Ein Besuch in der Boxengasse Im Maßstab 1:87 – Die Formel 1 in Hamburg

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Die Anlage lässt nicht nur Kinderherzen höherschlagen. Das Miniatur Wunderland in Hamburg zieht jedes Jahr neue Besucher in ihren Bann. Auf knapp 1.700 Quadratmetern bauen die inzwischen über 400 Mitarbeiter kontinuierlich neue Welten. In Monaco gibt es nun eine eigens entwickelte Formel-1-Strecke. Im Interview erfahren wir Details zur Technik hinter der Rennstrecke.

3,337 km und 19 Kurven. Das sind kurz und knapp die Daten des temporären Kurs des Circuit de Monaco. Nun gibt es eine kleinere Version in Hamburg. Im Gegensatz zum großen Bruder in Monaco ist der Kurs aber dauerhaft vor Ort und kann das ganze Jahr bestaunt werden. Fürst Albert II, Fürstin Charlène sowie Prinz Jacques und Prinzessin Gabriella kamen sogar nach Hamburg, um die Strecke einzuweihen. Doch wie funktioniert die Technik im 36 Quadratmeter großen Monaco eigentlich? Hierzu waren wir im Interview mit einem der Gründer-Zwillinge Gerrit Braun sowie Axel Opitz, der die letzten 11 Jahre an der Strecke gefeilt hat.

Die Strecke in Hamburg

Die Rennstrecke in Hamburg ist 21 Meter lang. Über 100.000 Zeilen Programmcode waren notwendig, um die Fahrzeuge zu bewegen. Das Interessante daran ist, dass die Steuerung von einem Computer übernommen wird, welcher die Position der Fahrzeuge kennt. Bei jedem Start eines Rennens werden dann einzelne Parameter wie Reifen usw. festgelegt. Diese Parameter geben dann den einzelnen Fahrzeugen Vorteile gegenüber den anderen. Der Computer entscheidet dann letztendlich, ob ein Überholmanöver durchgeführt wird. Kameras am Streckenrand übertragen dann das Rennen auf Monitore für die Besucher.

Sowohl die Rennstrecke als auch die Steuerung wurden von Gerrit Braun und seinen Kollegen im Miniatur Wunderland entwickelt. Allein auf der Rennstrecke sind 5.700 Hall-Sensoren und 2.800 Temperatursensoren verbaut, damit auch im Dauerbetrieb immer alles glatt läuft.

Durch die Sensoren sind die Fahrzeuge für den Computer „sichtbar“. So kann die Strecke theoretisch auf Fahrzeuge gescannt werden. Allerdings werden nach einem heftigen Crash die Fahrzeuge mit einer Angel an einem Magneten wieder zum Start gebracht. Dem Computer ist im Übrigen egal, wie die Fahrzeuge auf der Strecke stehen, somit kam es auch schon vor, dass Fahrzeuge unbemerkt den Kurs mit dem Heck voraus abfuhren. Ein seitliches Fahren wäre auch möglich, jedoch würde hier schnell eine Leitplanke im Weg sein.

Auf der Strecke befinden sich Kameras, welche jedes Rennen live auf Monitore in der Modellbau-Anlage übertragen. So kann jedes Rennen immer wieder bestaunt werden.

Die Technik

Aber was genau macht die Technik so besonders? Die Formel 1-Strecke nutzt ein ausgeklügeltes System von Halbach-Magnetarrays an den Fahrzeugen und Spulen, welche in Form von Leiterplatten die Rennstrecke abbilden. Ein Halbach-Array ist eine spezielle Anordnung von Permanentmagneten, die ein starkes Magnetfeld auf einer Seite der Anordnung konzentriert, während das Magnetfeld auf der gegenüberliegenden Seite nahezu verschwindet. Diese Anordnung wurde nach dem deutschen Physiker Klaus Halbach benannt, der sie in den 1980er Jahren entwickelte. Das Halbach-Array erzeugt im Miniatur Wunderland ein starkes und einseitiges Magnetfeld, das nach unten in Richtung der Spulen unter der Fahrbahn gerichtet ist.

