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VDI4707! – Auslöser für Energieeffizienz

und Nachhaltigkeit von Aufzügen

IX. Schwelmer Symposium 2012

Moderne Technik im Aufzug

Dr.-Ing. Holger König

Control Techniques GmbH (Emerson)

Dipl.Verw. Wirt (FH Pol) Friedhelm Meermann

M.BB F+S Meermann

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Bevölkerung Bestand

2005

Prognose

2050

BRD

82,5 Mio.

74- 69 Mio.

Weltweit 6,5 Mrd. 9- 9,2 Mrd.

Lebens-

erwartung

ca. 82 Jahre ca. 90 Jahre

1. Folgerung: • Bevölkerung wird älter

• Mobilität nimmt ab

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2. Folgerung:

Bauen + Wohnen

2050 leben 75 % der Weltbevölkerung in Städten

Auf Städte entfallen

° > 70 % der weltweiten CO2-Emissionen ° > 66 % des weltweiten Energiebedarfs

Unumgänglich für Städteplaner

° Bau in die Höhe ´

° Verdichtung der Städte

Auf- / Abstiegshilfen

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Aufgaben für die Aufzugsbranche

° Gewährleistung der

Sicherheit, Barrierefreiheit, Verfügbarkeit

Nachhaltigkeit mit

ökologischem Herstellen + Instandhalten

funktionaler Qualität für die Sicherheit

ökonomischer Qualität bei Lebenszykluskosten

Prozessqualität für

- Bewirtschaftung der Instandhaltung +

- Qualifikation des Betriebspersonals

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Aufzuganlage: xxx630, KSA, Bremen (13. April)

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Messung des Energiebedarfs

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Der Aufzugsantrieb Erzeuger der von der Steuerung

vorgegebenen Bewegung

Besteht aus Regelgerät, Motor, u.U. Getriebe und Treibscheibe.

Schnittstellen bestehen zur Steuerung, zum Versorgungsnetz und zur Mechanik.

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Entwicklung von Aufzugsantrieben

Kompaktheit und Energieeffizienz

– getriebeloser Direktantrieb mit elektronischer Regelung und optionaler Energierückspeisung

Offene Kommunikation und Visualisierung

– Umrichter mit offenen Schnittstellen

Sicherheit, Kompaktheit und Komfort

– Umrichter antriebsintegrierter Sicherheitsfunktion

Einfacher Bedienung, Inbetriebnahme und Diagnose

– Umrichter internen Selbsteinstellung und Ferndiagnosezugriff

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Universelles Regelgerät mit skalierbarer Hardware

Für alle Netze 200 – 690V

Für alle Leistungen bis 2000 KW

Für alle Motoren (ASM / PSM)

Performance für getriebeloss PSM

Energiesparende Rückspeisung

Universeller Geberanschluss

SmartCard – Einstellung ohne PC

Modulare Erweiterung mit Optionen

„Open Loop Vector“

Asynchron ohne Geber

„Closed Loop Vector“

Asynchron mit Geber

„Servo“

Synchron mit Geber

„Regen“ Sinus- Ein-

und Rückspeisung

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Elektronik im Aufzug

U, V, W

Encoder

CAN/ RS485

DCP

Wegmessung

Schacht

Kabine

Außenrufe

Innenrufe

+

Gegen-

gewicht

Motor

Aufzugssteuerung

Fern-

Parame-

trierungAußenrufe

Außenrufe

Fern-

Parame-

trierung

CANopen/ DCP Verbindung

Regelgerät

Bussysteme DCP und CANopen zur Steuerung

Energiemessungen

Fahrqualitätsmessungen

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PC Inbetriebnahme

Energiemessung

Fahrqualitätsmessung

Ferndiagnose

Elektronik im Aufzug

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Evakuierungskonzept mit USV – Um bei Netzausfall Passagiere zu befreien

– Verwendung einer 230V USV zur Versorgung (Leistung < 10…30%)

