Was ein Aufzugsmotor leistet und warum die Wahl wichtig ist

Der Aufzugsmotor ist das Herzstück jedes Aufzugssystems – er ist die Maschine, die elektrische Energie in das mechanische Drehmoment umwandelt, das erforderlich ist, um die Aufzugskabine, ihre Passagiere und ihr Gegengewicht im Aufzugsschacht auf und ab zu bewegen. Jeder Fahrqualitätsparameter, den die Fahrgäste bemerken – sanfte Beschleunigung, Nivellierungspräzision, Anhaltekomfort und Geräuschpegel – wird direkt von der Leistung des Aufzugsantriebsmotors und des zugehörigen Steuerungssystems bestimmt. Ein schlecht spezifizierter oder verschlissener Motor verursacht ruckartige Starts, ungenaue Bodennivellierung und mechanische Geräusche, die das Vertrauen des Benutzers in die Installation untergraben und den Verschleiß von Seilen, Führungen und Bremskomponenten beschleunigen.

Für Gebäudeeigentümer, Facility Manager und Aufzugsingenieure hat die Entscheidung über die Wahl des Motors Konsequenzen, die weit über die anfänglichen Installationskosten hinausgehen. Der Aufzugsmotor ist der größte Einzelverbraucher elektrischer Energie im Aufzugssystem eines typischen mittelgroßen Gebäudes, und Energieeffizienzunterschiede zwischen Motortechnologien können bei einer Anlage mit mehreren Aufzügen zu Betriebskosten in Höhe von Tausenden von Dollar pro Jahr führen. Der Motortyp bestimmt auch die Anforderungen an den Maschinenraum – oder ob überhaupt ein Maschinenraum benötigt wird –, die Wartungsintervalle, die Geräusch- und Vibrationspegel, die auf die Gebäudestruktur übertragen werden, und die Leichtigkeit einer zukünftigen Modernisierung im Zuge der Weiterentwicklung der Antriebstechnologie.

In der Aufzugsindustrie hat sich in den letzten drei Jahrzehnten ein erheblicher Technologiewandel vollzogen, bei dem es sich um den Übergang von überwiegend getriebegesteuerten Induktionsmotorantrieben zu getriebelosen Permanentmagnet-Synchronmotorsystemen (PMSM) mit Frequenzumrichtern (VFDs) handelte. Um fundierte Entscheidungen über Neuinstallationen, Modernisierungsprojekte und Wartungsstrategien treffen zu können, ist es wichtig, das gesamte Spektrum der verfügbaren Aufzugsmotortechnologien zu verstehen – ihre Funktionsprinzipien, Leistungsmerkmale, Stärken und Einschränkungen.

Getriebe- und getriebelose Aufzugsmotoren: Die grundlegende Aufteilung

Die grundlegendste Klassifizierung in Aufzugsmotor Die Technologie unterteilt Antriebssysteme in Getriebe- und getriebelose Konfigurationen. Diese Unterscheidung betrifft nahezu jeden Aspekt der Anlage: Maschinenraumgröße, Geräuschpegel, Energieverbrauch, Seilscheibengeschwindigkeit und Wartungsanforderungen.

Getriebeantriebssysteme für Aufzüge

In einem Getriebeaufzug treibt die Motorwelle ein Schnecken- oder Stirnradgetriebe an, das die hohe Drehzahl des Motors (typischerweise 900–1.500 U/min für einen Standard-Induktionsmotor) auf die niedrige Scheibengeschwindigkeit (typischerweise 30–100 U/min) reduziert, die erforderlich ist, um die Förderseile mit der richtigen Seilgeschwindigkeit anzutreiben. Das Untersetzungsverhältnis beträgt typischerweise 15:1 bis 40:1 für Schneckengetriebemaschinen und 5:1 bis 12:1 für Stirnradgetriebe. Diese Konfiguration ermöglicht es einem relativ kleinen Induktionsmotor mit Standardgeschwindigkeit, durch mechanische Vorteile des Übersetzungsverhältnisses ein ausreichendes Drehmoment an der Seilscheibe zu entwickeln. Getriebeaufzugsmotoren sind überwiegend Wechsel- oder Gleichstrom-Induktionsmotoren mit einer Leistung von 5 kW für kleine Privataufzüge bis 75 kW für mittelgroße gewerbliche Aufzüge mit Seilgeschwindigkeiten von bis zu 2,5 m/s. Die Hauptvorteile von Getriebeantrieben sind niedrigere Anschaffungskosten, die Verwendung allgemein verfügbarer Standardmotorkomponenten und die Kompatibilität mit der standardmäßigen dreiphasigen Stromversorgung des Gebäudes, ohne dass in älteren AC-Installationen mit zwei Geschwindigkeiten spezielle Wechselrichterantriebe erforderlich sind.

Die Nachteile von Getriebemaschinen sind erheblich und erklären, warum die Technologie bei Neuanlagen auf dem Rückzug ist. Das Schneckengetriebe führt zu mechanischen Verlusten von 30–50 % (Schneckengetriebe sind von Natur aus ineffizient), was bedeutet, dass ein Aufzugmotor mit Getriebe erheblich größer sein muss als sein getriebeloses Äquivalent, um die gleiche Antriebsleistung für die Kabine zu liefern. Das Getriebeöl muss überwacht und regelmäßig ausgetauscht werden (normalerweise alle 3–5 Jahre), und die Verschleißfläche des Schneckengetriebes erzeugt Wärme und Geräusche, die mit der Zeit zunehmen, wenn sich der Zahneingriff verschlechtert. Getriebemaschinen haben außerdem begrenzte Seilgeschwindigkeiten – die meisten sind oberhalb von 2,5 m/s nicht wirtschaftlich – und erfordern in der Regel einen eigenen Maschinenraum über dem Aufzugsschacht für Getriebe, Motor und Steuerschrank.

