Schwelmer Symposium 2015 Moderne Technik im Aufzug VDMA Berechnungs-Tool für die A3 Bremswegbestimmung Dr.-Ing. Holger König Leiter Vertrieb Emerson Industrial Automation
VDMA Fachverband Aufzüge und Fahrtreppen Komitee Komponenten
VDMA Berechnungs-Tool für die A3 Bremswegbestimmung 1. Anforderungen aus der Norm 2. Komponenten als Teilsysteme für die Schutzeinrichtung 3. Meßergebnisse des Störfalls mit max. Beschleunigung 4. Modellbildung und Berechnungsverfahren 5. Modelle für Überwachungs- und Bremseinrichtungen 6. Begrenzung der Verzögerung durch die Treibfähigkeit 7. Berücksichtigung der Kurzschlussbremsung 8. Realisierung und Ergebnisse 9. Zusammenfassung
Schutz gegen unbeabsichtigte Bewegung der Kabine mit geöffneter Tür Anforderungen aus der EN81-1/A3 Verhinderung einer unbeabsichtigten Bewegung des Kabine mit geöffneter Tür Für alle Aufzüge*), die ab 01.01.2012 in Verkehr gebracht wurden *) Gilt nicht für Aufzüge ohne Einfahren, Nachstellen und vorbereitende Maßnahmen mit geöffneten Türen Max. 0,8m 1,2m Weg unabhängig von Beladung/ Geschwindigkeit Einsatz von baumustergeprüften Systemen (Sensorik, Steuerung und Aktorik) Große Aufzugshersteller: Komplettlösungen KMU: Einsatz von Komponenten vom Markt Seite 4 6/27/2015
Einsatz von Komponenten zum Schutz gegen unbeabsichtigte Bewegung der Kabine Ziel: Aufbau einer Schutzeinrichtung aus Komponenten Baumusterprüfung für Teilsysteme aus Komponenten (Sensorik oder Aktorik) mit Angabe der Schnittstellenparameter möglich Berechungstool des maximalen und freilaufenden Anhalteweges Verschiedene Überwachungs- und Bremseinrichtungen wählbar Vergleich mit Messung bei Freilauf als Validierung der Rechnung VDMA- Tool für Nachweis der Einhaltung des A3 Anhalteweges mit Dokumentation der Definitionen und Berechnungen Erkennen Sensorsystem Verarbeiten Steuerung Anhalten Aktorsystem
Messung des A3 Bremswegs Leerfahrt Auf 560 kg 1 m/s 2 : 1 Gearless Unidrive SP2401 A3- Einrichtung Schwelle 5cm Verzug 180ms Bremse Verzug 80ms Kraft 600Nm
Messung des A3 Bremswegs Leerfahrt Auf 1650 kg 1.6 m/s 1 : 1 Getriebe 32:1 Unidrive SP4402 A3- Einrichtung Schwelle 5cm Verzug 180ms Bremse Verzug 250ms Kraft 3600Nm
Berechnungsmodell Modellbildung Kraft- bzw. Drehmoment- Berechnung am Aufzug mit Seilmassen und Aufhängung Berechnungsmodelle der Komponenten mit Definition allgemein zugänglicher Parameter Ermittlung des worst case Bedingungen bzgl. Position, Last und Fahrtrichtung Volllast, unten, nach unten (ab) Leere Kabine, oben, nach oben (auf) Definition der Zeitabschnitte entsprechend der Wirkung der Drehmomente Motormoment Gewichtskraft Leer, oben, auf Bremsmoment
Phasenmodell Fahrkorbgeschwindigkeit v 4 Erreichen der Auslöseschwelle Reaktion der Überwachungseinrichtung und Abschaltung des Motordrehmoments (Schnellabschaltung oder Langsame Schützkette) Reaktion der Bremseinrichtung a 4 Aufbau des Bremsmomentes bis 90% des Nennmoments v 3 a 3 v 2 a 5 v 1 a 1 Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 Abschnitt 4 Abschnitt 5 Zeit t 1 t r + t s t 11 t 90 (0 - v 4 ) /a 5 Motormoment Gewichtskraft Leer, oben, auf Bremsmoment
Mechanischer Geschwindigkeitsbegrenzer Vorauslösung des Sperrmechanismus durch Unterbrechen der Stromzufuhr in der Haltestelle Bei Bewegung um den Totweges s tot aus der Haltestelle wird die Fangvorrichtung aktiviert. Bremssignal nach Verzögerungszeit t C des Magneten Mechanischer Geschwindigkeitsbegrenzer Fahrkorbgeschwindigkeit t C Bremssignal Fahrkorbweg Totweg s tot t 1 t 2 t
Elektronische Weg- und Geschwindigkeitsüberwachung Auslösung wenn Kabinenwegschwelle s Schwelle oder Kabinengeschwindigkeitsschwelle v Schwelle überschritten Bremssignal nach Reaktionszeit der Überwachungseinrichtung t D und der Signalverarbeitungszeit der Steuerung t C Elektronische Weg- und Geschwindigkeitsüberwachung Bremssignal t D t C v 2 v 1 = v Schwelle Fahrkorb- Geschwindigkeit Fahrkorbweg s 1 = s Schwelle t 1 t 2 t
