Energiesparend, leise und effizient. Der hydraulische Aufzug 2010

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1 Energiesparend, leise und effizient Der hydraulische Aufzug 2010 Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 1

2 Einführung mit Konzeptbestandteile Systemkomponenten AZFR Systemübersichten Ventilblock Frequenzumrichter Motor-Pumpen-Einheit Bremswiderstand Fahrkonzepte Modernisierungsbeispiel Nutzeffekte VDI 4707 Fahrkorb + Tragrahmen niedrige Schutzräume Zusammenfassung Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 2

3 Einführung Eine Optimierung der Energieeffizienz und Wärmeentwicklung für hydraulische Aufzüge wird heute mit modernsten Komponenten erreicht. Hierzu zählt maßgeblich der Antrieb in der aktiven Phase seiner Fahrt. Durch den Einsatz von speziell entwickelten Antrieben mit einem entsprechenden, hochmodernen Regelsystem, ist man bereits in der Lage, den Fahrkomfort zu herkömmlichen, auf dem Markt befindlichen hydraulischen Aufzüge um einen großen Qualitätssprung zu verbessern. Der konkurrierende Seilaufzug behält seine Vorzüge in Bezug auf seine sehr großen Förderhöhen und damit verbundenen möglichen, hohen Fahrgeschwindigkeiten. Ziele: bestmöglicher Fahrkomfort geringe Motorleistung + = reduzierte Geräuschentwicklung keine Ölkühlung notwendig geringste Nebenkosten für den Betreiber Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 3

4 Die Systemkomponenten Um eine Optimierung der Energieeffizienz und Wärmeentwicklung für hydraulische Aufzüge zu erzielen, werden Ventile eingesetzt, welche mittels Frequenzumrichter den Antrieb bilden. Hinzu kommen eine abgestimmte Motor-Pumpen-Einheit und ein Bremswiderstand, welcher in Aufwärtsfahrt zum Einsatz kommt. Diese Systemkomponenten bilden ein abgestimmtes Regelsystem. AZFR - Aufzugfrequenzregelung Ventilblock Die Komponenten Frequenzumrichter Bremswiderstand Motor-Pumpeneinheit Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 4

5 Systemübersicht aufwärts Sicherheitskette Netz Fahrbefehle LD 302 HDR Fahrkurven rechner (v, a, r) 3 ~ 0 24 V P T Aufzug steuerung M Bremswiderstand Hydraulik - Aggregat Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 5

6 Systemübersicht abwärts Netz Fahrbefehle Sicherheitskette LD 302 HDR Fahrkurven rechner (v, a, r) 3 ~ 0 24 V P T Aufzug steuerung M Warmwasser - speicher Hydraulik - Aggregat Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 6

7 Der Ventilblock Für den hydraulischen Part wurde ein spezielles Ventil entwickelt, welches rein für die Bereitstellung des Mediums seinen Dienst erfüllt. Einsatzbereich: Fahrgeschwindigkeit: Durchflußmenge: Druckbereich: Motorleistung: 1 m/s (nach EN 81-2) max. 800 l/min 12 bis 64 bar max. 77 kw Temperaturbereich: 5 bis 60 C Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 7

8 Der Frequenzumrichter regelt mit seiner integrierten Software die notwendige Motordrehzahl des Antriebsmotors für die benötigte Fahrgeschwindigkeit des Fahrkorbs in beide Fahrtrichtungen. Die Größe des Frequenzumrichters variiert in Abhängigkeit von der Motorleistung. Mit dem Frequenzumrichter besteht die Möglichkeit zwei verschiedene Fahrkonzepte zu verfolgen. 1. konstante Nenngeschwindigkeit (v = konst.) 2. konstante Leistungsaufnahme (p = konst.) Spezielle Software für den Betrieb hydraulischer Aufzüge Klartexteingaben in den entsprechenden physikalischen Größen Ölstrom basierte Lage-Regelung Fahrkurvenrechner mit v, a, und r Parameter Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 8

9 Die Motor-Pumpen-Einheit Es kommen ein Asynchron-Unterölmotor verflanscht mit einer Schraubenspindelpumpe zum Einsatz. Der Ölstrom fließt sowohl in Hub- bzw. Senkfahrt durch die angeflanschte Pumpe in den Behälter zurück. Dadurch wird der Motor in eine Drehbewegung versetzt, die von der Software des Frequenzumrichters mittels Strömungssensoren geregelt wird. Auch hier variiert die Größe in Abhängigkeit von der Motorleistung, verbunden mit der Fördermenge des Fluids. Motorleistung Durchflussmenge : max. 77 kw : 800 l/min Beide sind eine ausgereifte Einheit. Die Schraubenspindelpumpe zeichnet sich durch seine selbstansaugende, leise Laufruhe aus. Zusammen liegen alle unter Öl. Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 9