– Dimensionierung für korrekte USV Auswahl

– Minimierung der USV durch Lastmessung und Leistungsregelung

Automatische Evakuierung mit USV

M

3~

UPS

L1

L2

L3

M

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Ersatz der Fahrschütze

K1

K2

K1

K2 Impuls

-

sperre

+24

V

Konventioneller

Umrichter

3 x 400V AC

Schütz-

überwachung

Schütz-

ansteuerung

K1

K2

EN81 12.7.3.a) fordert zwei unabhängige Geräte zur Unterbrechungen des Energieflusses (Schütze)

AC Schütze sind für 50/60Hz Ströme, der Motorstrom hat Frequenzen von 0Hz

Lichtbögen führen zu Kontakt-abbrand, Motorwicklungsfehlern oder Umrichterabschaltungen

Unidrive SP besitzt eine TÜV zertifizierte Sicherheitsfunktion zum sicheren Stillsetzen EN81-1

Ersatz der Motorschütze durch sichere Fahrtrelais

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Ersatz der Fahrschütze Schützeinsparung durch

STO Sicherheitsfunktion

– Geräuschreduktion

– Weniger Verschleiß

– Platzeinsparung

– Bessere EMV, einfacher

– Geringere Kosten

TÜV Zertifikat

– 1. TÜV abgenommener FU

– Kein IP54 Einbau erforderlich

– Approved by others TUV’s

– Alle SP’s von SP0 bis SPMD

– Mehr als 1000 Anlagen

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DCP / CANopen Lift DCP: RS485 Schnittstelle von

Steuerung zum Antrieb

CIA417 CAN Applikationsprofil für alle Aufzugskomponenten

Schleichfahrt-Positionierung DCP3 / CAN Speed Mode

Weggeregelte Direkteinfahrt DCP4 / CAN Position Mode

– Keine Verzögerungswege

– Geringere Halteverlustzeit

Reduzierte Verkabelung

Parametrierung über Display der Steuerung (roomless)

Archiving / Parametrierung/ Ferndiagnose und -service

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Servo Standstill Autotune

Magnetlage zur Erzeugung des Drehmoment am Servomotor

Ermittlung durch Autotuning erforderte entlasteten Motor

– Aufsetzen des Gegengewichts

– Aufhängen der Kabine

Neuer Stillstandstest mit geschlossener Bremse

– Stromregler Optimierung

– Ermittlung der Magnetlage

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Unidrive SP – Smartcard Setup Smartcard Erstellung

– CT Soft und Smartcard Reader

– Motorberechnung mit Angabe des Projekts an CT

– Erstellung der Smartcard CT

– Senden der Smartcard mit Projektbezeichnung an Kunden

Fast Einstellmenu für Monteur

– weniger als 50 Parameter

– Textanzeige mit Hilfetext

– Inbetriebnahme Reihenfolge

– Zum Expertenmodus mit F51

– Auch im Ferndisplay DCP/ CAN

MM

MPK400

(Fa. Kollmorgen)

FST

(Fa. NEW Lift)bp306

(Fa. Böhnke & Partner)

END CR_ ++

_ OK

ESC

SLC4

(Fa. Strack)

M

ESC CR_ +

MScoll

downScoll

up

BMPS

(Fa. Osma)

ESC

RET

M

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Plug’n Lift Solution

Prinzip

– Speicherung optimierter Motor-, Regelungs- und Aufzugsdaten im Motorgeber

– Programmierung des „Electronic Nameplate“ (ENP) beim Motorhersteller

Vorteile

– Einfachste Inbetriebnahme durch Auslesen des ENP

– Minimales Einstellrisiko

– Projektierter Fahrkomfort

– Problemloser Umrichtertausch

– Einfachste Datenwartung

– Datenablage an richtiger Stelle!

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EMERSON ELEVATOR SOLUTION

Elektronisches Typenschild

– Plug and Play Technologie

– Einstellung mit 1 Einstellung

#F0: Elektronisches Typenschild

– Inbetriebnahme < 1 Minute

READY TO RUN !