Getriebelose Aufzugsmotoren

Bei einem getriebelosen Aufzugsantrieb ist die Motorwelle direkt mit der Seilscheibe gekoppelt – ein Zwischengetriebe entfällt. Der Motor muss daher genau mit der für die Riemenscheibe erforderlichen niedrigen Drehzahl laufen (normalerweise 30–100 U/min) und gleichzeitig ein sehr hohes Drehmoment direkt an der Welle entwickeln. Diese Direktantriebskonfiguration eliminiert alle getriebebedingten mechanischen Verluste, Geräusche und Wartungsarbeiten und ist der Grund, warum moderne getriebelose Aufzugsmotoren Gesamtsystemwirkungsgrade von 75–90 % erreichen, verglichen mit 45–60 % bei Getriebeäquivalenten. Getriebelose Maschinen werden für Seilgeschwindigkeiten über 1,0 m/s in Mittel- und Hochhausanwendungen eingesetzt und werden mittlerweile auch häufig in maschinenraumlosen (MRL) niedrigen und mittelhohen Aufzügen eingesetzt, bei denen das kompakte Motorpaket direkt im Schacht oder an der Schachtwand installiert wird, wodurch der Maschinenraum vollständig entfällt. Das getriebelose Design erfordert entweder einen speziell gebauten Motor mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment (normalerweise eine Permanentmagnet-Synchronmaschine) oder einen speziell entwickelten Induktionsmotor mit niedriger Drehzahl – Standardmotoren können nicht ohne Getriebe verwendet werden, da sie mit der falschen Drehzahl drehen.

Arten von Aufzugsmotoren: Eine detaillierte Aufschlüsselung

Innerhalb der Kategorien mit Getriebe und ohne Getriebe werden in Aufzugsanwendungen mehrere unterschiedliche Motortechnologien verwendet, jede mit spezifischen Leistungsmerkmalen, Effizienzprofilen und Anwendungseignung.

Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) – Der moderne Standard

Der Permanentmagnet-Synchronmotor ist zur dominierenden Technologie für neue Aufzugsinstallationen weltweit geworden und wird in der überwiegenden Mehrheit der MRL- und getriebelosen Aufzugsantriebe im Maschinenraum eingesetzt. In einem PMSM trägt der Rotor Permanentmagnete (typischerweise Neodym-Eisen-Bor, NdFeB), die ein konstantes Magnetfeld erzeugen, ohne dass Rotorwicklungsstrom erforderlich ist, wodurch Rotorkupferverluste vermieden und der Wirkungsgrad erheblich verbessert werden. Der Stator wird von einem speziellen Aufzugsantriebswechselrichter (VFD) mit Wechselstrom mit variabler Frequenz und variabler Spannung versorgt, der die Rotorgeschwindigkeit und -position mithilfe von Encoder-Feedback präzise steuert. PMSM-Aufzugsmotoren erreichen bei Nennlast eine Energieeffizienz von 92–96 % – deutlich höher als jede Alternative zu Induktionsmotoren. Sie sind aufgrund ihres Drehmoments kompakt und leicht (Leistungsdichte 2–4x höher als vergleichbare Induktionsmotoren), arbeiten geräuschlos und ermöglichen eine äußerst präzise Geschwindigkeits- und Positionssteuerung für sanfte Starts und Stopps sowie eine genaue Bodennivellierung mit einer Genauigkeit von ±1–2 mm. Die Haupteinschränkung von PMSM-Aufzugsmotoren besteht in ihrer Abhängigkeit von Seltenerdmagneten, die die Kosten erhöhen und Bedenken hinsichtlich der Lieferkette mit sich bringen, sowie in der Notwendigkeit eines kompatiblen Wechselrichterantriebs – sie können ohne VFD nicht direkt über die Stromversorgung betrieben werden.

AC-Induktionsmotor mit variablem Frequenzantrieb (VFD)

Dreiphasige Wechselstrom-Induktionsmotoren, die durch Frequenzumrichter gesteuert werden, stellen die moderne, verbesserte Alternative zu älteren Induktionsmotorantrieben mit fester Drehzahl in Getriebeaufzügen dar und werden auch in einigen getriebelosen Konfigurationen verwendet. Der VFD passt die Frequenz und Spannung an, die dem Motor zugeführt werden, um seine Drehzahl kontinuierlich zu steuern. Dies ermöglicht sanfte Beschleunigungsprofile und eine präzise Drehzahlregelung ohne die energieverschwendenden rheostatischen oder Motor-Generator-Drehzahlregelungssysteme, die in älteren Anlagen verwendet werden. Wechselstrom-Induktionsaufzugsmotoren mit VFDs erreichen Gesamtsystemwirkungsgrade von 65–80 % in Getriebeinstallationen und bis zu 85 % in optimierten getriebelosen Konfigurationen – deutlich besser als Zwei-Geschwindigkeits-Wechselstrom- oder Ward-Leonard-Gleichstromsysteme, die sie ersetzt haben. Ihre Hauptvorteile gegenüber PMSM sind niedrigere Motorkosten, keine Abhängigkeit von Seltenerdmagneten und die Möglichkeit, bestehende Anlagen einfacher nachzurüsten, da Standardmotorrahmen und Wicklungskonfigurationen von mehreren Herstellern erhältlich sind, ohne dass die spezielle Magnetlieferkette von PMSM erforderlich ist.