10 Der Bremswiderstand Wird die entstehende Energie in der Abwärtsfahrt nicht zurück gespeist, so wandelt der Bremswiderstand die entstehende Energie in Wärme um und gibt diese an die Atmosphäre ab. Durch die Zusammenarbeit aller vier Komponenten entsteht in Regelsystem, welches aufgrund der Fahrgeschwindigkeit eine angepasste Motordrehzahl verwendet und eine verminderte Leistungsaufnahme sowie eine geringere Wärmeentwicklung garantiert. Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 10

11 Der Frequenzumrichter mit dem Fahrkonzept: p = konstant Zuladung 800 kg / 0,5 m/s / indirekt / Fahrtrichtung: aufwärts Einsparung bis zu 37 % Motorstrom Motordrehzahl Leistung Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 11

12 Vergleiche: Normalfahrt P=konstant Fahrt Motorstrom Motorstrom Drehzahl Drehzahl Leistung Leistung Ergebnis: Die Netzströme verringern sich bei p = konstant. Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 12

13 Zusammenfassung: Fahrkonzept p = konstant Für einen modernen hydraulischen Fahrantrieb gehören die Energieeinsparung mit einem verbesserten Fahrkomfort zwingend zusammen. Energieeinsparung - Reduzierter Energiebedarf, je nach Anlage bis zu 37 % - Nutzung der potentiellen Energie durch Rückgewinnung in der Abwärtsfahrt - Deutlich verringerte Ölerwärmung, auch bei hoher Fahrtenzahl - Geringe Netzanschlussleistung durch P = konst. Betrieb - Ölkühler ist nicht mehr erforderlich Besserer Fahrkomfort - Ruckarmer Fahrkomfort mit hoher Wiederholgenauigkeit - Öl-Durchflussmengen Regelung, damit Temperatur und Last unabhängig - Einstellung der Fahrkurve mittels Frequenzumrichter, keine mechanische Justage Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 13

14 Eigenschaften des Frequenzumrichter Erhöhte Zuverlässigkeit - Betrieb ohne Motorgeber, keine Elektronik unter Öl - kein Verschleiß der Motorschütze - höhere Verfügbarkeit des Aufzuges, hohe Wiederholgenauigkeit - keine Probleme durch heißes Öl Betrieb ohne Motorschütze - TÜV-zertifiziert, Konformitätserklärung für hydraulische Aufzüge durch den TÜV Nord - Kaum Schaltgeräusche - Weniger Hardware, geringere Kosten - Geringer Platzbedarf, standardisierte Steuerung Weitere Vorteile - Überlast und Teillast Messung integriert - Klartextmenü Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 14

15 Modernisierungsbeispiel: SENIORENRESIDENZ 630 kg vorher: Daten Aufzug : Schindler, indirekt / vor der Modernisierung Zuladung : 630 kg Kabinengewicht : 840 kg Geschwindigkeit : 0,33 m/s Förderhöhe : 8,73 m Antriebsleistung : 9 kw Nennstrom : 27 A Messergebnisse des alten Systems: Fahrtbedarf : 143 Wh Geschwindigkeit : 0,33 m/s Max. Leistung : 13,68 kw Ruck : 2,27 m/s 3 Max. Strom : 26,62 A Beschleunigung : 0,462 m/s 2 Öltemperatur : 65 C, bei Zwangsbelüftung Energieklasse : F Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 15

16 Fahrkomfort vor der Modernisierung Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 16

17 Modernisierungsbeispiel: SENIORENRESIDENZ 630 kg nachher: Daten Aufzug : Schindler, indirekt / nach der Modernisierung Zuladung : 630 kg Kabinengewicht : 840 kg Geschwindigkeit : 0,56 m/s Förderhöhe : 8,73 m Antriebsleistung : 14,7 kw Nennstrom : 32 A Messergebnisse des neuen Systems: Fahrtbedarf : 59,9 Wh Geschwindigkeit : 0,41 m/s Max. Leistung : 7,18 kw Ruck : 0,44 m/s 3 Max. Strom : 13,4 A Beschleunigung : 0,57 m/s 2 Öltemperatur : 31 C, ohne Zwangsbelüftung Energieklasse : E Bezogen auf v = 0,41 m/s Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 17

18 Fahrkomfort nach der Modernisierung Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 18

19 Vergleich der Messwerte Fahrtbedarf : - 58 % Geschwindigkeit : + 24,5 % Max. Leistung : - 47,5 % Ruck : - 80,6 % Max. Strom : - 49,7 % Beschleunigung : +23,4 % Öltemperatur : - 34 C, ohne Zwangsbelüftung Energieklasse : + 1 Bezogen auf v = 0,33 m/s alt / v = 0,41 m/s neu Das Ergebnis der Modernisierung hier zeigt, dass trotz einer Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit um 24% die Kenngrößen der Aufzuganlage sich um durchschnittlich fast 50% reduzieren ohne das Fahrkorbgewicht zu verringern. Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 19

