Lift Report

Das Entwicklungsprojekt Neptun, welches die drei Berner Unternehmen Telma AG2), Kanyo Electronic3) und Mefortis AG4) mit Unterstützung durch das Forschungsprogramm „Elektrizität“ des Bundesamts für Energie (BFE) sowie durch die innoBEGenossenschaft5) lanciert haben, geht von zwei Tatsachen des Aufzugsmarktes aus.

In der Schweiz werden jährlich ca. 6000 neue Aufzugsantriebe installiert; im gesamten EU-Raum wird eine Anzahl von rund 50 000 Antrieben geschätzt. Mehr als zwei Drittel davon sind drehzahlgeregelte, durch Frequenzumrichter gesteuerte Drehstrommotor-Antriebe. Berücksichtigt man auch die Erneuerungen von Aufzügen in der Schweiz und im europäischen Raum, so erreicht man einen Umfang von über 170 000 Anlagen. Also eine durchaus Erfolg versprechende Grundlage für einen möglichen Business-Plan.

Als zweite Tatsache gilt die Betriebsweise solcher Aufzüge. Sie müssen ständig beschleunigen und bremsen. Die dafür benötigte Bremsenergie macht zwischen 30 und 40 % des gesamten Energie-Bedarfs aus und wird in Bremswiderständen in Wärme umgewandelt, also vernichtet und in vorgeschriebener Weise an die Umgebung abgegeben. Zugleich werden Aufzüge in der Regel rund um die Uhr betriebsbereit gehalten, was zu einem Standby-Stromverbrauch von bis zu 75 % des Gesamtenergieverbrauchs führt. Wären beide Effekte mit technologischen Mitteln zu verhindern, könnten in Gebäuden auch bei der Aufzugstechnik erhebliche Effizienzgewinne realisiert werden.

Mario Bolla, Geschäftsführer der Telma AG und Projektleiter, erläutert diese Aussicht: „Grundlage unserer Entwicklungsidee sind die in einem BFE-Projekt gemachten Berechnungen von Jürg Nipkow, S.A.F.E., welche mit einem Rekuperationswert von 30 % rechnen und annehmen, dass ein Viertel der Standby-Leistung von Frequenzumrichtern stammt. Unser Unternehmen ist innerhalb dieses Forschungsprojekts für die Industrialisierung und Fertigung sowie Vermarktung eines entsprechenden Produkts in der Schweiz zuständig.“

Diese Analyse stellt eine Herausforderung für Experten im Elektronik-Bereich dar, indem man sich nun auf die Aufzugssteuerung fokussierte. Als grundlegende Erkenntnis gilt: Es sollte statt des üblicherweise eingesetzten Spannungsumrichters ein Stromumrichter eingesetzt werden. Damit ist es möglich, beim Bremsen eine Rückspeisung ins Netz zu erreichen und deutlich weniger Standby- Energie aufzunehmen. Die konventionelle Lösung für zweiquadrante Netzgleichrichter ist eine Thyristor-Brücke. Diese braucht jedoch große induktive Bauteile (Netzdrossel, DC-Drossel). Mit schaltungstechnischen Maßnahmen können diese induktiven Bauteile verkleinert werden. Da keine Kondensatoren geladen werden müssen, kann der Umrichter im Standby- Betrieb vom Netz getrennt werden, so dass keine Energie mehr fließt.

Der Initiant dieser Idee, Dr. Pál Kanyó, meint dazu: „Grundsätzlich sind zwei Umrichter-Typen bekannt, welche sich für das Rückspeisen ins Wechselstrom-Netz eignen und in stromlosem Zustand keine Energie speichern: Matrix-Umrichter und Stromumrichter. Mit unserem patentierten Kommutierungsverfahren haben wir den Stromumrichter so weiter entwickelt, dass er den genannten Zielsetzungen entspricht.“ Mit dem 4-Quadranten-Betrieb ist nun eine Netzrückspeisung möglich, und auf Bremswiderstände kann verzichtet werden. Zudem können Synchronmotoren wie Schrittmotoren betrieben werden, gewünschte Aufzugspositionen lassen sich damit ohne Impulsgeber anfahren. Die Stromumrichter-Technik ist grundsätzlich nicht neu, sie wurde bei anderen Einsatzgebieten (z. B. Eisenbahn) erfolgreich eingesetzt. Mit der Halbleiter- Entwicklung konnte nun aber auch eine Lösung für Aufzugsantriebe gefunden werden.

Als weitere Voraussetzung galt, ein Konzept zu schaffen, das industriell umgesetzt werden kann und gleichzeitig nicht teurer wird als die herkömmliche Spannungsumrichtertechnik. Inzwischen ist ein Prototyp gebaut worden, den man zunächst im Labor testete und dann in einer Pilotanlage der als Projektpartner involvierten Mefortis AG einsetzen will. Dieses Unternehmen wird auch die Vermarktung im EU-Raum übernehmen. Alfred Meier, Mefortis AG: „Wir schauen auf über 30 Jahre Erfahrung im Aufzugsbereich zurück und haben speziell die in der Liftkonstruktion integrierte Antriebstechnik weiter entwickelt.“

Die Steuerungsentwicklung hat man beim neuen Projekt zunächst auf einen Leistungsbereich von 5 – 7,5 kW ausgerichtet. Es handelt sich dabei um die konventionellen Aufzügen für ca. fünf bis zehn Personen. Rund zwei Drittel aller Aufzüge können damit abgedeckt werden. Ziel ist es jedoch, im Weiteren den gesamten Leistungsbereich abdecken zu können. Neben den unterschiedlichen Liftmodellen denkt man als Einsatzbereich auch an Fördermittel und an Baukrane. Mit den dabei zu handhabenden Lasten ergeben sich für die Rekuperation noch wesentlich höhere Stromrückspeisewerte. Ebenfalls ein wichtiger Ansatz bei der Erstellung von energieeffizienten Gebäuden. Für die weitere Tätigkeit im Anschluss an das Forschungsprojekt wurde bereits im März 2006 eine neue Firma gegründet: Econodrives GmbH.

Das Team des Projekts erwartet aufgrund der Systemauslegung und der ersten Tests eine Energiereduktion im Betrieb von 30 – 40 % gegenüber konventionellen Systemen. Beim Standby-Verbrauch sind es weit mehr Prozente, da das neue Prinzip nur noch einen minimalen Energiebedarf im Stillstand aufweist. Gesamtschweizerisch könnten damit über 75 GWh reduziert werden, was über 11 Mio. Franken weniger Energiekosten bedeuten würde.