Gleichstrom-Aufzugsmotoren (Ward-Leonard- und Thyristorsteuerung)

Gleichstrommotoren, die von Ward-Leonard-Motorgeneratorsätzen oder später von Thyristor-Gleichrichterantrieben (SCR) gesteuert wurden, dominierten von den 1930er bis 1990er Jahren Hochleistungsaufzugsanlagen. Gleichstromserien- oder Verbundaufzugsmotoren lieferten das hervorragende Drehmoment bei niedriger Drehzahl, die sanfte Geschwindigkeitsregelung und die dynamischen Bremseigenschaften, die für Hochgeschwindigkeitsaufzüge in Hochhäusern erforderlich sind, bevor die AC-VFD-Technologie ausreichend ausgereift war, um ihrer Leistung zu entsprechen. Viele ältere Hochhaus- und Premium-Gewerbeaufzugsanlagen verwenden noch immer Gleichstromantriebssysteme, die in den 1970er bis 1990er Jahren installiert wurden und weiterhin zuverlässig funktionieren. Gleichstrom-Aufzugsmotoren werden nicht mehr für Neuinstallationen spezifiziert, da Wechselstrom-VFD- und PMSM-Systeme ihre Leistung bei geringeren Kosten, höherem Wirkungsgrad und deutlich geringerem Wartungsaufwand erreicht oder sogar übertroffen haben (Gleichstrommotoren erfordern eine regelmäßige Bürsten- und Kommutatorwartung, die bei Wechselstrommotoren vollständig entfällt). Die installierte Basis von Gleichstrom-Aufzugsmotoren stellt eine große Modernisierungsmöglichkeit für Gebäudeeigentümer dar, die Energieeinsparungen und einen geringeren Wartungsaufwand anstreben.

Aufzugsantriebe mit linearem Induktionsmotor (LIM).

Aufzugssysteme mit linearem Induktionsmotor eliminieren Seil und Seilrolle vollständig und verwenden einen flachen Stator, der im Aufzugsschacht montiert ist, und eine Reaktionsschiene, die an der Aufzugskabine befestigt ist, um einen direkten linearen Schub ohne rotierende Komponenten zu erzeugen. LIM-Aufzüge werden in bestimmten Anwendungen eingesetzt – insbesondere in einigen Aussichtstürmen, Fahrgeschäften in Vergnügungsparks und experimentellen vertikalen Transportsystemen –, bei denen das Fehlen von Seilen und Gegengewichten die Aufzugsstruktur vereinfacht. Aufgrund der geringeren Effizienz im Vergleich zu Seilzugsystemen und der Komplexität der Energiebusinstallation im Aufzugsschacht haben LIM-Aufzüge jedoch keine breite kommerzielle Akzeptanz in Standardanwendungen für Gebäudeaufzüge erreicht. Sie bleiben eine Nischentechnologie mit spezifischen Vorteilen in bestimmten architektonischen Kontexten.

Hydraulische Aufzugsaggregate

Bei hydraulischen Aufzügen treibt ein Elektromotor eine Hydraulikpumpe an, die Flüssigkeit unter Druck setzt, um einen Kolben auszufahren oder einzufahren und so die Aufzugskabine zu bewegen. Der Motor in einem hydraulischen Aufzugsaggregat ist typischerweise ein dreiphasiger Wechselstrom-Induktionsmotor, der mit konstanter Drehzahl (1.450 oder 1.500 U/min bei 50 Hz) läuft und eine Hydraulikpumpe mit fester oder variabler Verdrängung antreibt. Die Motorgrößen reichen von 5 kW für kleine Heimaufzüge bis zu 45 kW für schwere gewerbliche hydraulische Aufzüge. Hydraulische Aufzugsantriebe sind auf niedrige Aufstiegshöhen (typischerweise 2–6 Stockwerke) und niedrige Geschwindigkeiten (bis zu 0,63 m/s) beschränkt und im Vergleich zu Seilaufzugssystemen äußerst energieineffizient – ​​der Motor läuft auch beim Abstieg mit voller Geschwindigkeit, wobei die Energie als Wärme in der Hydraulikflüssigkeit abgegeben und nicht zurückgewonnen wird. Moderne Hydraulikaggregate mit variabler Geschwindigkeit und elektronisch gesteuerter Pumpenverdrängung haben im Vergleich zu älteren Systemen mit fester Geschwindigkeit eine verbesserte Effizienz und Fahrqualität, aber hydraulische Aufzüge bleiben grundsätzlich weniger effizient als Antriebsalternativen und werden bei Neuinstallationen immer seltener eingesetzt, mit Ausnahme spezieller Flachbauanwendungen, bei denen die Platzierung des Maschinenraums unterhalb des Aufzugs architektonisch vorteilhaft ist.

Wichtige technische Spezifikationen eines Aufzugsmotors

Bei der Spezifikation oder Bewertung eines Aufzugsmotors wird dessen Eignung für eine bestimmte Anwendung durch eine Reihe wichtiger technischer Parameter bestimmt. Das Verständnis dieser Spezifikationen ist wichtig, um genaue Vergleiche zwischen Produkten anzustellen und sicherzustellen, dass der ausgewählte Motor sowohl den Anwendungsanforderungen als auch den gesetzlichen Anforderungen entspricht.