Die Herausforderung bei der Umsetzung war die Entwicklung eines Systems, welches erlaubt, mehrere Fahrzeuge gleichzeitig und unabhängig voneinander zu steuern. Besonders komplex war die Synchronisation der verschiedenen Sektoren der Strecke, die durch die Fahrzeuge durchquert werden müssen. Dies erforderte eine hochpräzise Steuerungssoftware, die alle Bewegungen in Echtzeit koordinieren kann bzw. sogar eine Sekunde vorausschaut.

Hierzu wurde eine gitterartige Anordnung an Spulen verwendet, welche quasi den Stator eines Linearmotors abbildet. Diese Anordnung erzeugt dann ein Magnetfeld, welches mit den Magneten im Fahrzeug interagiert. Durch die präzise Steuerung des Stroms in den Spulen kann ein sich bewegendes Magnetfeld erzeugt werden, das mit dem Halbach-Array interagiert. Dieses sich bewegende Magnetfeld zieht das Fahrzeug nach vorne oder bremst es ab, je nachdem, wie die Ströme in den Spulen gesteuert werden. Das Besondere daran ist, dass die Fahrzeuge hier in X- und Y-Richtung bewegt werden können, was ein Überholen erlaubt. Die Überholvorgänge werden hier vom Computer berechnet und durchgeführt. Dieser kennt alle Regeln, welche die 14 Fahrzeuge auch penibel befolgen müssen. So ist den Fahrzeugen auch bekannt, wer das Safety-Car überholen darf und wer nicht.

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Auf der Suche nach Herstellern

Die Modellbau-Experten standen vor einer Reihe von ungeahnten Herausforderungen. Eine der größten Hürden war die präzise Herstellung der Leiterbahnen mit einem Abstand von nur 0,7 mm. Dies war notwendig, um die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten. Denn bei voller Geschwindigkeit macht jedes Fahrzeug 1.000 Phasensprünge pro Sekunde. Trotz der Hinweise in der Planungsphase, dass dies praktisch unmöglich sei, fand das Team schließlich einen Weg, diese Herausforderung zu meistern. Man muss bedenken, dass die Leiterbahnen höher als breit waren und somit bisher ungeahnte Probleme auftraten. Das Routing der Fahrbahn wurde automatisiert. Hierzu wurde C-Code geschrieben, welcher die einzelnen Sektoren erzeugt hat.

Aufgrund der engen Abstände und der Tatsache, dass die Leiterbahnen höher als breit waren, konnten viele Hersteller die Anforderungen nicht erfüllen, da diese weit außerhalb der Norm liegen. Es dauerte zwei Jahre, bis eine Firma gefunden wurde, die die Platinen präzise nach den strengen Spezifikationen herstellen konnte. In dieser Zeit mussten zahlreiche Anpassungen vorgenommen werden, um die Leiterplatten funktionsfähig zu machen, was nicht nur umfangreiche geometrische Berechnungen und Datenanpassungen erforderte, sondern auch erhebliche Herausforderungen in der thermischen Stabilität mit sich brachte.

Das Problem mit „Chantal“

Wenn man häufig über Fehler spricht, kann die ständige Beschreibung Zeit kosten. Codenamen der Fehler halfen den Modellbauern im Miniatur Wunderland dabei, diese zu unterscheiden. So stand beispielsweise „Chantal“ für ein Fehlerbild, bei dem Fahrzeuge in komplexen Kurvensituationen einfach stehen blieben. Dies trat immer bei zu engen Kurvenfahrten in Sektorübergängen auf. An manchen Stellen kommt es nämlich vor, dass die Fahrzeuge vier Sektoren gleichzeitig überfahren. Kommt dann noch eine Kurve hinzu, schlug „Chantal“ wieder zu. Hier machen nicht perfekt nebeneinanderliegende Leiterbahnen voraussichtlich Probleme.

Die Anlage verfügt über ein System, um Fehler in Echtzeit zu beheben. Dafür muss diese in der Lage sein, Fehler wie das Stehenbleiben von Fahrzeugen oder das Auftreten von Störungen zu erkennen und zu beheben. Hierzu wurden umfangreiche Algorithmen entwickelt, um Fehler automatisch zu diagnostizieren und um automatisiert Abhilfe zu schaffen.