Fangeinrichtung Verhalten durch 2 Zeitabschnitte vereinfacht abgebildet. Ansprechweg s AN : Weg mit Bremskraft 0 von der betrieblichen Ruhestellung des Fangorganes bis Anliegen an den Führungsschienen (Einzugsbeginn) Einzugsweg s EIN : Weg des Fahrkorbes mit linearem Aufbau der Bremskraft bis zur Endstellung des Fangorganes (Anschlag) Fangeinrichtung Nennbremskraft F BN Bremssignal Bremskraft Fahrkorbweg Einzugsweg s EIN Ansprechweg s AN t 3 t 4
Elektronische Schienenbremse Verhalten durch 2 Zeitabschnitte vereinfacht abgebildet. elektrische Abfallzeit t 10 des Magneten, während dessen die Bremskraft als Null angenommen wird. Einzugsweg s EIN : Weg des Fahrkorbes mit linearem Aufbau der Bremskraft bis zur Endstellung Elektrische Schienenbremse Nennbremskraft F BN Ansprechverzug Bremsmoment t 10 Bremssignal Bremskraft Fahrkorbweg Einzugsweg s EIN t 3 t 4
Treibscheibenbremse Das komplexe Verhalten vereinfacht abgebildet. Der Ansprechverzug t 10 bis 10% des Nennbremsmomentes. Die Anstiegszeit t 90 bis Aufbau 90% des Nennbremsmomentes. In der Zeit t 90 t 10 linearer Aufbau der Bremskraft. t 10 t 90 Treibscheibenbremse Nennbremskraft F BN 90% F BN Bremskraft Bremssignal 10% F BN t 3 t 4 t
Berücksichtigung der Treibfähigkeit NB-L/POS 1/007 (Okt. 2010) slipping of the ropes not considered for the uncontrolled movement away from the landing traction must be considered when calculating the stopping distance in case of systems where the traction is necessary for the function of the actor system Begrenzung der Verzögerung der Kabine durch die Treibfähigkeit bei Nothalt wird berücksichtigt Berechnung nach Anlage M der EN 81-1:1998+A3:2009
Begrenzung der Verzögerung mit Treibfähigkeit Treibfähigkeit beim Nothalt: a Umschlingungswinkel Reibwert f Halbrundrille: b Unterschnittwinkel g Keilwinkel Reibwert f Keilrille (ungehärtet): Reibwert f Keilrille (gehärtet): Reibungszahl m: Stahlseil: v - Seilgeschwindigkeit bei v NENN Kunststoffumm. Seil: Vorgabe der Reibzahl
Begrenzung der Verzögerung mit Treibfähigkeit 1. Vollast, unten, nach unten, bremsen T1 = {(P + Q) / R + m S } * (g + a 5 ) T2 = {G / R + m SA } * (g a 5 ) (R- Aufhängung) 2. Leer, oben, nach oben, bremsen T1 = {G / R + m S } * (g + a 5 ) T2 = {(P + m HK ) / R + m SA } * (g a 5 ) Option: Stahlseile (Keil- oder Rundrille) oder kunstoffummantelte Seile (Rundrille)
Erhöhung der Verzögerung durch Kurzschlussbremsung Zusätzliches Bremsmoment durch Kurzschluss der Motorwicklung beim PM Synchronmotor Spannung durch PM Magnetfeld und Drehzahl erzeugt Strom = Spannung / Impedanz Wirkstrom erzeugt Bremsmoment Zusatz- Widerstand kann Strom verringern, aber Bremsmoment erhöhen n [min-1] Bremsmoment = f(drehzahl) mittlere Bremsmoment nutzen Info vom Motorhersteller Als Option wählbar Durch Treibfähigkeit begrenzt 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Mn M [Nm] I [A] 500 0 0 t [ms] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 n Iph Imax MBr Mn In 450 400 350 300 250 200 150 100 50
Begrenzung des Geltungsbereichs Die Trägheitsmomente der Rollen werden nicht berücksichtigt (kann als Aufschlag zum Trägheitsmoment der Treibscheibe berücksichtigt werden) Das Entladen der im Zwischenkreis des Umrichters gespeicherten Energie wird als Verzögerung der Drehmomentabschaltung nicht berücksichtigt Der Getriebebruch wird als Fehlerfall nicht berücksichtigt Die Berechnung geht von gleicher Aufhängung für Fahrkorb und Gegengewicht aus Wählbare Begrenzung der Beschleunigung von Treibscheibenaufzüge auf 2,5 m/s 2 nach EN81-50 aufgrund interner Überwachungseinrichtungen (?)
Berechnungsblatt Teil 1
Berechnungsblatt Teil 2
Diagramm
VDMA Berechnungs-Tool für die A3 Bremswegbestimmung Ergebnisse Umfassendes Excel- Berechnungstool für A3 Bremswege Berechnung des maximalen und freilaufenden Anhalteweges Einfache Prüfung von Teilsystemen für UCM Schutzeinrichtungen aus wählbaren Überwachungs- und Bremseinrichtungen Definition Parameter Überwachungs- und Bremseinrichtungen Dokumentation des Berechnungsgangs und der Formeln Für Baumusterprüfung von Teilsystemen nach EN81-50 Kap 5.8 Dank an die Mitarbeiter des VDMA Arbeitskreises: Dipl. Ing. FH Philipp Kempf Chr. Mayr GmbH & Co. KG Dipl. Ing. FH Lars Kollmorgen Kollmorgen Steuerungstechnik Und die Mitglieder des Komitees Komponenten Vielen Dank für Ihr Interesse