Hydraulische Liftantriebe:
Anforderungen und aktuelle Lösungen
Bei der Konstruktion von hydraulischen Aufzügen wird Energieeffizienz immer wichtiger. Entsprechend kommen seit einiger Zeit auch Frequenzumrichter zum Einsatz. Allerdings fehlte es dabei bislang an konsequent einfachen, preiswerten und zuverlässigen Lösungen. Mit einer gemeinsamen Neuentwicklung von Blain Hydraulics und Yaskawa wird das nun anders.
Bild: Yaskawa Europe GmbHHydraulisch angetriebene Aufzüge eignen sich bekanntermaßen für vergleichsweise höhere Lasten als seilbetriebene und sind dabei um etwa 15 bis 25% preiswerter. Sie ermöglichen zudem sehr zuverlässige und wartungsarme Lösungen, können dafür aber auch nur begrenzte Höhen (bis etwa 18m) abdecken. Führt man sich vor Augen, dass 95% aller Gebäude weltweit weniger als sechs Stockwerke haben und der Anteil von Hochhäusern nur bei rund einem Prozent liegt, wird das Marktpotenzial von Aufzügen für niedrigere Gebäude jedoch schnell deutlich: 40% der bestehenden rund 10Mio. Aufzüge sind Hydrauliklifte.
Frequenzumrichter und Ventile in Hydraulik-Liften
Bei herkömmlichen Hydraulik-Antrieben läuft die Pumpe immer mit voller Drehzahl. Der Ölfluss und damit die Bewegung der Kabine wird ausschließlich über das Steuerventil geregelt. Das Ventil und auch die benötigte Ventilelektronik sind teilweise recht kompliziert. Durch die Bypassregelung im Ventil erwärmt sich das Öl stark, was dessen Nutzbarkeitsdauer verkürzt, unter Umständen Ölkühler erforderlich macht und außerdem den Fahrkomfort negativ beeinflusst. Die Abhängigkeit des Fahrkomforts von der Öltemperatur macht zudem oft eine jahreszeitabhängige Justierung der Ventile nötig. Die Energieeffizienz von entsprechenden Anlagen kann modernen Ansprüchen kaum gerecht werden. Ein wichtiger und logischer Schritt auf dem Weg zu energieeffizienten Antriebskonzepten für hydraulische Aufzüge ist deshalb die Nutzung moderner Frequenzumrichter. Entscheidende Vorteile solcher Systeme sind die Verringerung der Motor-Leistung, die Reduzierung des Energiebedarfs und ein präzises und komfortables Fahrverhalten auch bei hoher Beladung. Diesen Vorteilen standen bisher allerdings auch Nachteile gegenüber: So erfordern entsprechende Systeme eher höhere Erstinvestitionen. Auch Planung und Wartung sind relativ aufwändig. Zudem benötigen Hydraulik-Aufzüge mit Umrichter, anders als konventionelle ohne, im Leerlauf mehr Energie. Deshalb beschränkt sich der Einsatz von Frequenzumrichtern bei Hydraulik-Liften aktuell noch auf Anlagen, die für besonders hohe Nutzungsanforderungen ausgelegt sind. Nach aktuellen Schätzungen sind dies etwa 20%. Neue technische Entwicklungen vergrößern den sinnvollen Einsatzbereich von energieeffizienten Lösungen mit Frequenzumrichtern. Zwei entgegengesetzte Wege haben sich dabei allerdings als Sackgassen erwiesen: Die Reduzierung der Komplexität auf Kosten der Leistungsfähigkeit. Und die Verbesserung des Fahrkomforts und der Effizienz unter Nutzung von immer aufwändigeren Zusatzkomponenten wie Sensoren oder Encodern, die das System komplex, anfällig und für Nicht-Experten schwierig handhabbar machen.
Steuerungsblock und Frequenzumrichter als kompaktes Set
Eine von Blain Hydraulics und Yaskawa gemeinsam entwickelte VVVF-Lösung (Variable Voltage Variable Frequency) zeigt dagegen die tatsächlichen Optimierungspotenziale: Diese liegen zum einen in der Frequenzumrichter-Technik selbst und zum anderen im Ventil des Steuerblocks. Der sinnvolle Einsatzbereich von Frequenz-umrichtern umfasst damit nun weltweit rund 70%, in Europa etwa 80% der hydraulischen Aufzüge in Wohnhäusern mit Motorleistungen bis 15kW. Die energieeffiziente Paket-Lösung besteht aus dem neuen hydraulischen Steuerventil EV4 von Blain und dem ebenfalls neuen Frequenzumrichter L1000H von Yaskawa. Sowohl Ventile als auch Frequenzumrichter sind in verschiedenen Größen und Ausführungen verfügbar. Die Motorregelung erfolgt geberlos (Open Loop). Ein Drehzahlgeber, der üblicherweise direkt am Motor im Tank untergebracht ist und daher einen wichtigen Kostenfaktor darstellt, wird nicht benötigt. Das vereinfacht nicht nur das System, sondern macht die Lösung auch besonders attraktiv für den Umbau bestehender Aggregate. Weitere Vorteile des neuen Konzepts: Das System benötigt lediglich einen Sensor zur Erfassung der Öl-Temperatur. Auf der Grundlage des Messwertes werden alle negativen Effekte auf den Fahrkomfort, die im Zusammenhang mit einer schwankenden Öltemperatur auftreten, ausgeglichen. Der Temperatursensor ist einfach zu installieren und relativ langlebig, was die Zuverlässigkeit des Systems erhöht. Anders als in bisher üblichen Lösungen mit Frequenzumrichtern ist über diesen Sensor hinaus kein zusätzlicher Drucksensor oder Durchflussmesser notwendig. Die Ansteuerung des Ventils übernimmt die Aufzugssteuerung direkt, wobei anfällige und nur mit erheblichem Zeitaufwand einzustellende elektronische Ventilregelungen nicht benötigt werden. Damit lässt sich auch ein bestehendes Regelventil relativ einfach durch ein neues EV4 ersetzen. Bestehende mechanische Ventile von Blain können als vollgültiges EV4 nachgerüstet und mit einem L1000H kombiniert werden. Aggregat und Steuerung lassen sich weiternutzen.