Maschinenraumlose (MRL) Aufzugsmotoren: Wie kompaktes Design die Branche veränderte

Die Einführung der maschinenraumlosen Aufzugstechnologie Mitte der 1990er Jahre – ermöglicht durch die Entwicklung kompakter, getriebeloser PMSM-Aufzugsmotoren mit hohem Drehmoment – veränderte die Installationspraxis und das Gebäudedesign von Aufzügen grundlegend. Vor MRL-Systemen erforderte jede Seilaufzugsinstallation einen eigenen Maschinenraum, der sich typischerweise direkt über dem Aufzugsschacht befand und die Traktionsmaschine, das Bedienfeld und den Regler enthielt. Dieser Maschinenraum beanspruchte wertvollen Platz (normalerweise 10–20 m² pro Aufzug), erforderte eine strukturelle Unterstützung, die das Gewicht des Motors und der Maschine tragen konnte, und erlegte im obersten Stockwerk des Gebäudes Einschränkungen bei der Deckenhöhe auf.

MRL-Aufzugsmotoren sind speziell für den Einbau im Aufzugsschacht selbst konzipiert – entweder an der Seitenwand des Schachts am oberen Treppenabsatz, an der Unterseite der Schachtdecke oder in einer flachen Überkopfkonstruktion – ohne separaten Maschinenraum. Dies ist möglich, weil moderne getriebelose PMSM-Motoren ein sehr flaches Scheiben- oder Scheibenprofil haben (die axiale Länge beträgt oft weniger als 300–400 mm, selbst bei Maschinen mit 15–20 kW) und ihre niedrige Betriebsgeschwindigkeit (30–80 U/min) das große, schwere Getriebe überflüssig macht, das herkömmlichen Maschinen ihre Masse verlieh. Motor und Steuerung sind in kompakte Einheiten integriert, die in den meisten Fällen von herkömmlichen Aufzugsmechanikern ohne spezielle Kranausrüstung installiert werden können.

Die Vorteile von MRL-Aufzugsinstallationen sind erheblich: Durch den Wegfall des Maschinenraums werden 10–20 m² Nettonutzbodenfläche pro Aufzug eingespart (sehr wertvoll in städtischen Gewerbe- und Wohngebäuden), die Strukturkosten werden gesenkt, da kein Maschinenraumboden mit Tragfähigkeit des Kranträgers erforderlich ist, und das kompakte Motorpaket mit VFD-Antrieb und Energierückgewinnung kann den Energieverbrauch um 40–70 % im Vergleich zu den älteren Wechselstrom- oder Ward-Leonard-Gleichstromsystemen senken, die sie bei Modernisierungsprojekten ersetzen. Heutzutage machen MRL-Aufzüge, die von kompakten getriebelosen PMSM-Motoren angetrieben werden, den Großteil der neuen Aufzugsinstallationen in Gebäuden mit einer Höhe von bis zu etwa 10–15 Stockwerken aus, und ihre Technologie wurde schrittweise nach oben erweitert, um auch höhere Gebäude bedienen zu können, da die Motorleistungsdichte weiter zunimmt.

Energieeffizienz und regenerative Antriebe in Aufzugsmotorsystemen

Aufzugsmotoren gehören zu den größten elektrischen Verbrauchern in mehrstöckigen Gebäuden, und der Energieverbrauch in Aufzugssystemen hat zunehmend an Bedeutung gewonnen, da die Energievorschriften für Gebäude verschärft wurden und die Kosten für gewerblichen Strom gestiegen sind. Das Verständnis der Energieleistung verschiedener Aufzugsmotor- und Antriebskonfigurationen hilft Gebäudeeigentümern, fundierte Entscheidungen über Neuinstallationen und Modernisierungsinvestitionen zu treffen.

Wie Aufzugsmotoren Energie verbrauchen und zurückgewinnen

Ein Aufzugsmotor fungiert in einigen Betriebsphasen als Motor und in anderen als Generator, abhängig von der Fahrtrichtung der Kabine und dem relativen Gewicht der Kabine plus Passagiere gegenüber dem Gegengewicht. Wenn sich der Aufzug in Richtung der schwereren Seite bewegt (z. B. wenn eine beladene Kabine nach oben fährt oder eine leere Kabine nach unten fährt), verbraucht der Antriebsmotor Strom aus dem Netz. Wenn sich der Aufzug gegen die schwerere Seite bewegt (eine leere Kabine fährt gegen ein schweres Gegengewicht oder eine beladene Kabine fährt nach unten), wird der Motor im Wesentlichen von der Last angetrieben – er fungiert als Generator und erzeugt elektrischen Strom. Bei einem herkömmlichen nichtregenerativen Antrieb wird diese erzeugte Energie in Bremswiderständen als Wärme abgegeben. Bei einem regenerativen Antrieb (auch Active-Front-End-Antrieb oder Energierückgewinnungsantrieb genannt) wird diese erzeugte Energie zur Nutzung durch andere Verbraucher in das elektrische Verteilungssystem des Gebäudes zurückgespeist – ein Vorgang, der als regeneratives Bremsen oder Energierückgewinnung bezeichnet wird.

