Ingenieure bei der Fußball-WM 2014

Zeit, dass sich was dreht!

Bei der Fußball-WM fiebern nicht nur Fans mit, sondern auch deutsche Ingenieure: Die gehen in Brasilien mit spannenden Technologien an den Start 

Auf die Fußball-WM blickt die ganze Welt. Auch im kleinen Städtchen Würselen bei Aachen verfolgt man die WM ganz genau. Rein beruflich, versteht sich. Hier, fast 10.000 Kilometer von Brasilien entfernt, wurde jene Technologie erfunden, die schon Monate vor dem ersten Anpfiff die Schlagzeilen beherrschte und in allen zwölf Austragungsorten zum Einsatz kommen wird: GoalControl. »Diese Torlinientechnik basiert auf 14 Kameras, die um das Spielfeld herum angeordnet und am Stadiondach angebracht sind«, erklärt Rolf Dittrich von GoalControl. Die Kameras sind mit einem hochleistungsfähigen Rechner verbunden, der die Bewegung aller Objekte auf dem Spielfeld verfolgt und störende Faktoren wie Spieler, Schiedsrichter und unwichtige Faktoren ausblendet. Das wichtigste Objekt ist natürlich der Ball. Dessen Position wird kontinuierlich verfolgt und mit einer Präzision im Millimeter-Bereich erfasst, sobald der Ball in der Nähe der Torlinie ist. »Wenn der Ball die Torlinie komplett überquert hat, sendet die zentrale Auswertungseinheit in weniger als einer Sekunde ein verschlüsseltes optisches und akustisches Signal an die Empfängeruhr des Schiedsrichters«, so Dittrich. Alle Kamerabilder von Torereignissen werden aufgezeichnet, um die Entscheidung des Systems zu validieren und um sie für die Fernsehübertragung nutzen zu können. 

Die Elektroingenieure und sonstigen Techniker von GoalControl sind aber nicht die einzigen Spezialisten, die das Großereignis WM erst möglich machen. »Von Elektro- und Informationstechnikern entwickelte Technologien sind in Brasilien an vielen Stellen im Einsatz«, sagt Dr. Thomas Maul, Diplom-Ingenieur an der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik der Technischen Universität München.

WM 2014: Selbst der Ball ist Hightech!

Selbst der Ball ist ein Hightech-Produkt: Zweieinhalb Jahre hat die Entwicklung durch den Sportartikelhersteller Adidas gedauert. Bevor er das erste Mal auf dem Rasen zum Einsatz kam, wurden seine Flug- und Schusseigenschaften ausführlich von einem Roboter getestet. Dieser kann Bälle mit bis zu 160 Stundenkilometern aufs Tor schießen. Ebenfalls eine Entwicklung von Elektroingenieuren: Das Bilderkennungsverfahren, das den Fernsehkommentatoren sagt, wie oft ein Spieler einen Ball berührt oder wie viele Kilometer im Spiel er zurückgelegt hat. »Über das Kamerasignal verfolgt ein Computer die Spiele und rechnet anschließend in Sekundenschnelle die Kilometer zusammen«, erklärt Maul.

Stadionbeleuchtung bei der WM 2014

Ein weiteres Beispiel ist die Stadionbeleuchtung: Flutlichtanlagen müssen so konzipiert sein, dass keine Schatten auf das Feld geworfen werden. Die Strahler müssen beispielsweise entlang des Stadiondaches so exakt positioniert werden, dass von jedem Punkt in alle Richtungen gleichmäßig Licht fällt. Damit gleichzeitig alle Strahler mit Energie versorgt werden, müssen Leitungen und Verteiler entsprechend ausgelegt werden. Das Beleuchtungskonzept der Arena von São Paulo, in der das Eröffnungsspiel stattfindet, stammt von Osram in München. Allein im Stadion sorgen über 350 Leuchten für das richtige Licht. Zusätzlich wird an der Außenfassade des Stadions der größte Stadion-LED-Bildschirm der Welt angebracht. Er hat eine Länge von 170 Metern, ist 20 Meter hoch und besteht aus 34.000 LEDs.


»Ohne Elektro- und Informationstechniker könnten die Fußballer zwar spielen, es würde hierzulande nur keiner mitbekommen.«
Dr. Thomas Maul, Studienreferent Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, TU München


Wetterdaten bei der WM 2014

Auch das Mess- und Regeltechnikunternehmen G. Lufft aus Fellbach bei Stuttgart ist Teil des WM-Spektakels. Die Ingenieure sind verantwortlich für das Erfassen der Wetterdaten in den Stadien. Ihre mobilen Stationen messen Umweltbedingungen wie die Temperatur, die relative Feuchte, den Luftdruck und die Sonnenstrahlung. Damit können auch lokal ungewöhnliche Wettergeschehnisse frühzeitig vorausgesehen werden.

»Da die Südhalbkugel während des europäischen Hochsommers eher Winterbedingungen bei den Lufttemperaturen zu verzeichnen hat, ist die größte Herausforderung, Extremniederschläge korrekt zu prognostizieren. Immerhin regnet es in Brasilien entlang der Küste fünfmal mehr als in Mitteleuropa«, erklärt Elektroingenieur Axel Schmitz-Hübsch, der als Geschäftsführer und Leiter der Entwicklungsabteilung zusammen mit vier Kollegen an der Herstellung des Sensors arbeitete.