Leistungsfähige Hardware
Kern der Lösung ist der speziell für Anwendungen in Hydraulik-Liften entwickelte Frequenzumrichter L1000H: Er gewährleistet völlig unabhängig von der Beladung und der Öl-Temperatur eine genaue Geschwindigkeit, einen hohen Fahrkomfort und eine genaue Bündigkeit bei der Einfahrt in die Haltestelle. Unterschiede in Fahrtdauer, Wegcharakteristik oder Haltegenauigkeit sind - bei Volllast ebenso wenig wie bei geringerer Beladung - praktisch nicht wahrnehmbar. Durch den Frequenzumrichter wird der Anlaufstrom gegenüber direktem Netzbetrieb deutlich gesenkt. Dadurch bietet sich die Lösung auch für normale Hausanschlüsse in Wohngebäuden an, die hohe Anlauf-ströme oft nicht zulassen. Die Pumpengeschwindigkeit wird stets so geregelt, dass nur der gerade benötigte Ölfluss bereitgestellt wird. Einen Ölbypass gibt es nicht. Das Hydraulik-Öl wird nicht heiß, wodurch es sich für mehr Fahrten und ohne Ölkühler nutzen lässt. Ein bekannter Nachteil von Umrichtern in Hydraulik-Anlagen ist, dass diese auch im Stillstand Energie konsumieren. Aber auch hierfür gibt es eine Lösung: Man kann den Umrichter nach einer bestimmten Ruhezeit einfach ab- und bei Bedarf wieder zuschalten. Nach dem Einschalten ist das System in weniger als zwei Sekunden fahrbereit. Die Wartezeit ist also minimal. Insgesamt lassen sich durch den kombinierten Einsatz des Steuerventils EV4 mit dem Frequenz-umrichter L1000H bis zu 50% Energie einsparen. Das bedeutet: Geringere Betriebskosten, aber auch einen wesentlichen Beitrag zu umweltfreundlichen Gebäuden.
Fazit
Eine neue energieeffiziente VVVF-Lösung für Hydraulik-Lifte kombiniert das Steuerungsventil EV4 von Blain mit dem neu entwickelten L1000H von Yaskawa. Leicht zu installieren und inbetriebzunehmen, bietet sich das Paket auch für die Nachrüstung bestehender Anlagen an. Mit kleinem Aufwand lassen sich damit die Potenziale von Frequenzumrichtern nun auch für Aufzüge mit geringerer bis mittlerer Auslastung nutzen. Das bedeutet konkret: Energieeinsparungen bis zu 50%. Zudem zeichnet sich die Lösung durch eine hohe Zuverlässigkeit aus. Entsprechend schnell amortisiert sie sich.
Bei der Konstruktion von hydraulischen Aufzügen wird Energieeffizienz immer wichtiger. Entsprechend kommen seit einiger Zeit auch Frequenzumrichter zum Einsatz. Allerdings fehlte es dabei bislang an konsequent einfachen, preiswerten und zuverlässigen Lösungen. Mit einer gemeinsamen Neuentwicklung von Blain Hydraulics und Yaskawa wird das nun anders.
Bild: Yaskawa Europe GmbHHydraulisch angetriebene Aufzüge eignen sich bekanntermaßen für vergleichsweise höhere Lasten als seilbetriebene und sind dabei um etwa 15 bis 25% preiswerter. Sie ermöglichen zudem sehr zuverlässige und wartungsarme Lösungen, können dafür aber auch nur begrenzte Höhen (bis etwa 18m) abdecken. Führt man sich vor Augen, dass 95% aller Gebäude weltweit weniger als sechs Stockwerke haben und der Anteil von Hochhäusern nur bei rund einem Prozent liegt, wird das Marktpotenzial von Aufzügen für niedrigere Gebäude jedoch schnell deutlich: 40% der bestehenden rund 10Mio. Aufzüge sind Hydrauliklifte.
Yaskawa Europe GmbH
Dieser Artikel erschien in GEBÄUDEDIGITAL 1 2014 - 11.02.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.gebaeudedigital.de