Energieeinsparungen durch regenerative Aufzugsantriebe

Regenerative Aufzugsantriebe in Kombination mit hocheffizienten PMSM-Motoren repräsentieren den neuesten Stand der Aufzugsenergieleistung. Die während der regenerativen Bremsphasen zurückgewonnene Energie – die in einem typischen Arbeitszyklus 20–35 % der gesamten Motorenergieaufnahme ausmachen kann – wird in das Gebäudenetz zurückgeführt und nicht als Wärme verschwendet. In Kombination mit dem höheren Grundwirkungsgrad eines PMSM-Motors (92–96 %) im Vergleich zu einem älteren Getriebe-Induktionsmotor (45–60 % des Gesamtsystems) kann eine vollständige Nachrüstung des regenerativen PMSM-Antriebs den Energieverbrauch von Aufzügen in Gebäuden mit älteren hydraulischen oder Getriebe-AC-Systemen mit zwei Geschwindigkeiten um 60–75 % senken. Bei einem typischen mittelgroßen Gebäude mit zwei bis vier Aufzügen kann dies zu jährlichen Stromeinsparungen von 10.000 bis 30.000 kWh pro Aufzug führen, was bei den aktuellen kommerziellen Stromtarifen eine erhebliche Reduzierung der Betriebskosten darstellt. Normen zur Prüfung des Energieverbrauchs von Aufzügen – einschließlich ISO 25745 (Global) und VDI 4707 (deutsche Norm, die ISO 25745 beeinflusst hat) – bieten einen standardisierten Rahmen für die Messung und den Vergleich des Energieverbrauchs von Aufzügen bei verschiedenen Produkten und Installationsarten.

Stromverbrauch im Standby- und Leerlaufmodus

Ein häufig übersehener Aspekt des Energieverbrauchs von Aufzugsmotoren ist der Standby-Strom – der Strom, der von der Aufzugssteuerung, der Beleuchtung, der Belüftung und der Antriebselektronik verbraucht wird, wenn der Aufzug im Leerlauf ist (keine Fahrt macht). In vielen Gewerbegebäuden steht der Aufzug tatsächlich 60–80 % des 24-Stunden-Tages still, was bedeutet, dass der Standby-Strom einen erheblichen Teil des gesamten Energieverbrauchs des Aufzugs ausmachen kann. Moderne Aufzugssteuerungssysteme mit Schlafmodi, LED-Kabinenbeleuchtung, bedarfsgesteuerter Belüftung und stromsparenden Standby-VFD-Modi können den Standby-Stromverbrauch auf nur 50–100 W pro Aufzug im Vergleich zu 200–600 W bei älteren Systemen reduzieren – ein Unterschied, der sich über die Betriebslebensdauer des Aufzugs deutlich summiert.

Auswahl des Aufzugsmotors: Abstimmung des Antriebs auf die Anwendung

Die Auswahl des richtigen Aufzugsmotors für eine bestimmte Gebäudeanwendung erfordert einen systematischen Ansatz, der mehrere voneinander abhängige Parameter bewertet. Wenn dies bereits in der Entwurfsphase richtig erfolgt, wird sowohl eine Unterspezifikation (unzureichende Leistung, Überhitzung, vorzeitiger Verschleiß) als auch eine Überspezifikation (verschwendete Kapitalkosten, schlechter Teillastwirkungsgrad) vermieden.

Berechnung der erforderlichen Motorleistung

Die minimal erforderliche Aufzugsmotorleistung kann aus der Grundgleichung berechnet werden: P = (Q × g × v) / (η_System × 1000), wobei Q die Nettolast (Nennlast der Kabine minus Unwucht des Gegengewichts in kg) ist, g die Erdbeschleunigung (9,81 m/s²), v die Nenngeschwindigkeit der Kabine (m/s) und η_System die Gesamteffizienz des Antriebssystems einschließlich Motor, Antriebswechselrichter und Reibungsverluste zwischen Seilrolle und Seil ist. Das Gegengewicht wird normalerweise auf das Leergewicht der Kabine plus 40–50 % der Nennlast eingestellt, was bedeutet, dass der Motor nur das Ungleichgewicht zwischen Kabine plus Last und Gegengewicht antreiben muss, anstatt das Gewicht der vollen Ladung anzuheben. Für einen Lastenaufzug mit einer Nennlast von 1.000 kg und einer Geschwindigkeit von 1,6 m/s, einem Gegengewichtsungleichgewicht von 40 % und einem Gesamtsystemwirkungsgrad von 85 % beträgt die erforderliche Motorleistung ungefähr (400 × 9,81 × 1,6) / (0,85 × 1000) ≈ 7,4 kW. Anschließend würde ein Motor mit 10–11 kW ausgewählt, um eine Standardkataloggröße mit einem Leistungsspielraum von 30–35 % für Beschleunigung, Notbetrieb und Wärmereserve bereitzustellen.

Geschwindigkeitskategorie und Anwendungstyp

Die Spezifikation der Fahrzeuggeschwindigkeit ist der wichtigste Parameter bei der Bestimmung der geeigneten Motortechnologie. Als allgemeine Richtlinie gilt: Für Geschwindigkeiten bis zu 0,63 m/s (niedrige Wohn- und Gewerbeaufzüge) sind hydraulische Antriebe oder kleine Induktionsgetriebemotoren mit Frequenzumrichtern üblich; für 0,63–2,5 m/s (mittlere Gewerbe- und Wohngebäude) dominieren getriebelose PMSM-MRL-Systeme den Markt; für 2,5–10 m/s (gewerbliche Hochhäuser und Gebäude mit gemischter Nutzung) sind größere getriebelose PMSM-Maschinen in konventionellen Maschinenräumen oder Penthouse-Maschinenräumen Standard; Über 10 m/s (sehr hohe Gebäude) sind speziell entwickelte getriebelose Hochgeschwindigkeitsmaschinen von spezialisierten Herstellern (Otis, KONE, Schindler, Mitsubishi) erforderlich, oft mit kundenspezifischen Seilkonfigurationen, Erdbebenschutzfunktionen und aktiven Geräuschdämpfungssystemen.

