Die verborgenen Details der Modernisierung

Viele moderne Aufzüge sind seit den 1980er Jahren im Einsatz. Aufgrund der anhaltenden Bauvorschriften mit Großvaterklauseln (die ein Gefühl für die Notwendigkeit einer Modernisierung abschrecken) verwenden die meisten noch immer veraltete Motoren und Steuerungstechnologien. Es ist nicht einmal verwunderlich, einen Aufzug zu finden, der seit den 1960er Jahren mit wenig oder keiner Modernisierung im Einsatz ist. Im Vergleich dazu sind die mechanischen Teile dieser Systeme länger im Einsatz als die meisten Autos auf der Straße und machen bei Gebäuden mit hoher Auslastung Hunderttausende Hin- und Rückfahrten pro Jahr. Heutzutage geht es weniger um die Frage, warum oder wann ein Aufzug modernisiert werden sollte, sondern einfach darum, wie der Modernisierungsprozess sachgerecht durchgeführt wird, um zukünftige Kosten möglichst gering zu halten.

Die Modernisierung eines Aufzugs kann viele verschiedene Teile und Funktionen umfassen. Ältere Motoren können mit Encodern und Feedback-Systemen zu effizienteren aufgerüstet werden, und neue Relais und andere Controller können hinzugefügt werden, um die Energie-, Effizienz- und Drehzahlregelung zu verbessern. Diese Upgrades erfordern eine Neuabstimmung ganzer Systeme im Hinblick auf Energieverbrauch und Effizienz. Sogar ästhetische Elemente (wie Türmechanismen und Innenräume), die aufgerüstet werden, können aufgrund von Gewichtsänderungen und ihrer Verteilung einen dramatischen Einfluss auf die Leistung eines Systems haben.

Die Entscheidung, einen Aufzug zu modernisieren, ist normalerweise eher eine geschäftliche als eine technische Entscheidung. Für die meisten Eigentümer/Betreiber ist die Entscheidung ausschließlich finanzieller Natur. Die einfachen Kosten für die Modernisierung eines Aufzugs sind beträchtlich. Vor Beginn eines Modernisierungsvorhabens müssen diese Kosten durch eine Kosten-Nutzen-Analyse und vorgegebene Renditen der Investition gerechtfertigt werden. Bei Gewerbegebäuden der Klasse A zum Beispiel besteht die Notwendigkeit einer Modernisierung oft darin, mit dem Wettbewerb um die Gewinnung und Bindung von Mietern mithalten zu können. In älteren Wohngebäuden werden Modernisierungen aufgrund von Ausfällen vorangetrieben, die nicht durch Standardwartungsverträge abgedeckt sind. Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass Energieeinsparungen die Modernisierung vorantreiben. Es gibt zwar einige Einsparungen, es sei denn, die lokale Regierungsbehörde bietet Rabatte bei Upgrades an, diese sind jedoch vernachlässigbar.

Eine der Auswirkungen der Modernisierung eines Aufzugs in den USA besteht darin, dass jede „Änderung“ eines Aufzugs eine Aufrüstung des gesamten Systems auf den aktuellen ASME A17.1-Code erfordert. Dieser Kodex, der alle drei Jahre mit jährlichen Aktualisierungen veröffentlicht wird, wird von vielen Bundesstaaten und den meisten Großstädten als Rückgrat der Aufzugs- und Fahrtreppengesetze durchgesetzt. Eine einfache Motormodernisierung könnte die Aufrüstung des gesamten Steuerungssystems nach ASME A17.1 oder sogar des Innenraums der Fahrerhäuser erfordern, wenn neue Vorschriften des Americans with Disabilities Act eine Änderung erfordern. In einigen Fällen muss das Feuerleitsystem vollständig aufgerüstet werden. In einem gewerblichen Bürogebäude der Klasse A könnte dies Hunderttausende von US-Dollar betragen.

Definieren:

• Ein Wartungsplan enthält den Ablauf für Routineuntersuchungen des Systems. Es umfasst das Schmieren, Reinigen und Einstellen von Teilen und Subsystemen, um die Einhaltung des Codes zu gewährleisten.
• Eine Reparatur eines Aufzugsteils ist die Überholung oder Erneuerung dieses Teils, dieser Komponente oder dieses Teilsystems, um die Ausrüstung in voller Übereinstimmung mit den geltenden Vorschriften zu halten, ohne zusätzliche Fähigkeiten hinzuzufügen.
• Ein Austausch ist der Austausch einer Komponente oder eines Subsystems mit einem anderen, das im Wesentlichen dem Original entspricht, um eine ordnungsgemäße Leistung gemäß den geltenden Codeanforderungen zu gewährleisten.