Man muss bedenken, dass es sich bei den Fahrzeugen um massereiche Objekte handelt, welche frei beweglich auf einer Leiterbahn fahren. Durch zu große Kurvengeschwindigkeiten oder Kollisionen können diese schnell einmal die Position verlassen. Jedoch wird vom Computer eine Position vorausberechnet, auf welche die Fahrzeuge gezogen werden, deshalb ist eine genaue Koordination enorm wichtig.

Von der Vision zur Realität

Das Projekt begann mit einer klaren Vision, die jedoch viele Hürden auf dem Weg zur Umsetzung überwinden musste. Die Modellbauer mussten zahlreiche technische und praktische Probleme lösen, von der Gewichtsbalance der Fahrzeuge bis hin zur Vermeidung statischer Aufladung. Einige Lösungen wurden durch intensives Testen und Anpassungen gefunden, während man bei anderen unter anderem kreative Ansätze, wie das Bewusste „Springenlassen“ der Fahrzeuge, zur Vermeidung von elektrostatischen Problemen versuchte.

Die Vision, eine realistische und fehlerfreie Modellrennstrecke zu schaffen, war von Anfang an ambitioniert. Was eigentlich als nicht allzu komplexes Projekt geplant war, nahm schnell größere Ausmaße an. An eine Bauzeit von 11 Jahren dachte zu Beginn keiner, doch trotz aller Herausforderungen gelang es dem Team, ein System zu entwickeln, das sowohl technisch beeindruckend als auch zuverlässig ist. Schließlich hat die Anlage an 365 Tagen im Jahr geöffnet. Der Prozess erforderte nicht nur technisches Know-how, sondern auch eine hohe Flexibilität und Kreativität, um unvorhergesehene Probleme zu lösen. Natürlich ist die Modellbahn-Anlage beeindruckend, doch wenn man mit den Entwicklern spricht und das Herzblut und die Leidenschaft am Projekt sieht sowie die enormen Arbeitsstunden und schlaflosen Nächte berücksichtigt, so stellt man schnell fest, dass in den 21 Metern Rennstrecke ein Traum steckt, welcher zur Realität wurde.

Zukunftsaussichten und neue Projekte

Ein weiteres spannendes Projekt, das in der Planung ist, ist die Umsetzung einer Achterbahn mit ähnlicher Technik. Aktuelle Modell-Achterbahnen fahren den Kurs zwar ab, aber die Geschwindigkeit lässt sich nicht regulieren, weswegen die Bewegungen nicht natürlich aussehen. Hierzu soll ebenfalls das Halbach-Array eingesetzt werden. In Kooperation mit dem Europapark Rust, wird hier ein originalgetreues Modell entstehen.

Auf die Frage, ob es jemals eine Version für die Kinderzimmer oder Man Caves dieser Welt geben wird, antworteten die beiden übrigens, dass hierzu ein entsprechender Hersteller auf das Miniatur Wunderland zukommen müsste und alle weiteren Schritte übernehmen müsste. Wir müssen also weiter hoffen.

Schlusswort

Die Formel 1-Rennstrecke von Hamburg ist ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie eine Idee durch Hingabe zur Realität werden kann. Sie ist ein Paradebeispiel dafür, wie weit man mit Kreativität, Hartnäckigkeit und technologischem Know-how kommen kann. Das Projekt ist nicht nur ein technisches Meisterwerk sondern auch ein Zeugnis für die Leidenschaft und das Engagement der Modellbauer, die stets daran arbeiten, ihre Visionen in die Realität wahr werden zu lassen.

An dieser Stelle möchte ich nicht nur als Redakteur, sondern auch im Namen aller Fans ein großes Dankeschön aussprechen. Bei Niklas Weissleder für die Organisation des Interviews, bei Axel Opitz und Gerrit Braun für die Zeit und vor allem auch der Offenheit bei der Beantwortung aller Fragen sowie beim gesamten Team des Miniatur Wunderlands für die Leidenschaft und Hingabe beim Bau der Anlage. (mr)

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