Anforderungen an Verkehrsintensität und Arbeitszyklus

Die thermische Dimensionierung eines Aufzugsantriebsmotors muss die erwartete Verkehrsintensität berücksichtigen – wie oft der Aufzug pro Stunde startet und wie das Ein-/Aus-Arbeitszyklusmuster aussehen wird. Ein Privataufzug mit 15–30 Starts pro Stunde erfordert einen Motor mit deutlich geringerer thermischer Masse als ein stark frequentierter Gewerbeaufzug in einem Bürogebäude während der morgendlichen Hauptverkehrszeit, der 120–180 Starts pro Stunde erreichen kann. Die Arbeitszyklusklassifizierungen gemäß IEC 60034-1 – S3 (intermittierender periodischer Betrieb), S4 (intermittierender periodischer Betrieb mit Start) und S5 (intermittierender periodischer Betrieb mit Start und elektrischer Bremsung) – bilden den Standardrahmen für die Festlegung der thermischen Anforderungen an Aufzugsmotoren. Eine Unterdimensionierung der Wärmeklasse ist eine der häufigsten Ursachen für vorzeitige Wicklungsausfälle von Aufzugsmotoren in Anlagen mit hohem Verkehrsaufkommen.

In Aufzugsmotoren integrierte Sicherheitssysteme

Der Aufzugsmotor arbeitet nicht isoliert – er ist in eine Reihe obligatorischer Sicherheitssysteme integriert, die seinen Betrieb überwachen, steuern und begrenzen, um jederzeit die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten. Das Verständnis dieser Sicherheitsschnittstellen ist sowohl für das Wartungspersonal als auch für die Modernisierungsingenieure von entscheidender Bedeutung.

• Elektromechanische Bremse: Alle Antriebsaufzugsmotoren sind mit einer federbetätigten, elektrisch gelösten elektromagnetischen Bremse ausgestattet, die automatisch einrastet, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird – sei es absichtlich an einer Haltestelle oder infolge eines Stromausfalls, einer Unterbrechung des Sicherheitskreises oder eines Fehlerzustands. Die Bremse muss die voll beladene Kabine an jeder Steigung ohne Kriechen festhalten und in Verbindung mit dem Begrenzer und dem Fangvorrichtungssystem in der Lage sein, eine zu schnell fahrende Kabine anzuhalten. EN 81-20 (Europäische Norm) und ASME A17.1 (Nordamerikanische Norm) legen Mindesthaltemomente der Bremsen fest und fordern redundante Bremskreise bei Neuinstallationen. Die Überwachung des Bremszustands – die Messung des Lüftstroms, der Lösezeit und des Scheibenverschleißes der Bremse – wird zunehmend als Werkzeug zur vorausschauenden Wartung in moderne Antriebssteuerungen integriert.
• Drehzahlregler- und Encoderüberwachung: Der Encoder des Aufzugsmotors liefert eine kontinuierliche Geschwindigkeitsrückmeldung an die Antriebssteuerung, die die tatsächliche Geschwindigkeit während der gesamten Fahrt mit zulässigen Geschwindigkeitsprofilen vergleicht. Wenn der Übergeschwindigkeitsschwellenwert der Kabine überschritten wird – normalerweise 115–125 % der Nenngeschwindigkeit – leitet die Antriebssteuerung eine Notstoppsequenz ein. Ein mechanischer Fliehkraftregler, der über das Begrenzerseil mit der Kabine verbunden ist, bietet ein sekundäres, unabhängiges Übergeschwindigkeitserkennungssystem, das die Fangvorrichtung der Kabine (progressiv oder unverzögert) aktiviert, um die Führungsschienen zu klemmen und die Kabine unabhängig vom Motor oder Antriebssystem zu einem kontrollierten Stopp zu bringen.
• Safe Torque Off (STO) und Sicherheitsantriebsfunktionen: Moderne VFD-Antriebe für Aufzüge verfügen über Sicherheitsantriebsfunktionen gemäß IEC 61800-5-2, vor allem Safe Torque Off (STO), das die drehmomenterzeugende Spannung von den Motorwicklungen entfernt, ohne den gesamten Antrieb abzuschalten. Dadurch wird die Gefahr eines unerwarteten Motorneustarts nach einem Notstopp beseitigt, während der Antrieb in einem überwachten sicheren Zustand bleibt. Höhere Sicherheitsfunktionen wie Safe Stop 1 (SS1) und Safe Speed ​​Monitoring (SMS) werden von EN 81-20 zunehmend für Neuinstallationen gefordert und im Sicherheitsprozessor des Antriebs implementiert, ohne dass externe Sicherheitsrelais erforderlich sind.
• Wärmeschutz: Aufzugsmotoren sind mit in die Statorwicklungen eingebetteten Thermistoren (PTC-Sensoren) oder PT100-Widerstandstemperatursensoren ausgestattet, die die Wicklungstemperatur kontinuierlich überwachen und dem Antriebsregler signalisieren, die Last zu reduzieren oder abzuschalten, wenn die thermische Grenze erreicht wird. Dieser Schutz verhindert Isolationsschäden durch anhaltende Überlastung – beispielsweise wenn ein Motor an einem Tag mit hohem Verkehrsaufkommen während einer Sommerhitzewelle in einem nicht klimatisierten Maschinenraum läuft. Einige moderne PMSM-Aufzugsmotoren überwachen auch die Magnettemperatur, um vor Entmagnetisierung bei erhöhten Temperaturen zu schützen.
• Schutz vor unbeabsichtigter Fahrzeugbewegung (UCM): EN 81-20 führte die Anforderung für einen Schutz vor unbeabsichtigter Kabinenbewegung ein – ein System, das jede Bewegung der Aufzugskabine weg von einem Stockwerk bei geöffneten Türen erkennt und innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit- und Entfernungsgrenze eine Stoppvorrichtung aktiviert. Der UCM-Schutz wird mithilfe des Motor-Encoders zur Positionsüberwachung in Kombination mit einer Hardware-Verriegelung im Antriebssystem implementiert, die verhindert, dass sich Zugkraft entwickelt, wenn die Tür geöffnet wird, mit einer unabhängigen mechanischen Arretiervorrichtung als Sicherung.

