Eén van de meest gebruikte lanceringstypes vandaag de dag is de LSM-lancering. Daarbij staat de afkorting LSM voor Linear Synchronous Motors (of in het Nederlands: lineaire gesynchroniseerde motoren). Het is een relatief efficiënt lanceringsprincipe dat gebruik maakt van permanente mageneten in combinatie met elektromagneten. Samen met de flexibele aard van het lanceringstype is het tegenwoordig de meest geliefde en gebruikte methode voor een gelanceerde achtbaan.
Linear Synchronous Motors zijn sinds hun debuut in 1997 (op Superman: Escape from Krypton in Six Flags Magic Mountain en de al afgebroken Tower of Terror II in het Australische Dreamworld) niet meer weg te denken uit de huidige pretparksector. Zo staat de teller van het aantal LSM-gelanceerde achtbanen al op meer dan 100 banen ter wereld. Ook al hebben we door de jaren heen verschillende nieuwe generaties zien komen en gaan, blijft het principe bij alle modellen hetzelfde. Wij bekijken hieronder het algemeen werkingsprincipe en de meestgebruikte vormen van dit prominent aanwezige lanceringstype.
Verschillende modellen
Zoals bij de meeste technologische snufjes zijn er hier ook verschillende fabrikanten die onderdelen voor een LSM-lancering aanbieden. We bekijken hieronder specifiek de LSM-lancering van Intrasys, die voor de meeste achtbaanfabrikanten, met als grootste uitzondering Intamin, het systeem levert. Op het einde van het artikel halen we ook de andere fabrikanten en hun verschillen even aan. Ondanks de verschillen blijft het basisprincipe echter overal hetzelfde.
LSM-onderdelen
Welke onderdelen zijn eigenlijk essentieel om een LSM-lancering mogelijk te maken? De belangrijkste onderdelen zijn uiteraard de kenmerkende witte LSM-modules die vastgemaakt zijn op de achtbaantrack. Deze modules noemen we de stators, waarbij de term stator wijst op het feit dat de LSM-modules stationair zijn en dus niet bewegen. Deze witte vinnen zijn water- en stofbestendig zodat ze in alle weersomstandigheden en op alle plekken ter wereld kunnen worden ingezet. Naast de hele reeks stators zijn er ook sensoren te vinden die zorgen dat de computersturing te allen tijde weet op welke plek de trein zich bevindt. Dit is ook essentieel voor de perfecte afstelling van de lancering. Zij staan ook in om het ‘synchronous’-gedeelte in de term LSM waar te maken. De sensoren zijn ook duidelijk zichtbaar op de track gemonteerd, tussenin de stators. Voor de connecties tussen sensoren en de computersturing wordt glasvezelkabel gebruikt om de dataoverdracht zo snel mogelijk te laten verlopen.
Onderaan de achtbaantrein zelf vinden we het op een na belangrijkste onderdeel: de permanente magneten. Deze zullen in combinatie met de stators voor de voortstuwing van de trein gaan zorgen, zoals straks in het werkingsprincipe wel duidelijk wordt.
De stators dienen na elke lancering ook gekoeld te worden. Dit gebeurt in de meeste gevallen door middel van convectie (luchtstroom over de stators). Om de afkoeling te versnellen, worden tegenwoordig vaak geperforeerde cilindervormige buizen naast de stators geplaatst. Deze zijn vervolgens aan een ventilator vastgemaakt. Die ventilatoren zorgen dan voor een grotere luchtstroom over de LSM-modules, wat de afkoeltijd sterk verminderd. Daarmee kunnen de lanceringen zich sneller na elkaar opvolgen zonder tot problemen te leiden.
Werkingsprincipe
Hoewel het afstellen van LSM-motoren in de praktijk redelijk complex is, zijn de achterliggende fysische wetten die de voortstuwing mogelijk maken helemaal niet ingewikkeld om te begrijpen. Zo hebben de motoren hun lineaire beweging te danken aan één van de bekendste wetten uit de natuurkunde: de hoofdwet van het magnetisme. Die wet stelt dat identieke magnetische polen elkaar afstoten en tegenstelde polen elkaar aantrekken (zoals bij de magneten op uw koelkast). Maar hoe interageren de stators nu met de permanente magneten onder de trein?
Hoe onschuldig die witte stators op de baan er ook uitzien, ze zitten boordevol hightech elektronica. Zo zitten er in elke stators een hele reeks elektromagneten. Deze elektromagneten kunnen een magnetisch veld produceren wanneer er stroom doorheen loopt. Wanneer echter een reeks van die elektromagneten aan- en uit wordt geschakeld, ontstaat er een bewegend of reizend magnetisch veld. Dat bewegend magnetisch veld reageert met het permanente magnetisch veld dat de magneten onder de trein veroorzaken. De magnetische velden zijn op onderstaande afbeelding voorgesteld door het golvende patroon van een sinus met in elke top een noordpool en in het daaropvolgende dal een zuidpool.
