Auf der Elektromobilitätswelle mitreiten

Warum Rotationsmotoren die Linearmotoren bei seillosen Aufzügen übertreffen könnten

von James Hutchinson und Daniel Johnson

Der Wettlauf um die Entwicklung praktischer seilloser Aufzugsysteme hat sich im letzten Jahrzehnt dramatisch beschleunigt. Angesichts des Bevölkerungswachstums in Städten und der immer weiter steigenden Gebäudehöhen sucht die Branche für vertikale Transportsysteme verstärkt nach Alternativen zu herkömmlichen seilbasierten Systemen.

Die meisten aktuellen Konzepte für seillose Aufzüge basieren auf Linearmotorantrieben, die erstmals durch Magnetschwebebahnen bekannt wurden. Diese Systeme sind theoretisch elegant und technologisch beeindruckend; dennoch bleibt eine wichtige Frage in der Branche weitgehend unbeantwortet: Sind Linearmotoren langfristig die beste Antriebsarchitektur für seillose Aufzüge? Wir bei Hyprlift glauben, dass die Antwort „Nein“ lauten könnte.

Wir glauben vielmehr, dass die Zukunft der seillosen VT letztendlich Systemen gehören wird, die auf rotierenden Elektromotortechnologien basieren – insbesondere solchen, die in der Lage sind, das außergewöhnliche Innovationstempo der globalen Elektrofahrzeugindustrie (EV) auszunutzen.

Die verborgene strategische Frage hinter seillosen Aufzügen

Ein Großteil der Branchendiskussion über seillose Aufzüge konzentriert sich auf die „Bewegungsgeometrie“, einschließlich multidirektionaler Fahrt, Schachteffizienz, Steigerung der Durchsatzleistung, Wegfall der Seile und reduzierter Platzbedarf im Schachtkern. All dies ist wichtig. Doch es gibt eine weitere Frage, die letztendlich noch entscheidender sein könnte: Welche Antriebsarchitektur wird sich in den nächsten 20 Jahren am schnellsten weiterentwickeln? 

Dies ist nicht nur eine technische Frage. Es ist auch eine wirtschaftliche und industrielle, denn die zukünftigen Gewinner im Bereich virtueller Technologien sind möglicherweise nicht einfach die Systeme, die heute am besten funktionieren, sondern die Systeme, die mit den weltweit größten Innovationsökosystemen verbunden sind.

Die Zukunft der seillosen VT liegt möglicherweise in Systemen, die auf rotierenden Elektromotortechnologien basieren – insbesondere in solchen, die in der Lage sind, das außergewöhnliche Innovationstempo der globalen Elektrofahrzeugindustrie (EV) zu nutzen.

Die Annahme des Linearmotors

Viele seillose Aufzugskonzepte nutzen Linearmotoren oder Linearsynchronmotoren. Vereinfacht gesagt, kann man sich einen Linearmotor als einen Rotationsmotor vorstellen, der zu einer geraden Linie „abgewickelt“ ist. Anstatt ein Drehmoment zu erzeugen, erzeugt der Motor einen direkten linearen Schub auf den „Rotor“, parallel zur Ebene des „Stators“.

Dieser Ansatz bietet einige attraktive Eigenschaften, darunter Direktantrieb, Wegfall der Dreh-Linear-Umwandlung, keine Reibungs- oder Vibrationsverluste und ein leiserer Betrieb. Diese Vorteile haben Linearmotoren in Magnetschwebebahnanwendungen erfolgreich gemacht, beispielsweise in Indoor-Personenbeförderungssystemen, industriellen Automatisierungssystemen und mindestens einer S-Bahn-Strecke (Japans SCMaglev, voraussichtliche Eröffnung 2034).

Allerdings bringen Linearmotoren auch erhebliche technische Kompromisse mit sich, die insbesondere bei Aufzugsanwendungen eine wichtige Rolle spielen.