Wartung von Aufzugsmotoren: Was und wie oft überprüft werden muss

Eine ordnungsgemäße vorbeugende Wartung des Aufzugsfahrmotors ist für den sicheren Betrieb, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und das Erreichen der Auslegungslebensdauer des Motors von 25–40 Jahren für moderne PMSM-Maschinen von entscheidender Bedeutung. Der Wartungsplan und der Inspektionsinhalt variieren je nach Motortyp, Verkehrsintensität und den Anforderungen der örtlichen Aufzugsvorschriften (die in der Regel eine regelmäßige Inspektion durch einen zertifizierten Aufzugstechniker vorschreiben, unabhängig vom internen Wartungsprogramm des Eigentümers).

Routinemäßige monatliche und vierteljährliche Kontrollen

Zu den monatlichen Kontrollen für getriebelose PMSM-Aufzugsmotoren sollte gehören, auf ungewöhnliche Geräusche während des Motorbetriebs zu achten (Lagergeräusche, Bremsenklappern oder Resonanzvibrationen), sicherzustellen, dass der Motor und die Bremsbaugruppe keine Anzeichen von Öl- oder Feuchtigkeitseintritt aufweisen, und die Motortemperaturanzeige oder das Steuerungsprotokoll auf thermische Ereignisse seit der letzten Inspektion zu überprüfen. Zu den vierteljährlichen Kontrollen gehören eine Sichtprüfung aller elektrischen Kabelanschlüsse am Motoranschlusskasten auf festen Sitz und Anzeichen von Überhitzung (Verfärbung, Risse in der Isolierung), die Überprüfung der Bremsspalteinstellungen anhand der Herstellerangaben mithilfe von Fühlerlehren sowie eine manuelle Seilinspektion an der Seilscheibe auf Verringerung des Seildurchmessers, Drahtbrüche oder Schmierstoffverunreinigungen, die den Seilscheibenverschleiß erhöhen könnten.

Jährliche Wartungsaufgaben

Die jährliche Wartung eines getriebelosen Aufzugsmotors sollte eine Prüfung des Isolationswiderstands der Motorwicklungen mit einem 500-V- oder 1.000-V-Megaohmmeter umfassen – der minimal akzeptable Isolationswiderstand beträgt 1 MΩ pro 1 kV Nennspannung, wobei Werte unter 10 MΩ weitere Untersuchungen und Trends erfordern. Der Lagerzustand sollte durch Vibrationsmessung (mit einem tragbaren Vibrationsanalysator an den Lagerschilden des Motors) beurteilt und mit den Ausgangswerten verglichen werden, die bei der Inbetriebnahme oder beim letzten Lageraustausch ermittelt wurden. Es sollte eine Lagerschmierung durchgeführt werden – entweder eine Schmierung der Motorlager gemäß den Herstellerangaben (normalerweise 15–25 g eines Lithiumkomplexfetts alle 2.000–4.000 Betriebsstunden) oder eine Überprüfung des Zustands der Lager auf Lebensdauer. Bei Getriebemaschinen umfasst die jährliche Inspektion die Entnahme von Getriebeölproben zur Metallpartikelanalyse (ferrografische Prüfung zur Erkennung von Getriebeverschleiß vor einem Ausfall), die Messung des Spiels des Schneckengetriebes anhand der Spezifikation und die Inspektion des Zustands der Getriebegehäusedichtung.

Anzeichen dafür, dass ein Aufzugsmotor ausgetauscht werden muss

Zu den Schlüsselindikatoren dafür, dass ein Aufzugsantriebsmotor das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat und ersetzt statt repariert werden sollte, gehören: Isolationswiderstand, der trotz Neuwicklung oder Behandlung konstant unter 1 MΩ liegt (was auf einen irreversiblen Feuchtigkeitsschaden oder Isolationsausfall hinweist), Verschleiß der Lagergehäusebohrung, der ohne Gehäuseaustausch nicht korrigiert werden kann, Entmagnetisierung des PMSM-Rotormagneten, die durch den Verlust der Drehmomentkonstante des Motors angezeigt und durch Leerlauf-Gegen-EMK-Tests bestätigt wird, Verschleiß der Scheibenrille über der Verschleißgrenze des Herstellers (erforderlicher Austausch der Scheibe, der oft den Austausch der gesamten Maschine erfordert). wirtschaftlich) oder ein Steuerungssystem, das vom Hersteller nicht mehr unterstützt wird und für das keine Ersatzteile verfügbar sind. In vielen Fällen ist eine vollständige Maschinenmodernisierung – der Austausch von Motor, Antrieb und Steuerungssystem als Ganzes – über einen Zeitraum von 15 bis 20 Jahren wirtschaftlicher als die Reparatur einer alten Maschine und die separate Aktualisierung des Steuerungssystems, insbesondere angesichts der Energieeinsparungen, die mit modernen PMSM-Antrieben möglich sind.

