Vorteile der Nachrüstung intelligenter Motorensteuerungen an Fahrtreppen

Eine intelligente Motorsteuerung, wie sie im Airport in Sydney installiert wurde, kann hier Abhilfe schaffen An Haupt- und Regionalbahnhöfen sowie an S-Bahn-Stopps transportieren unzählige Fahrtreppen tagtäglich die Menschen zu ihrem Ziel In München etwa verbraucht jede von ihnen im Durchschnitt 15 000 bis 29 000 kWh pro Jahr, was laut Deutscher Bahn etwa ein Viertel der Gesamtkosten für den Betrieb der Fahrtreppen an den Münchner S-Bahn-Stationen ausmacht Zum Vergleich: Ein Zwei-Personen-Haushalt nutzt jährlich circa 2 800 kWh Energie Nach bundesweitem Standard wird durch die Energierückgewinnung bei abwärts laufenden Treppen sowie im Standby-Betrieb gespart, also dann, wenn niemand die Treppe nutzt Doch diese Technik hat zwei Nachteile: Zum einen steigt der Energieverbrauch bei den Starts immens an, zum anderen befördert dieses ruckartige Anlaufen den schnellen Verschleiß der Antriebsteile S-Bahn-Stopps transportieren unzählige Fahrtreppen tagtäglich die Menschen zu ihrem Ziel. In München etwa verbraucht jede von ihnen im Durchschnitt 15 000 bis 29 000 kWh pro Jahr, was laut Deutscher Bahn etwa ein Viertel der Gesamtkosten für den Betrieb der Fahrtreppen an den Münchner S-Bahn-Stationen ausmacht. Zum Vergleich: Ein Zwei-Personen-Haushalt nutzt jährlich circa 2 800 kWh Energie.
Nach bundesweitem Standard wird durch die Energierückgewinnung bei abwärts laufenden Treppen sowie im Standby-Betrieb gespart, also dann, wenn niemand die Treppe nutzt. Doch diese Technik hat zwei Nachteile: Zum einen steigt der Energieverbrauch bei den Starts immens an, zum anderen befördert dieses ruckartige Anlaufen den schnellen Verschleiß der Antriebsteile.

chambers

Im Motor installiert: das Steuerungsgerät Powerboss.

Ein Vorbild für möglich Verbesserungen könnte die Personenbeförderung am Flughafen im australischen Sydney bieten. Dort ist nämlich eine Steuerung namens Powerboss den Rolltreppen-Motoren vorgeschaltet, die solche Probleme verhindert und den hohen Energieverbrauch drosselt. „Gerade bei neu geplanten Fahrtreppen kommt es darauf an, die Betriebsart davon abhängig zu machen, wie hoch die jeweilige Frequentierung ist“, meint  Dr. Thomas Oberst vom TÜV Süd. Er ist überzeugt, dass gerade bei oft genutzten Fahrtreppen noch viel an Energie eingespart werden kann. Zwar spielt bei den TÜV-Prüfungen vor einer Inbetriebnahme die Energieeffizienz keine Rolle. Dennoch sollte sie gerade in diesem Bereich mehr als bisher berücksichtigt werden, denn die gängigen Betriebsarten verbrauchen mehr Strom als unbedingt notwendig ist. Standard in vielen deutschen Bahnhöfen ist der Automatikbetrieb: Die Treppe setzt sich mittels eines Kontakts in Gang und stoppt, wenn sich niemand auf dem Stufenband befindet. „Für das Anfahren aus dem Stillstand heraus sind jedoch hohe Einschaltströme erforderlich und damit ein hoher Energieverbrauch“, gibt Oberst zu bedenken. „Die Ströme könnten reduziert werden, wenn die Treppe im geregelten Dauerbetrieb gefahren wird.“
Bei dieser Methode fährt die Treppe im unbesetzten Zustand mit etwa 0,2 m/Sec langsamer, als im besetzten, wo die Geschwindigkeit bei etwa 0,5 m/sec liegt.  Die energiereichen Starts aus dem Stillstand und die ruckartigen Stopps würden verhindert, was den Energieverbrauch erheblich reduziert. Die bei Fahrtreppen üblicherweise verwendete Direkt- oder Stern-Delta-Schaltung mindert zwar teilweise die Spitzenbelastung für das Stromnetz. Die ungeregelten Starts führen aber häufig zu einer Überhitzung des Motors.
Zudem lässt diese Betriebsart ebenso wenig wie das verzögerte Aufschalten einzelner Motorphasen im Anlauf eine intelligente Strombedarfssteuerung zu. Bereits eine Streckung des Starts auf ein bis zwei Sekunden würde die Belastung von Antrieb und Stromkreis minimieren. Wird ein ungeregelter Elektromotor mit konstanter Drehzahl zyklischen Belastungen unterworfen, geht in der Phase der Teil- oder Leerlast zwischen 30 bis 50 % der aufgewendeten Energie einfach verloren.