Modernisierung ist der Austausch eines Geräts oder Subsystems mit neuen Eigenschaften, Steuerungen, Merkmalen oder Funktionen. Dies wird normalerweise als „Änderung“ mit zwingenden Anforderungen zur Erfüllung neuer Vorschriften bezeichnet.

Erstellen eines Modernisierungsplans

Die Modernisierung besteht darin, die Teile eines Aufzugs zu modernisieren, die für den Umgang mit neuerer Technologie erforderlich sind, die Sicherheit zu verbessern und die Leistung und Effizienz zu steigern. Modernisierungen können Steuerungsgeräte, Software, Motoren, Hebezeuge, elektrische Systeme und Kabinenausstattungen betreffen. Abhängig von den Schlüsselfaktoren können die allgemeinen Kosten für die Modernisierung zwischen 100,000 US-Dollar für einen fünfstöckigen Traktionsaufzug bis zu mehr als 250,000 US-Dollar pro Einheit in Klasse-A-Gebäuden betragen.

Um die Kosten zu kontrollieren, ist es wichtig, vor Beginn der Arbeiten einen Plan zu erstellen. Dieser Plan wird mit Unterstützung eines Aufzugsserviceunternehmens erstellt, das höchstwahrscheinlich in die schwere Arbeit der Modernisierung involviert ist. Ein guter Plan legt fest, welche Teile des Aufzugs zu modernisieren sind und in welchem ​​Umfang. Während dieser Zeit ist es wichtig, Bauvorschriften zu recherchieren, die von der Konstruktion betroffen sein könnten, und zu bestimmen, wie der Prozess die Einhaltung der Vorschriften gewährleistet. Ein vollständiger Plan berücksichtigt nicht nur die für den Job erforderlichen mechanischen und elektrischen Änderungen, sondern auch die Auswirkungen der Modernisierung auf den Passagierfluss und andere Systeme innerhalb des Gebäudes, wie Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) und Stromaufnahme . Auch der aktuelle Wartungszustand der Aufzüge sollte berücksichtigt werden.

Der quantifizierbare Nutzen des Projekts lässt sich leichter ermitteln, wenn vor der Modernisierung vollständige Wartungsaufzeichnungen geführt wurden. Zu diesen Vorteilen gehören Metriken zu Fahrzeiten von Stockwerk zu Stockwerk, mechanische Vibrationen, Geräuschpegel, Türreaktionszeiten (Öffnen und Schließen) und Fahrgastreaktionszeiten. Je länger die Aufzeichnungen vor der Modernisierung aufbewahrt werden, desto besser können sie bestimmen, wie sich die Modernisierung auf die Aufzugsleistung auswirkt. In jedem Fall, ob Modernisierung oder nicht, diese Metriken sollten immer beibehalten werden, da sie verwendet werden können, um festzustellen, ob ein Aufzugsausfall ein einzigartiges Ereignis oder Teil eines systemischen Zustands ist.

Ein wesentlicher Grund für einen Modernisierungsplan besteht darin, den Eigentümern/Betreibern des Aufzugs zu helfen, Überraschungen zu vermeiden und zukünftige Kosten zu minimieren, bevor sie entstehen. Es hilft auch den Eigentümern/Betreibern des Gebäudes, die Rolle der Modernisierung bei der Wartung, Reparatur und dem Austausch von Teilen eines Aufzugs zu verstehen. Es ist wichtig zu wissen, ob ein Aufzug wirklich modernisiert werden muss (im Gegensatz zum einfachen Austausch oder der Reparatur eines Teils), da dies viele neue Kosten verursacht. Das Alter des Systems wird der Schlüssel zur Beantwortung dieser Fragen sein, da Teile für ältere Systeme schwerer zu finden sind.

Modernisierungsprobleme

Zwei der wichtigsten Systeme, die bei der Modernisierung eines Aufzugs zu berücksichtigen sind, sind das Steuerungssystem (Hardware und Software) und die Motoren selbst. Eine unsachgemäße Aufrüstung einer dieser Komponenten schadet ihnen nicht nur, sondern kann auch andere elektrische und mechanische Systeme an anderer Stelle im Gebäude durch Stromrauschen und andere Störungen beschädigen.