Vergleich der wichtigsten Aufzugsmotortechnologien nebeneinander

Für Ingenieure, Gebäudeeigentümer und Beschaffungsteams, die Optionen für Aufzugsmotoren bewerten, fasst diese Vergleichstabelle die wichtigsten Unterscheidungsfaktoren der wichtigsten heute verwendeten Motortechnologien zusammen.

Modernisierung von Aufzugsmotoren: Wann Sie aufrüsten sollten und was Sie erwartet

Die Entscheidung, das Antriebsmotorsystem eines Aufzugs zu modernisieren – anstatt die bestehende Installation weiter zu warten – wird durch eine Kombination von Faktoren bestimmt: steigende Wartungskosten, sinkende Fahrqualität, Energieeffizienz, die nicht den aktuellen Gebäudezertifizierungsanforderungen entspricht, veraltete Ersatzteile und Änderungen bei Sicherheitsstandards, die eine Verbesserung der Compliance erfordern. Das Verständnis der Modernisierungsoptionen und ihrer wahrscheinlichen Ergebnisse hilft Gebäudeeigentümern, fundierte Investitionsentscheidungen zu treffen.

• Antriebsmodernisierung (Steuerung und Umrichtertausch): Der Austausch der Aufzugssteuerung und des Antriebsumrichters unter Beibehaltung des vorhandenen Motors und der Maschine ist die am wenigsten störende und kostengünstigste Modernisierungsoption und eignet sich, wenn Motor und Maschine mechanisch einwandfrei sind, das Steuerungssystem jedoch veraltet oder unzuverlässig ist. Dieser Ansatz kann die Fahrqualität erheblich verbessern (indem die Zwei-Gang-Schützsteuerung durch sanfte VFD-Beschleunigungsprofile ersetzt wird) und den Energieverbrauch um 15–25 % senken. Die Effizienzgewinne sind jedoch begrenzt, wenn es sich bei dem vorhandenen Motor um einen Getriebeinduktionsmotor mit niedrigem Wirkungsgrad handelt.
• Vollständige Maschinen- und Antriebsmodernisierung: Der Austausch der gesamten Traktionsmaschine (Motor, Bremse, Riemenscheibe) sowie des Antriebs- und Steuerungssystems sorgt für maximale Leistungs-, Effizienz- und Zuverlässigkeitsverbesserung. Bei einer bestehenden Installation mit einem Induktionsgetriebemotor und einem Maschinenraum führt der Austausch durch eine PMSM-Maschine und einen regenerativen Antrieb in der Regel zu einer Energieeinsparung von 50–70 %, macht die Wartung des Getriebeöls überflüssig, reduziert den Lärm und sorgt für eine zusätzliche Lebensdauer von 25 Jahren. Die Kosten dieser Option schwanken stark je nach Maschinengröße und Zugangsschwierigkeit, amortisieren sich jedoch bei Gewerbegebäuden mit hoher Verkehrsdichte in der Regel innerhalb von 5–8 Jahren durch Energieeinsparungen.
• Maschinenraumlose Umrüstung: Bei einigen Modernisierungsprojekten werden bestehende Maschinenrauminstallationen auf MRL-Konfiguration umgestellt, indem die neue kompakte PMSM-Maschine in den Schacht verlegt wird. Dadurch kann der ehemalige Maschinenraum als vermietbare Nutzfläche umgenutzt werden. Dieser Umbau ist architektonisch bedeutsam und kann Mieteinnahmen generieren, die die finanzielle Rendite der Modernisierungsinvestition erheblich beschleunigen, erfordert jedoch eine sorgfältige Struktur- und Schachtbewertung, um sicherzustellen, dass die Führungsschienenstruktur die neuen Maschinenmontagelasten tragen kann.
• Umrüstung von Hydraulik auf Traktion: Die Umrüstung eines vorhandenen hydraulischen Aufzugs auf ein Traktionssystem (seilbetrieben) mit einem getriebelosen PMSM-Motor ist eine umfassendere Modernisierung, die sowohl die Energieeffizienz des hydraulischen Antriebs (Systemwirkungsgrad typischerweise 25–40 %) als auch die Umweltbelastung des Hydrauliköls und -zylinders berücksichtigt. Bei der Traktionsumwandlung entfallen Hydraulikzylinder und Flüssigkeit, die Fahrgeschwindigkeit erhöht sich und der Energieverbrauch sinkt um 50–70 %. Das Projekt umfasst die Installation einer neuen Oberleitungsmaschine, für Zuglasten ausgelegte Führungsschienen, eines neuen Kabinenrahmens und Gegengewichts sowie den vollständigen Ausbau des Hydrauliksystems und die Flüssigkeitsentsorgung – ein erheblicher Projektaufwand, der sich normalerweise für Aufzüge mit einer langen Restlebensdauer des Gebäudes und hoher Verkehrsintensität lohnt.