Op onderstaande vereenvoudigde voorstellingen is te zien dat de bovenste en onderste sinusgolf het permanente magnetisch veld van de magneten voorstelt. In het midden is het bewegende magnetisch veld van de stators te zien. Doordat de gelijke polen (N-N en S-S) elkaar afstoten en de tegengestelden (N-S en S-N) elkaar aantrekken, gaat de permanente magneet zowaar ‘meesurfen’ met het bewegende magnetisch veld. Daardoor gaat de trein vooruit bewegen. Daarmee zit het deel ‘synchronous’ of ‘synchroon’ in het woord LSM: de twee magnetische velden (het reizende magnetisch veld van de stators en het permanente magnetisch veld onderaan de trein) verplaatsen zich synchroon met elkaar.
Hoewel het achterliggende principe (zoals hierboven weergegeven) redelijk eenvoudig is, is de lancering zelf veel ingewikkelder dan dat. Zo moeten de verschillende magnetische velden perfect op elkaar ingesteld zijn zodat de energieoverdracht zo efficiënt mogelijk gebeurt. Daarvoor dienen de sensoren die tussen de verschillende lanceringsmodules staan. Deze sturen via glasvezelkabels signalen door naar de computer zodat deze op elke moment weet waar de trein zich op de lanceerstrook bevindt en de snelheid dusdanig kan opdrijven. Een weetje voor de wetenschapsknobbels onder ons: bij de ideale LSM-afstelling zit er een faseverschil van 90° (of π/4) tussen het bewegende en staande magnetisch veld.
Voordelen
Het grootste voordeel van een Linear Synchronous Motor is dat er geen onderhoud aan de lancering nodig is. Er zijn immers geen mechanische bewegende onderdelen aanwezig die afslijten over de tijd. De permanenten magneten en de stators raken elkaar nooit (typische airgap van 5 tot 7 mm). Het contact moet zelfs te allen tijde vermeden worden om de lanceringsmodules niet te beschadigen. Er dient qua onderhoud aan de lancering enkel nagekeken te worden of er geen losse objecten aangetrokken zijn door de magneten onder de trein en dat de lanceringsstrook vrij is van mogelijke obstakels.
Daarnaast is een LSM-lancering ook zeer flexibel qua aard. Zo kan men de lancering in een aantal stappen geleidelijk opvoeren, zie verder: Triple Launch. Ook is het mogelijk om met dezelfde LSM-stators de trein af te remmen door het reizende magnetische veld van de stators te laten vertragen in plaats van deze te laten versnellen. Dit gebeurt bijvoorbeeld op de Sky Rocket II achtbanen van Premier Rides (zoals Sky Scream in Holiday Park) en op Fury (Bobbejaanland). Daarnaast kunnen ook passieve wervelstroom remvinnen (Eddy Current brakes) makkelijk toegepast worden doordat er toch al permanente magneten onderaan de trein zijn gemonteerd.
Nadelen
Een LSM-lancering is jammer genoeg niet enkel rozengeur en maneschijn, zo zijn er ook enkele nadelen die komen kijken bij de installatie van dit lanceringstype. Ten eerste hebben we de prijs. Zo zijn de stators en permanente magneten de grootste initiële kost. Een ander nadeel is ook dat een stator niet gerepareerd kan worden als deze faalt, die module moet gewoon vervangen worden. Tenslotte hebben we nog een groot nadeel dat eigenlijk op de meeste lanceringstypes toepasbaar is en dat is het hoge energieverbruik van een LSM-lancering. Het grootste probleem is dat dit immens hoge verbruik over een relatief korte tijdspanne nodig is. Dit nadeel kan echter dragelijker gemaakt worden door de installatie van een vliegwiel, die elektrische energie opslaat in de vorm van kinetische (roterende) energie, zoals dat bij Anubis: the Ride in Plopsaland De Panne het geval is. Een andere oplossing wordt hieronder meegegeven bij de implementatie van de triple- of multi pass launch.
Triple launch (multi pass launch)
De laatste zien we echter steeds meer en meer achtbanen die meerdere keren over hun lanceerstrook rijden voordat hun maximale snelheid is bereikt. Deze lanceermethode staat bekend als de zogenaamde triple launch achtbanen. Kenmerkend voor deze banen is de voorwaarts-achterwaarts-voorwaartse stijl van de lancering. Voorbeelden daarvan zijn Pulsar (Walibi Belgium), Star Trek Operation Enterprise (Movie Park Germany), Sky Scream (Holiday Park), Gold Rush (Attractiepark Slagharen) en Fury (Bobbejaanland). Deze achtbanen hebben een aantal aantrekkelijke voordelen voor een park over de single launch coasters. Het eerste en zeker niet onbelangrijk voordeel is het feit dat een triple launch ook een veel compactere lay-out kan hebben voor dezelfde topsnelheid.