Das Infrastrukturproblem

Einige der größten Herausforderungen bei Linearmotoraufzugssystemen ergeben sich aus den erforderlichen Infrastrukturen. Bei den meisten Linearantriebsarchitekturen müssen wesentliche Teile der Antriebssysteme im Schacht selbst integriert werden. Dazu gehören elektromagnetische Statorkomponenten (Kupferspulen, spezielle Magnetkernmaterialien, Halbleiterrelais), Stromverteilungsnetze (Kupferleitungen, Transformatoren, Regelnetzteile), Wärmemanagementsysteme (sowohl Umluft- als auch Flüssigkeitskühlung) sowie präzise Ausrichtungsanforderungen. Mit zunehmender Gebäudehöhe steigt auch der Infrastrukturaufwand entsprechend.

Die für Linearmotorsysteme erforderliche komplexe Infrastruktur stellt im Vergleich zu herkömmlichen Seilsystemen mehrere praktische Herausforderungen dar, darunter eine erhöhte Komplexität bei Konstruktion und Installation, Materialkosten, erschwerter Wartungszugang und Anforderungen an das Wärmemanagement.

Im Grunde wird das Gebäude selbst Teil der Antriebsmaschine. 

Ein anderer Ansatz: Dynamisch-traktiver Antrieb

Hyprlift verfolgt eine alternative Architektur, die als dynamisch-traktiver Antrieb bekannt ist.

Anstatt auf lineare Motoreinheiten zu setzen, die über die gesamte Länge eines Schachts verteilt sind, nutzt das Hyprlift-System Rotationsmotoren innerhalb einer dynamisch-traktiven Architektur an Bord jedes Fahrzeugs (Kabine), die kontrollierte Zugkräfte gegen die vorhandene passive Führungsschieneninfrastruktur erzeugen und so einen selbstfahrenden, seillosen Betrieb mit minimalen Auswirkungen auf den Schacht oder das Gebäude ermöglichen.

Dadurch entsteht eine grundlegend andere Systemarchitektur: Anstatt die Antriebsinfrastruktur im Gebäude zu installieren, sind diese Systeme primär in den Fahrzeugen selbst konzentriert. Diese Unterscheidung könnte weitreichende langfristige Konsequenzen haben.

Warum die Elektroautoindustrie wichtig ist

Der wichtigste Vorteil der Rotationsmotorarchitektur liegt möglicherweise nicht in den Motoren selbst, sondern darin, dass die gesamte globale Automobilindustrie derzeit Billionen von Dollar in deren Verbesserung investiert.

Die Entwicklung moderner Elektrofahrzeuge schreitet auf vielen Ebenen voran: Motoreffizienz, Drehmoment-/Leistungsdichte, Leistungselektronik, Wärmemanagement, leichtere und stärkere Materialien, KI-gestützte Motorsteuerung, regenerative Systeme, Produktionsumfang und Zuverlässigkeit und vieles mehr. 

Dieser Innovationszyklus vollzieht sich in außergewöhnlichem Tempo, da die Hersteller von Elektrofahrzeugen global und in enormem Umfang konkurrieren. Infolgedessen verbessert sich die Rotationsmotorentechnologie heute schneller als je zuvor.

Wichtig ist, dass Aufzugsunternehmen diese Weiterentwicklungen nicht selbst finanzieren müssen. Sie können sie einfach integrieren.

Seillose Aufzugssysteme, die auf Rotationsmotoren basieren, profitieren effektiv vom Innovationsboom der Elektromobilität. Mit der Verbesserung der Antriebssysteme für Elektrofahrzeuge entwickeln sich auch die grundlegenden Technologien weiter, die für moderne Aufzugssysteme erforderlich sind.

Auf der Innovationswelle der Elektromobilität reiten

Seillose Aufzugssysteme, die auf Rotationsmotoren basieren, profitieren effektiv vom Innovationsboom der Elektromobilität. Mit der Verbesserung der Elektroantriebe entwickeln sich auch die Kerntechnologien für moderne Aufzugssysteme weiter. Dazu gehören Verbesserungen bei Leistungsdichte, Effizienz, Kühlsystemen, Antriebselektronik, Motorsteuerungen, vorausschauenden Softwaresystemen, Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit.

Linearmotorsysteme existieren im Vergleich dazu in einem deutlich kleineren industriellen Ökosystem. Obwohl Linearmotoren stetig weiterentwickelt werden, ist das Investitionsvolumen, das in sie fließt, bei Weitem nicht so hoch wie das der derzeitigen Elektrofahrzeugantriebe. Diese Asymmetrie ist von Bedeutung.