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-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5 15 25 35 45 55 65 75 85

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Energierückspeisung

Serielle Struktur: Back- to- Back System – Motor- und netzseitiger Wechselrichter (2 Geräte o. Kompaktgerät)

– Netzwechselrichter muss vollen Motorstrom führen

– Nutzung der Bremsenergie zur Reduktion der Energieaufnahme

– Aber Erhöhte Energieaufnahme im Stillstand

– Unidrive SP liefert Sinusstrom und erlaubt USV- Notbetrieb

Leerfahrt AUF Leerfahrt AB

Geschwindigkeit Netzleistung

Rückspeisung

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Energierückspeisung

Back-to-Back System für Ein- und Rückspeisung

Volkswohlbund Dortmund

– 4 Aufzüge der Fa. Janzhoff

– V = 2,5 m/s, Q = 900/ 1350kg, 57m

– Steuerung MPK Fa. Kollmorgen

Energiemessung VDI4707-1

– Stillstandsbedarf

• P = 120W (Beleuchtung) C

– Fahrbedarf

• EGesamt = 46 Wh A

– Spezifischer Energiebedarf

• Kl. 3: 0,74mWh/m*kg A

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Energierückspeisung Zwischenkreisverbund mit

zentraler Rückspeisung

– Energieausgleich über DC ZWK

– Alternative AC-/ DC- Speisung für höchste Redundanz

– Reduktion Energiebedarf …30%

– Für hoch frequentierte Gruppen gemeinsamer Triebwerksraum

Spital Frauenfeld (CH)

– 6er Gruppe Fa. AS Aufzüge

– v = 1,75m/s, Q = 1800kg

– Steuerung bp306 Fa. Böhnke

– Energieeinsparung 13MWh/ a

– 30% höhere Förderleistung mit DCP4 und Schnellstart

– Extrem hohe Verfügbarkeit

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Strukturen der Energierückspeisung

Parallele Netzrückspeisung Easy Gen

– Rückspeisender Umrichter parallel zum Motorumrichter

– Geringere Verluste im Motorbetrieb (Standby)

– Gerät kleiner – nur Rückspeisung

– Auslegung spart Kosten und Verluste

– Sinusstrom und USV- Notbetrieb

– Automatische Selbsteinstellung

– Einfache Nachrüstung, da nur DC und AC Kraftstrom- Verbindung

– Keine Abwärme und Klimatisierung

– verbesserte Energiebedarfsklasse (VDI4707-1) um 1 – 2 Stufen

– Redundant mit Bremswiderstand

Einspeisung

Rückspeisung

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VDI4707: Energieeffizienz von Aufzügen

VDI4707 Blatt 1 (03/2009)

Initiative der Aufzugsindustrie zur Energieeinsparung

Ziel: Messung und Beurteilung der Energieeffizienz

Messung des Energiebedarfs unterteilt in:

– Stillstandsbedarf: Leistungsbedarf 5min nach letzten Fahrt

– Fahrbedarf Energiebedarf für Referenzfahrt

Addition entsprechend Nutzungskategorie (0,2 – 6,0h/d)

Bezug auf Nutzlast und Fahrstrecke: Spez. Energiebedarf

Beurteilung nach Energiebedarfsklassen A – G

Förderung von neuen Energiespartechnologien

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VDI4707 Blatt 2 VDI4707 Blatt 2

Ermittlung des Energiebedarfs aus den Daten der Komponenten

Festlegung der Kenngrößen der Komponenten als Herstellerangaben

4 Betriebsmodi zur besseren Bestimmung des Energiebedarfs

Betrtieb

Bereitschaft

Soft Off

Sleep

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VDI4707 Blatt 2

Seilaufzug

• Antrieb besteht aus Stellglied – Motor – Getriebe – Seilantrieb

• Der Antrieb ist kein Verbraucher, sondern ein Energie- „Durchleiter“

• Verluste abhängig von geforderter mechanischer Leistung (Last, vn)

• Berechnung der Energieverluste der Fahrt mit Wirkungsgrad hX

• Im Stillstand haben Seil, Getriebe und Motor normal keine Verluste

• Verlustleistung des Umrichters im Stillstand wird durch Leistung für Betriebsart S0 bis S2 beschrieben

Quelle: www.GFC-Antriebstechnik.de

Netz

En

erg

ieflu

ss

Umrichter/

Umformer

Motor

Getriebe

Last

Mit Getriebe Gearless

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VDI4707 Blatt 2 Neue Berechnungsformel für den Energiebedarf der Fahrt (Seilaufzug)

– Leerfahrt AB:

