drehzahleingänge konfiguriert werden – ist die Skalierbarkeit über Erweiterungsboards ein besonderes Merkmal der ESX-3XL. Da die Steuerung mit bis zu sechs dieser Erweiterungsboards jederzeit ausbaubar ist, wächst es einfach mit dem Projekt flexibel mit. Aktuell sind 14 Erweiterungsboard-Varianten mit verschiedenen Ein- und Ausgängen, zusätzlichen RS232/RS485/CAN-Schnittstellen oder auch ein programmierbares Linux-System inkl. Ethernet und USB verfügbar.

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