Ten tweede hebben we het aantal nodige stators voor een lancering. Doordat een triple launch drie keer dezelfde stators gebruikt voor de lancering, zijn er ongeveer drie keer zo weinig stators nodig om tot dezelfde snelheid te komen. Dit is echter niet de grootste kost. Daarnaast denkt u misschien: “drie lanceringen tegenover één lancering, is dat niet veel meer energie dat verbruikt wordt?” Het is weldegelijk waar dat er in totaal meer energie nodig is om de totale lancering uit te voeren, maar het grote voordeel is dat dit in verschillende fases gebeurt. Bij een ‘normale’ lancering vertrekt de trein vanuit stilstand tot zijn maximale snelheid in bijvoorbeeld 3 seconden. Daarbij is er een enorme piek in het energieverbruik van het park, enkel tijdens deze 3 seconden. Meestal leidt dit tot het installeren van een nieuwe hoogspanningscabine of andere dure investeringen in de stroomvoorziening van het park. Bij de triple launch wordt deze ‘stroompiek’ uitgespreid over drie fases, waardoor de investering in stroomvoorzieningen sterk gereduceerd is voor dezelfde topsnelheid. In onderstaande figuur staat de rode lijn voor de kritieke stroomlimiet dat het park kan trekken zonder een grote investering in hun infrastructuur te moeten ondernemen.
Verschillende fabrikanten en modellen
Model 1: Intrasys (Mack Rides, Gerstlauer, Vekoma etc.)
Er zijn twee grote bedrijven die zich vandaag de dag bezighouden met de productie en levering van die LSM-systemen voor achtbanen. De eerste en ook meestgebruikte LSM-stators zijn deze van Intrasys. Zij leveren systemen voor zowat alle achtbaanfabrikanten zoals Mack Rides, Premier Rides, Gerstlauer, Vekoma, Zierer, B&M, Maurer etc. Dit bedrijf pionierde de LSM-lancering in de achtbaanindustrie in 1997 op Superman in Six Flags Magic Mountain en Tower of Terror in Australië. Tien jaar later, in 2007 updateten ze hun design om competitief te blijven (voor Formule X in Drievliet). Intrasys gebruikt meestal twee rijen van LSM-stators, waardoor aan een hogere kracht gelanceerd kan worden. De koeling van de modules gebeurt door middel van luchtconvectie. Ventilatoren zijn ook meestal naast de stators te vinden om deze sneller te doen afkoelen. Dit is het model dat hierboven in detail is besproken.
Model 2: Indrivetec AG (Intamin)
Als tweede grootste leverancier vinden we Indrivetec AG, wiens technologie uitsluitend op Intamin launch coasters wordt toegepast. Indrivetec is namelijk een zusterbedrijf van de Liechtensteinse fabrikant. Zij kwamen in 2003 met hun versie van de LSM-motor voor achtbanen op de al afgebroken Half Pipe in Särkänniemi Amusement Park. De LSM-modules van Indrivetec zijn duidelijk verschillend dan deze van Intrasys met hun ander uitzicht. Ook hebben ze een karakteristiek zoemend geluid wanneer een trein gelanceerd wordt. Indrivetec gebruikt tot op heden ook uitsluitend enkele rij stators in tegenstelling tot de dubbele rijen stators die Intrasys gebruikt. Intamin heeft wel duidelijk gemaakt dat klanten ook gelanceerde achtbanen met een dubbele rij stators kunnen aanvragen voor een nog hardere versnelling.
Het unieke aan de modules van Indrivetec is dat hun nieuwe generatie stators watergekoeld zijn, daardoor kan een gelanceerde achtbaan van Intamin krachtigere en hogere snelheden bereiken en tegelijkertijd de motoren gekoeld krijgen tussen de verschillende lanceringen (waar het water voor zorgt). Op onderstaande figuur (uit het patent-document van Indrivetec) is te zien dat er een zogenaamde ‘cooling slab’ in het midden van de module zit, met een in- en uitgang voor het water.
Model 3: Velocity Magnets (Rocky Mountain Construction)
Een derde en veel kleinere speler is de leverancier voor de enige LSM-achtbaan van RMC nl. Velocity Magnets. Dit bedrijf leverde de stators voor de RMC-achtbaan Lightning Rod in het Amerikaanse Dollywood. Doordat dit hun eerste systeem voor de amusementsindustrie was, heeft deze lancering voor heel wat problemen gezorgd. Tot op heden heeft RMC nog geen tweede gelanceerde houten achtbaan verkocht gekregen.
Hoewel dit geen lichte materie was, heb ik toch hopelijk de sluier van de magische LSM-lancering wat kunnen oplichten voor de meesten onder ons. Benieuwd naar meer? Bekijk vooral ook eens onze andere ‘Coaster Engineering’-artikels hier.
Artikel: Jasper Godeau
Visuals: Jasper Godeau
Foto’s: TPF, Jimmy van Dijck, Bob van Dyck, De Vijf Zintuigen, Coaster101, Phantasialand
Bronnen: rcdb.com, Intrasys, Indrivetec, Wikipedia, Coaster101
Voor extra informatie/aanvullingen/correcties: contacteer ons.