Regler

Die Aufzugssteuerungstechnik hat bereits seit den 1990er Jahren enorme Fortschritte gemacht. Im Einsatz sind mittlerweile Dispatching-Algorithmen, die das Verkehrsverhalten einzelner Gebäude „lernen“. Durch die Analyse des Verkehrsflusses sagen diese Mikroprozessoren voraus, wie und wo Kabinen in größeren Gebäuden aufgestellt werden müssen, um die Energieeffizienz und das Fahrgastaufkommen zu maximieren. Multi-Car-Systeme arbeiten nicht mehr unabhängig, sondern interdependent. Aufzüge werden nicht mehr zu Ebenen geschickt, auf denen ein anderer Aufzug gerade eine Lieferung gemacht hat, um Passagiere abzuholen, die gerade das kürzlich geräumte Taxi bestiegen haben. Eine solche Steuerung auf Systemebene ermöglicht es Aufzügen, auf stark bevölkerten Ebenen schneller zu erscheinen und sich zwischen den Ebenen schneller zu bewegen. Mit verbesserten Beschleunigungs- und Verzögerungsraten, unterstützt durch schnelleres Öffnen und Schließen von Türen oder das Überspringen von Ebenen auf dem Weg zum Ziel (anstatt jeden Anruf unterwegs anzuhalten und abzuholen) transportiert das System ein höheres Passagieraufkommen effizienter. Fortschrittlichere Steuerungssysteme können überschüssige Energie in Speichersysteme oder zurück ins Stromnetz übertragen, anstatt sie als Wärme abzuleiten, was eine zusätzliche HLK-Leistungsregelung erfordert. Diese Energie wird nun in regenerativen Aufzugsantrieben zurückgewonnen, die überschüssige Energie von einer Fahrt zur anderen als Strom speichern (anstatt sie als Wärme zu verschwenden).

Elektrische Probleme

Bei der Modernisierung eines Aufzugs müssen auch gebäudeelektrische Aspekte berücksichtigt werden. Einige Standby-Generatoren sind nicht mit Solid-State-Laufwerken kompatibel. Darüber hinaus übertragen neuere Systeme Energie anders, und es ist wichtig sicherzustellen, dass die elektrische Infrastruktur eines Gebäudes die Lasten sowohl in Amplitude als auch in Frequenz bewältigen kann. In einigen Fällen kann dies durch die Installation von Transfer- und Vor-Transfer-Schaltern gehandhabt werden. Ein kompetentes Aufzugsmodernisierungsunternehmen wird eine Aufzugsanlage unter Berücksichtigung der vorhandenen Energieeinspeisungen und Belastbarkeit auslegen. Dies sollte eine minimale Änderung aus elektrischer Sicht ermöglichen. In diesem Fall sind oft nur neue Trennschalter und Leitungen zu den neuen Transformatoren, Filtern und Steuerungen erforderlich.

Motoren

Die Modernisierung der Motoren innerhalb einer Aufzugsanlage, eine der am wenigsten sichtbaren, kann bei unsachgemäßer Ausführung zu den größten Ausfällen führen. Einer der größten technologischen Fortschritte bei Aufzugsantrieben im letzten Jahrhundert war die Entwicklung hocheffizienter AC-Induktionsmotoren. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden Gleichstrommotoren verwendet, da sie höhere Anlaufdrehmomente bei weniger Spannungstransienten und eine bessere variable Drehzahlregelung hatten. Um die gleichen Reaktionen mit einem Wechselstrommotor zu erzielen, waren externe Spartransformatoren erforderlich. Diese machten die Motoren jedoch teurer und komplexer im Betrieb. Gleichstrommotoren gibt es auch heute noch in Aufzügen, da sie in die Konstruktionen eingeflossen sind. Ein Austausch ähnlicher Motortypen ist einfacher/billiger als die notwendigen Modernisierungen bei der Umstellung auf einen Wechselstrommotor. DC-Motoren müssen jedoch die Antriebsleitungsspannungen aufrechterhalten, um die Motoren am Laufen zu halten, auch wenn kein Bedarf auf der Leitung besteht. Das Abschalten eines Wechselstrommotors bei Nichtgebrauch führt zu erheblichen Einsparungen für ein Gebäude. Für diese Art von Motor-Upgrades sind im Allgemeinen Energierabatte verfügbar, da die Steuerungen weniger Energie verbrauchen.

Ein AC-Induktionsmotor verbessert nicht nur die Energieeffizienz, sondern verbessert auch die Fahrqualität. Eine Motor-Generator-basierte Antriebskonstruktion kann durch einen Antrieb mit variabler Spannung und variabler Frequenz (VVVF) ersetzt werden. Diese Antriebsart ermöglicht eine nahezu nahtlose Beschleunigung und Verzögerung. Ein unsachgemäßer Einbau eines Wechselstrommotors führt jedoch zu erheblichen Schäden am System durch Wechselstromoberschwingungen, lange Zuleitungseffekte mit Überspannungen und Motorlagerströme, die zu einem vorzeitigen Ausfall der Motoren führen.