Effizienzüberlegungen

Linearmotoren stehen zudem vor einigen prinzipbedingten physikalischen Herausforderungen. Eine der bekanntesten ist der sogenannte „Endeffektverlust“. Dieser tritt auf, weil das Magnetfeld eines Linearmotors in der Nähe der Endpunkte seiner Bewegung von seiner idealen Form abweicht und dadurch weniger effizient arbeitet.

Linearmotoren benötigen typischerweise auch größere Luftspalte zwischen beweglichen und stationären Elementen als Rotationsmotoren, was den Leistungsbedarf für vergleichbare Kraftleistungen erhöht und die Effizienz weiter verringert.

Rotationsmotoren profitieren hingegen von jahrzehntelanger Optimierung in den Bereichen elektromagnetische Feldgeometrie, thermische Auslegung, fertigungsgerechte Konstruktion, Steuerungssysteme und Leistungselektronik. Das Tempo dieser und weiterer Verbesserungen beschleunigt sich aufgrund der Nachfrage nach Elektrofahrzeugen stetig.

Software wird zum Schlüssel der Antriebstechnologie

Ein weiterer wichtiger Trend bei der Umgestaltung der Antriebstechnologie ist die softwaredefinierte Steuerung. Moderne Elektrofahrzeugantriebe setzen zunehmend auf Expertensoftware, um die Leistung der Hardware zu maximieren. Dazu gehören Echtzeit-Drehmomentoptimierung, vorausschauendes Wärmemanagement, KI-gestützte Effizienzoptimierung, fortschrittliche Vektorsteuerung und fehlertolerante Antriebssysteme.

Die Software hinter diesem technologischen Ökosystem entwickelt sich aufgrund des intensiven Wettbewerbs, vor allem im Automobilmarkt, rasant weiter. Seillose Aufzugsarchitekturen auf Basis von Rotationsmotoren sind prädestiniert, diese Fortschritte direkt zu nutzen. In vielerlei Hinsicht wird die Zukunft des elektrischen Antriebs ebenso stark von Software wie von Hardware bestimmt werden.

Langfristige technologische Dynamik

Die Aufzugsbranche hat sich im Vergleich zu anderen Sektoren, wie der Automobil- oder Unterhaltungselektronikindustrie, historisch gesehen langsam entwickelt. Seillose Systeme bieten eine seltene Gelegenheit, die grundlegende Antriebsarchitektur der gesamten Aufzugsbranche neu zu überdenken.

Bei der Bewertung langfristiger Technologien ist es wichtig, neben der aktuellen Leistungsfähigkeit auch die zukünftige Entwicklung zu berücksichtigen. Technologien, die in große industrielle Ökosysteme eingebunden sind, profitieren von schnelleren Innovationszyklen, einem größeren Pool an Ingenieurtalenten, effizienteren Lieferketten, niedrigeren Fertigungskosten und zuverlässiger Software.

Heute stehen Rotationsmotortechnologien im Zentrum einer der größten industriellen Umwälzungen der modernen Geschichte. Linearmotorsysteme hingegen nicht.

Die Zukunft seilloser Aufzüge

Linearmotorsysteme stellen nach wie vor beeindruckende Ingenieurleistungen dar und werden voraussichtlich auch weiterhin in verschiedenen Transportarten, einschließlich vertikaler Systeme, eine wichtige Rolle spielen. Da die Aufzugsindustrie jedoch von Prototypensystemen hin zu einem skalierbaren globalen Einsatz übergeht, werden umfassendere wirtschaftliche und technologische Faktoren zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Die Frage kann nicht mehr einfach lauten: „Können Linearmotoren Aufzüge bewegen?“ Natürlich können sie das. Die Frage muss lauten: „Welche Antriebsarchitektur ist am besten geeignet, sich in den nächsten Jahrzehnten weiterzuentwickeln?“

Wir bei Hyprlift sind überzeugt, dass die Lösung in einer Architektur liegt, die die rasante weltweite Weiterentwicklung von Rotationsmotortechnologien optimal nutzt. Denn letztendlich hängt die Zukunft seilloser Aufzüge nicht nur von der Art der Fortbewegung ab, sondern auch davon, welche Branchen die dahinterstehenden Technologien vorantreiben.