Die  Anfahrströme sind Ursache des hohen Energieverbrauchs

In vielen Kauf- und Möbelhäusern etwa fahren die Treppen sechs Tage pro Woche im Dauerbetrieb, ohne zu beachten, dass der Kundenbetrieb je nach Tageszeit stark variiert. Ein vorgeschaltetes Steuerungsgerät hingegen stellt den Stromverbrauch auf die jeweilige Nutzungslast ein. Denn läuft der Motor unterhalb seiner Nennleistung, wird wesentlich mehr Strom für die Magnetisierung aufgenommen als eigentlich nötig wäre. Erst nahe dem Bereich der vollen Belastung erreicht ein ungeregelter drei-Phasen-Induktionsmotor einen annehmbaren Wirkungsgrad von 80 bis 96 %.
Ist die Fahrtreppe hoch frequentiert, lohnt sich der Dauerbetrieb. Bei schwankenden Belastungen hingegen wird das Steuerungsgerät sinnvoll, welches misst, wie hoch die Nutzung der Treppe ist, und diese nach einem gewissen Zeitraum bei Nulllast abschaltet. Um zu verhindern, dass sich stoßartige Impulse in der Startphase negativ auf den Antriebsstrang auswirken, sorgt die Steuerung für einen sanften Anlauf. Dadurch verringert sich auch der Verschleiß der Teile und die Wartungszyklen verlängern sich. Die Fahrtreppen bei den Münchner S-Bahnen etwa müssen alle drei Monate gewartet werden. 5 % sind täglich außer Betrieb.
Am Flughafen Sydney fiel, um dieses Problems zu lösen, die Entscheidung für den Sanftstart und die Powerboss-Steuerung. Auf dem größten internationalen Flughafen Australiens werden jährlich etwa 25 Millionen Passagiere und 500 000 t Tonnen Fracht, sowie bis zu 15 000 Gepäckstücken pro Stunde abgefertigt.

Powerboss

Das Funktionsprinzip

Powerboss-Anzeige: Regelung der Energiezufuhr.

Powerboss-Anzeige: Regelung der Energiezufuhr.

Powerboss funktioniert so: Ein Mikrochip misst jede 1/100 Sekunde den tatsächlichen Strombedarf des Motors und regelt die Energiezufuhr dann über ein Thyristorengitter. Er stellt die aktuelle Motorbelastung fest und liefert nur den Strom, der notwendig ist, um die Geschwindigkeit der Fahrtreppe präzise zu beschleunigen und konstant zu halten, ganz gleich, ob sie nun ein Gewicht von 50 kg oder 5 t tragen muss.
Das Optimierungsprogramm ist für einen sanften Anlauf und Stopp über einen Zeitraum von einer Sekunde bis zu vier Minuten einstellbar. Dadurch verringert sich der Energieverbrauch erheblich. Außerdem verlängert sich durch den geringeren Verschleiß die Lebensdauer des Antriebsstrangs; es  werden Schäden damit vermieden, was zusätzlich die Wartungskosten senkt.

Die Flughafenleitung wollte mit dem Powerboss sowohl Energie sparen, als auch die Zuverlässigkeit der Fördersysteme erhöhen. Versuchsweise erfolgte der Einsatz an den Personentransportbändern. Den ungeregelten Motoren der Fahrtreppen wurde diese Anlass-Steuerung vorgeschaltet, die nun für einen sanften Start der Treppe sorgt.

Die Treppen laufen ohne Anrucken und verbrauchen weniger Energie

In der Vorab-Auswertung wurde klar, dass die Motoren nur zu etwa 5 % der gesamten Zeit unter Volllast liefen. Die Prognose lautete damit auf Einsparungen zwischen 17 % und 19 %, was einer Amortisation binnen maximal 20 Monaten gleichkäme. Die Praxis ergab bei den Teststrecken einen reduzierten Verbrauch von fast genau 18 % weniger Strom.
In seinem Ursprungsland Großbritannien wird der Powerboss vor allem für Förderbänder in der Industrie eingesetzt. Auch in Deutschland hat er inzwischen Anerkennung erlangt: Die Aachener Stiftung Kathy Beys, die Strategiekonzepte für Nachhaltigkeit unterstützt, zeichnete das Gerät bereits für seine energieeffiziente Motorensteuerung aus.

Richard Chambers GmbH
Tel.: 089 9035638
Mail: chambers@qmi.de
www.chambers-gmbh.de