20 Nutzeffekte des frequenz-hydraulisch-geregelten Systems Energieverbrauch AZFR AZRS 7 Energieaufnahme [kwh] Fahrten Reduzierung des Energieverbrauchs um: ca. 37 % Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 20

21 Nutzeffekte des frequenz-hydraulisch-geregelten Systems Ölerwärmung AZFR AZRS 25 22,5 20 Temperaturanstieg [K] 17, ,5 10 7,5 5 2, Fahrten Reduzierung der Ölerwärmung um: ca. 54 % Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 21

22 Energie-Effizienz nach VDI 4707 (seit März 2008 in Kraft) Zielsetzung der Europäischen Union ist es die Umwelt mit geringen Mengen an CO 2 - Emissionen zu belastet bis 2020 Energieverbrauch um 20 % reduzieren Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 22

23 Der Fahrkorb mit Tragrahmen (1) um die Antriebsleistung noch weiter zu reduzieren muss das Gewicht bei vorhandener Stabilität verringert werden. Hier kommt der hauseigene ALGI-Aufbau des Fahrkorbes in Leichtbautechnik mit ausgesprochenen funktionalen und robusten Merkmalen zum Tragen. Fakten: Einfachladung 630 kg Fahrkorb schlanke Modulbauweise von Wände : Alu-Honigwabe, beschichtet Decke : V2A Korn 240 Boden : Glattbelag Beleuchtung : Halogen-Spots Sockelleiste : Alu, eloxiert und Wände Einheitliches Türkonzept Fabrikat Meiller Lösung: Classic Line - Der neue Personenaufzug - Made by ALGI / Germany Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 23

24 Der Fahrkorb mit Tragrahmen (2) basierend auf den bewerten Tragrahmen wird der Fahrkorb zielsicher durch den Schacht gehoben. Der so konzipierte Personenaufzug ist durch seine klare Struktur als Einfachladung oder Durchladung erhältlich. Mit diesem Konzept wird der Nennlastbereich 450 kg, 630 kg, 1000 kg bis 1050 kg abgedeckt. Typ ADH Typ ADHD Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 24

25 Moderne Technik im Aufzug Niedrige Schutzräume - Das Schachtgerüst mit Tragrahmen Die raumsparende und clevere Lösung für Wohn- und Bürogebäude ohne Schachtkopf (SK = 2600mm) ohne Schachtgrube (SG = 400 mm) in Kombination der maschinenraumlosen und kompakten Bauweise von Antriebseinheit und Steuerung Bei der Nachrüstung von Aufzugsanlagen gewährleisten die minimalen Schachtabmessungen den Planern und Architkten den Bestandsschutz des Gebäudes (z.b. EN 81-21). Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 25

26 Zusammenfassung Der hydraulische Aufzug 2010 ist, mit seinen verwendeten Komponenten im Antriebsbereich, der Gestaltung des Objektes und seines Aufstellungsortes, sowie unter Berücksichtigung der VDI 4707 und den branchengültigen Regelwerken ein energiesparendes, leises und effizientes Fördermittel, welches dem technischen Stand folgt. Im Vergleich zum Seilaufzug müssen der Erstehungspreis, die Montagekosten, die Wartung und Servicearbeiten während der Lebenszeit der Anlage, sowie die Nutzungsnebenkosten mit berücksichtigt werden. Einige Vorteile des Gesamtsystem - verringerte Leistungsaufnahme - verringerte Wärmeentwicklung - verringerte Geräuschentwicklung - einfacher Aufbau - geringe Montagezeiten - kompatibel mit allen Aufzugsteuerungen - kostengünstige Installation - geringer Verschleiß der Bauteile weitere Vorteile des Gesamtsystem - kleinerer Anlaufstrom - kleinere Kabelquerschnitte - kleinerer Motor - kein Sanftanlaufgerät - kein teurer Ölkühler - keine Einstellschrauben - einfacher Leitungsbruchventiltest integriert - Möglichkeit der konstanten Leistungsaufnahme Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 26

27 Für Ihre Aufmerksamkeit bedanke ich mich recht herzlich und wünsche Ihnen noch einen angenehmen Aufenthalt. Autor Jörg Blumrich ist im Jahr 1965 in Wiesbaden geboren. Er startete seinen beruflichen Werdegang mit einer Ausbildung als Technischer Zeichner im hydraulischen Aufzugbau. Aufbauend absolvierte er ein Maschinenbau-Studium, Fachrichtung Konstruktionstechnik an der Fachhochschule Rheinland-Pfalz in Bingen am Rhein. Seit 1993 betätigt er sich im Bereich Aufzugtechnik und ist konstruktiver Mitarbeiter bei ALGI Alfred Giehl GmbH & Co. KG in Eltville, sowie seitdem VDI-Mitglied. Des weiteren ist er Referent beim VDI und der VfA-Akademie für die Unterrichtung nach VDI-Richtlinie 2168, Themenbereich Mechanik. Schwelmer Symposium 2010 Dipl. Ing. (FH) Jörg Blumrich, Eltville / Rhein Seite 27