Aufzugsfrequenzumrichter: S-Kurven-Bewegung, Bremsenansteuerung und Energie-Rückspeisung

In modernen Traktions- und Hydraulikaufzugsanlagen sind Frequenzumrichter (VFD) die zentralen Steuereinheiten für Fahrkomfort, präzise Bündiglandung und hohe Energieeffizienz.

Im Gegensatz zu Standard-Industrieumrichtern für Ventilatoren oder Pumpen benötigen Aufzugsumrichter spezialisierte Firmware-Funktionen. Sie müssen hohe Anlaufmomente aus dem Stand bewältigen, sanfte S-Kurven-Beschleunigungen bereitstellen, die mechanische Haltebremse sicher ansteuern und regeneratieve Bremsenergie verwalten.

Dieser Leitfaden erläutert die Funktionsweise der Aufzeugsantriebstechnik, wichtige Sicherheitsfunktionen und wie Rückspeiseeinheiten die Betriebskosten von Gebäuden nachhaltig senken.

1. Wie Aufzugsfrequenzumrichter Bewegung und Komfort steuern

Der Fahrkomfort in der Kabine hängt maßgeblich von der Steuerung der Beschleunigungsänderung ab – in der Physik als Ruck (Jerk) bezeichnet.

Das S-Kurven-Geschwindigkeitsprofil

Aufzugsantriebe nutzen keine linearen Beschleunigungsrampen, sondern ein vielschichtiges S-Kurven-Profil:

1. Ruck 1 (Anfahrrundung): Steigert die Beschleunigung sanft aus dem Stand, damit Insassen keinen ruckartigen Stoß oder Absacken spüren.

2. Konstante Beschleunigung: Führt den Motor gleichmäßig auf die Nenn-Fahrgeschwindigkeit.

3. Ruck 2 (Übergang zur Nenngeschwindigkeit): Flacht die Beschleunigung ab, wenn die Zielgeschwindigkeit erreicht wird.

4. Nenngeschwindigkeit: Hauptfahrphase zwischen den Etagen.

5. Ruck 3 & Verzögerung: Bremst die Kabine vor der Zieletage sanft ab.

6. Direkte Bündiglandung: Der Umrichter bremst die Kabine präzise auf Drehzahl Null exakt auf Höhe der Schachtthür ab. Unangenehme Schleichwege oder Nachregulierungen entfallen.

2. Wichtige Sicherheitsfunktionen: Bremsenansteuerung und Vorsteuermoment

Da Aufzüge Personen befördern, hat die Bremsensteuerung und das Verhindern von Ruckeln beim Anfahren höchste Priorität.

  [ Ruf- / Fahrauftrag an den Aufzug ]
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  │ 1. Vorsteuermoment aufbauen      │  <-- Umrichter hält volles Drehmoment bei 0 Hz
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  │ 2. Mech. Bremse öffnen           │  <-- Öffnet ohne Absacken der Kabine
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  │ 3. S-Kurven-Beschleunigung       │  <-- Sanfte Fahrt zur Zieletage
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  │ 4. Nullgeschwindigkeit & Halten  │  <-- Umrichter erreicht 0 Hz; Bremse schließt
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Verhindern von Rückrollen (Pre-Torque)

Wird die mechanische Haltebremse beim Anfahren geöffnet, bevor der Motor ein ausreichendes Magnetfeld aufgebaut hat, sackt die Kabine kurz ab (Rollback).

Aufzugsumrichter verhindern dies, indem sie über Lastmesssensoren oder sensorlose Vektorregler ein Vorsteuermoment (Pre-Torque) bei Frequenz Null aufbauen, bevor das Signal zum Öffnen der Bremse erteilt wird.

Überwachung der Rückmeldung

Aufzugsumrichter verfügen über integrierte Sicherheitslogik zur Bremsenansteuerung mit redundanter Rückmeldeüberwachung. Der Antrieb überprüft die Bremskontaktschalter unabhängig, bevor die Ausgangsfrequenz angehoben wird, um internationale Aufzugsnormen (z. B. EN 81-20 / EN 81-50) zu erfüllen.

3. Regenerative Energierückspeisung bei Aufzugsanlagen

Aufzugssysteme nutzen ein Gegengewicht, das auf etwa 45 % bis 50 % der maximalen Kabinenlast ausgelegt ist. Dadurch entstehen zwei unterschiedliche Betriebszustände:

• Motorischer Betrieb (Stromverbrauch): Schwere Kabine fährt NACH OBEN, oder leere Kabine fährt NACH UNTEN.

• Generatorischer Betrieb (Stromerzeugung): Schwere Kabine fährt NACH UNTEN, oder leere Kabine fährt NACH OBEN.

In traditionellen Installationen wird die erzeugte Bremsenergie über große Bremswiderstände auf dem Schacht- oder Maschinenraumdach in ungenutzte Wärme umgewandelt.

Active Front End (AFE) Rückspeiseeinsätze

Durch den Ersatz von Standard-Diodengleichrichtern durch eine Active Front End (AFE) Rückspeiseeinheit wird die generatorische Energie aufbereitet und direkt ins Stromnetz des Gebäudes zurückgespeist. In stark frequentierten Gewerbegebäuden verringern Rückspeiseumrichter den Netto-Energieverbrauch von Aufzugsanlagen um 30 % bis 40 %.

4. Kriterien zur Auswahl eines Aufzugsfrequenzumrichters

Bei der Modernisierung bestehender Anlagen oder der Planung von Neuanlagen sind folgende Punkte entscheidend:

1. Geber-Kompatibilität: Hochgeschwindigkeitsaufzüge erfordern geregelte Vektorregelung (Closed-Loop). Stellen Sie sicher, dass der Umrichter Geberkarten für EnDat, SSI oder SinCos unterstützt, um getriebelose Permanentmagnet-Synchronmotoren korrekt anzusteuern.

2. Kurzzeitige Überlastfähigkeit: Aufzugsmotoren benötigen hohe Anlaufströme. Wählen Sie einen Umrichter mit einer Überlastfähigkeit von mindestens 160 % bis 200 % für 3 bis 10 Sekunden.

3. Notstrombetrieb (USV-Batteriebetrieb): Bei Netzausfall muss der Umrichter mit einer 48V/96V DC Notstrom-USV arbeiten können. Die Firmware sollte die Lastrichtung automatisch auswerten und die Kabine in die energetisch günstigste Richtung bewegen, um Personen am nächsten Halt zu evakuieren.