WM 2014: Ingenieure prüfen die Sportstätten

Damit möglichst jeder Schuss ›sicher‹ ein Treffer ist, prüfen die Ingenieure im VDE-Institut unter anderem auch Fußbälle – oder besser: Dinge, die mit einem Fußball (unfreiwillig) getroffen werden: Wand- und Deckenverkleidungen in der Halle etwa, Fenster, Leuchten und Uhren auf dem Trainingsplatz. All dies muss im wahrsten Sinne des Wortes ›treffsicher‹ sein und dem Aufprall von WM-Fußbällen genauso wie von Basketbällen, Tennisbällen oder auch Eishockey-Pucks standhalten.

Die Ingenieure testen dabei mit einer Ballschussanlage, die wohl einmalig in der europäischen Prüflandschaft ist: Sie erinnert an eine Art Kanone, aus der der Ball pneumatisch auf die Leuchten geschossen wird. Drei Mal zwölf Schüsse aus verschiedenen Richtungen und Positionen unterziehen die Leuchten einem Härtetest, um exakte Aufprall- und Bruchdaten zur ›Ballwurfsicherheit‹ nach Norm DIN VDE 0710 Teil 13 zu ermitteln. Was genau passiert, dokumentiert eine Messvorrichtung, die mit einer Lichtschranke ausgestattet ist und auf einer fünf Zentimeter langen Strecke mit Start/Stopp-Signal die erreichte Geschwindigkeit umrechnet.

»Wir halten sämtliche Parameter fest, wenn wir den Ball aus unserer Schussanlage direkt auf den Prüfling richten«, erklärt Dietmar Gläser, Fachbereichsleiter für Licht und Consumer Electronics im Institut.

Ziel ist es zu erkennen, inwiefern die Leuchten diesen Belastungstest überstehen. Minuspunkte gibt es, sobald einzelne Leuchtenteile umherfliegen, zu Boden fallen und damit eine Gefahr darstellen.

›RoboKeeper‹: Techisierte Version von Manuel Neuer und Co.

Dass Elektroingenieure nicht nur für die perfekte technische Vorbereitung, sondern darüber hinaus auch für jede Menge Spaß bei den Fans sorgen können, beweist der ›RoboKeeper‹ – eine technisierte Version von Manuel Neuer und Co. Er hält Schüsse aus einer Entfernung von elf Metern mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Stundenkilometern.

In dem Hightech-Spielzeug, bei dem es sich ursprünglich um ein Studentenprojekt handelte und das am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) in Dortmund entwickelt wurde, steckt jede Menge elektroingenieurwissenschaftliches Know-how. Die Anlage besteht aus einer 1,96 Meter großen Torwart-Figur, die an einer Motor-Getriebe-Kombination angebracht ist. Diese ist mit einem leistungsstarken Rechner verbunden, auf dem eine Bildverarbeitungssoftware die Bilddaten von zwei Kameras auswertet, die links und rechts oberhalb des Tors montiert sind und jeweils bis zu 85 Bilder pro Sekunde aufnehmen.

»Die Software errechnet, wo der Ball im Tor einschlagen wird und gibt diese Information an die Motorregelung weiter, die die Torwart-Figur in die entsprechende Richtung bewegt«, erklärt Diplom-Elektroingenieur Thomas Albrecht, der das ›RoboKeeper‹-Projekt am Fraunhofer IML leitet. Um einen Treffer zu verhindern, muss das System innerhalb von 300 Millisekunden ab Abschuss erkennen, wo der Ball landen wird und den Torwart in die richtige Position bringen.

In Sachen Beschleunigung schlägt der ›RoboKeeper‹ damit sogar einen Formel-1-Wagen. Der automatische Torwart kommt mittlerweile bei Sport-Events auf der ganzen Welt zum Einsatz – natürlich auch bei der Fußball WM in Brasilien. 

Informiere dich hier über die verschiedenen Disziplinen, in denen du als Ingenieur arbeiten kannst. Neben der Fußball-WM gibt es vielfältige Einstiegsmöglichkeiten und unzählige spannende Projekte:

Diese und andere Themen rund um deine Karriere als Ingenieur findest du auf unserer Karriereseite für Studenten und Absolventen der Ingenieurwissenschaften.

 

Foto: jockelp/Quelle photocase.com

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Fakten zum WM-Ball 'Brazuca'

  • Der offizielle WM-Ball heißt ›Brazuca‹, was so viel bedeutet wie ›Emotionen, Stolz und Herzlichkeit‹.
  • Mehr als 70 Prozent der Teilnehmer einer Umfrage stimmten für den Namen ›Brazuca‹.
  • Entwickelt und vertrieben wurde und wird ›Brazuca‹ von adidas, im Handel kostet der Ball 129,95 Euro.
  • Die Entwicklungsphase des offiziellen WM-Balls dauerte insgesamt knapp 2,5 Jahre.
  • In dieser Zeit musste sich der Ball zahlreichen Tests unterziehen. So wurde er unter anderem in Waschmaschinen gesteckt und musste dort mehrere Schleudergänge durchlaufen, um seine Regentauglichkeit zu überprüfen. In einem Dauertest mit spielenden Robotern wurde die Haltbarkeit des Balls einer Prüfung unterzogen. Außerdem waren rund 600 Profis und 30 Teams in zehn Ländern auf drei Kontinenten in das umfangreiche Testverfahren involviert.
  • Die Formulierung ›das runde Leder‹ stimmt überhaupt nicht mehr: Fußbälle sind heutzutage vollsynthetisch und geklebt und nicht mehr genäht.

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