– Berücksichtigung des Anlaufstroms durch Technologiefaktor kT

– Berücksichtigung der Komponenten durch Produktwirkungsgrad h

– Leerfahrt AUF:

– Zusatzkomponenten (Bremse, Lüfter)

– Energiebedarf der Fahrt: (Seilaufzug)

Einfache Berechnung mit wenigen, einfach zu beschaffenden Daten

)*12

(*21

*** BeschlT

FAHRTnnDGen tk

tvgmE

hh

h

)*(*1

*** BeschlTFAHRTnnDMot tktvgmE h

Technologie Überlast ü Wirkungsgrad

Motor

Wirkungsgrad

Steller

Technologie-

faktor kT

Umrichter 50% 80% 97% 0,336

Spannungssteller 100% 80% 97% 0,672

Polumschaltung 200% 80% 100% 1,8

kumuliert, P * )(*2 BFAHRTrefdiv ttE

refdivGenMottotal EEEE ,

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VDI4707 Blatt 2

Teil 1: Messung und Klassifizierung des Energiebedarfs eines Aufzugs

– Nichtsinusförmiger Stromverlauf

– Multimeter nicht geeignet

– Messung mit Netzanalysator

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VDI4707 Blatt 2 Teil 2: Standardisiertes Verfahren zur Berechnung des

Energiebedarfs eines vollständigen Aufzugs aus den Daten der Komponenten

Lösungen aus Komponenten werden Komplettlösungen gleichgestellt.

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1. Zukünftige Erfordernis und Prägung ökologischer Designprinzipien ist naheliegend. Auch die EU-Öko-Design-Richtlinie wird in Bälde für Aufzüge gelten.

Die gesamte Aufzugsbranche wird ihre Konstruktions-, Planungs-, Herstellungs-, Montage-, Instandhaltungs- und Recyclingsaktivitäten darauf auszurichten haben.

2. Der Bedarf an neuen Aufzügen sowohl in der BRD als auch weltweit wird verstärkt wachsen.

Zukunft

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3. Die Aufzüge im Betrieb unterliegen einem technisch

bedingten Materialverbrauch. Sie sind weiterhin zu

warten und zu ändern oder zu verbessern.

4. Die Sicherheit, Barrierefreiheit und Verfügbarkeit

wird sich kraft normativer Vorgaben und technolo-

gischer Innovationen erhöhen.

Europäische und weltweite Anforderungen an ökolo-

gische Aspekte fordern Konstruktion, Planung, Her-

stellung und Einsatz modernster Technologien heraus.

Das gilt auch für die Instandhaltung und das Recycling!

Zukunft

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5. Die Kosten für Errichtung und Betrieb werden

weiter sinken. Nachweisbar gilt dies bereits heute für

den Energieverbrauch und die Materialressourcen.

Die Aufzugsbranche kann mit zukunftsweisenden Kon-

struktionen und deren Instandhaltung die erwarteten

Reduzierungen der CO2-Emissionen und des Energie-

bedarfs bis 2020 - jeweils um 30 % - erfüllen.

Dies fördert die Akzeptanz und Erfüllung des Bedarfs, -

sowohl für neue Anlagen als auch dem Bestand oder

die Maßnahmen der Instandhaltung. Dies kann die

Metropolregionen erträglich machen. Es bietet für die

Alterung der Menschen Lebenshilfen.

Zukunft

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6. Control Techniques bietet bereits „universelle

Aufzugslösungen“ an für die

- Fachplanung,

- Herstellungs- und Montagebetriebe und

- Instandhaltung.

Diese werden ergänzt mit externer oder interner Fort-

bildung oder im Verbund mit anderen Komponentenher-

stellern.

Zukunft

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7. Insgesamt bedeutet die Entwicklung für Bauherren,

Architekten, Betreiber, Hersteller, Kompo-

nentenlieferanten und Instandhaltungsunternehmen:

„Bereits heute können mit den Anstößen der VDI-

Richtlinie und den berichteten Konstruktionen

erhebliche Kostenminderungen bei Errichtung,

Betrieb und Wartung erzielt werden. Anhand der

VDI-Richtlinie 4707 Teil 1 (und bald auch anhand

Teil 2) werden sie geplant und nachgewiesen.“

Zukunftssicherheit: Zusammenfassung

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!

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