AC-Oberwellen werden mit Diodenbrücken und anderen Gleichrichterschaltungen für Kleinmotoren und Verbrauchergeräte herausgefiltert. Wenn jedoch ein Großteil des Energieverbrauchs von VVVF-Antrieben stammt, können die Einheiten im Verhältnis zur Gesamtlast in einem Gebäude große Oberwellen erzeugen. Dies wirkt sich negativ auf die Qualität der AC-Wellenform aus, die an anderer Stelle im selben Netz verfügbar ist. Wenn diese Wellenform aufgrund von Oberwellen verzerrt wird, verursacht dies bei anderen elektronischen Geräten höhere Energieverluste in Form von Wärme. Wenn Verbrauchergeräte oder andere Motoren gezwungen sind, mehr Leistung zu ziehen (und damit mehr Wärme zu erzeugen), beginnen ihre Effizienz zu sinken und fallen schließlich vorzeitig aus. Letztendlich ist das Energieversorgungsunternehmen selbst von diesen Oberwellen betroffen, da die Resonanzbedingungen beginnen, Transformatoren und Kondensatoren zu beschädigen. Um diesen Effekt abzuschwächen, verlangen viele Energieversorger von den Besitzern von VVVF-Antrieben, Filteranlagen zu installieren, um Oberwellen unter einen für andere Benutzer akzeptablen Grenzwert zu reduzieren.

Ein weiterer Nachteil von VVVF-Antrieben ist ihre Unfähigkeit, die oben erwähnten Effekte mit langer Vorlaufzeit zu überwinden. In Hochspannungsleitungen, bei denen eine Impedanzänderung innerhalb des Systems auftritt, wird ein langer Zuleitungseffekt verursacht, z. B. wenn das Stromkabel an einen Motor angeschlossen wird. Die Impedanz der Motorklemmen wirkt als Barriere für einen Teil der Spannungswellenform und reflektiert einen Teil der Wellenform. Diese Art der Energiereflexion kann, wenn sie den eingehenden Wellenformen hinzugefügt wird, eine Überspannung in den Leitungen verursachen. Dadurch werden Kabel und Wicklungen stark belastet. Über längere Leitungen wird diese Überspannung verstärkt, so dass die Spannung das Zwei- bis Dreifache der Nennspannung erreicht. Dieses Problem ist durch geeignete Filterung und Leitungslängen kontrollierbar, aber wenn es in Ruhe gelassen wird, werden die Motoren zerstört und Kabel durchgebrannt.

Die hohen Frequenzen von VVVF-Antrieben können bei unsachgemäßer Steuerung auch Probleme mit Motorlagern und -wicklungen verursachen. Wenn diese hochfrequenten Spannungen durch ein Motorlager einen Weg zur Erde finden, kann es durch einen Funkenerosionseffekt (EDM) zu Funkenbildung und Materialabtrag kommen. Auch als Funkenbearbeitung, Funkenerodieren, Brennen, Senkerodieren, Drahtbrennen oder Drahterodieren bekannt, wird EDM in der Fertigung verwendet, um durch elektrische Entladungen (Funken) eine gewünschte Form zu erhalten. Solche Effekte in Motoren beschädigen jedoch sowohl die Kugel des Lagers als auch seinen Laufring. Motoren mit schlecht geerdeten Geräten sind sehr anfällig für diese Art von Schäden. Um einen EDM-Effekt zu verhindern, ist es wichtig, gute Verkabelungs- und Erdungspraktiken zu verwenden und Gleichtaktströme richtig zu filtern. Eine gute Verkabelung bedeutet den Einsatz von Schirmung, symmetrischen Leistungsgeometrien und den Einbau wellengeerdeter Bürsten sowie den Einsatz leitfähiger Lagerfette zur Vermeidung von Streuentladungen. Die Motorwicklungen müssen vor der Installation des neuen Controllers sorgfältig geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie die VVVF-Antriebsfrequenzen verarbeiten können, die vorzeitig zu einem Spulenausfall führen können. Eine vollständige Überprüfung der Motoren sollte von einer renommierten Motorenwerkstatt durchgeführt werden, um festzustellen, welche Motoren repariert oder ersetzt werden müssen, bevor der Aufzug wieder in Betrieb genommen wird.

Fazit

Die Modernisierung eines Aufzugs kann viele Formen annehmen, von einfachen ästhetischen Upgrades bis hin zur Installation komplett neuer mechanischer und elektrischer Systeme. Bei der Festlegung, wie eine Aufzugsmodernisierung durchgeführt werden soll, muss zunächst der aktuelle Zustand des Aufzugs recherchiert und ein vollständiger Modernisierungsplan erstellt werden. Auf diese Weise können viele unnötige Kosten vermieden werden. Zu den Vorteilen zählen sofortige Kostensenkungen (indem bestimmt wird, was „wie besehen“ bleiben kann) und ungesehene zukünftige Kosten durch die Vermeidung kostspieliger Fehler durch unsachgemäße Motor- und Elektroinstallationen.

Es ist auch wichtig, mit einem zuverlässigen und effizienten Installationsunternehmen zusammenzuarbeiten. Kreatives Denken sollte Priorität haben, um zu bestimmen, wie sich eine sofortige Modernisierung in Zukunft negativ auf die gesamte Gebäudefläche auswirken könnte.