anwenderreportage

Yaskawa Europe U1000: Mit innovativer Antriebskraft voraus

Matrix Konverter-Einsatz in Münchner U-Bahn-Station: Die Stadtwerke München betreiben in der U-Bahn der bayrischen Landeshauptstadt Deutschlands größtes Fahrtreppen-Netz. Technische Neuerungen machen sich dort gleich hundertfach bemerkbar. Entsprechend sorgfältig fällen die verantwortlichen Techniker ihre Entscheidungen – so wie jetzt für den sukzessiven Einsatz des Matrix Konverters U1000 von Yaskawa.

Nachdem die Ergebnisse im Simulationsstand überzeugten, wurde der U1000 an einer Treppe der U-Bahn-Station Fraunhoferstraße im Feld getestet. (Bilder: Yaskawa)

Nachdem die Ergebnisse im Simulationsstand überzeugten, wurde der U1000 an einer Treppe der U-Bahn-Station Fraunhoferstraße im Feld getestet. (Bilder: Yaskawa)

Infos zum Anwender

Die Münchner Verkehrsgesellschaft mbH (MVG) wurde als hundertprozentige Tochter der SWM gegründet und hat seit 2002 die Verantwortung für U-Bahn, Bus und Tram. Die Verkehrsleistungen werden im Auftrag der MVG von ihrer Muttergesellschaft Stadtwerke München GmbH (SWM) sowie im Busverkehr auch von privaten Kooperationspartnern erbracht. Hierfür sind inzwischen rund 580 U-Bahnwagen, 100 Trambahnen und knapp 400 Busse unterwegs.
www.mvg.de

„Ganz einfach mobil“ – unter diesem Motto befördert die Münchner Verkehrsgesellschaft mbH (MVG), ein Tochterunternehmen der Stadtwerke München GmbH (SWM), jährlich über eine halbe Milliarde Passagiere durch die Isar-Metropole. Die Fahrgäste nutzen dabei nicht nur Züge und Busse, sondern auch rund 770 Fahrtreppen in U-Bahn- und Straßenbahn-Stationen. SWM und MVG sind damit der größte Fahrtreppen-Betreiber in Deutschland.

Mario Princip von der MVG sorgt mit seinem Team dafür, dass die Anlagen rund um die Uhr störungsfrei laufen. „Eine hohe Zuverlässigkeit ist extrem wichtig und hat auch strategisch bei uns eine sehr große Bedeutung“, erklärt der Praktiker. „Das hat nicht nur mit den berechtigten Komfortansprüchen der Fahrgäste zu tun, sondern vor allem mit Anforderungen im Betriebsablauf. Ohne Fahrtreppen gelangen die vielen Fahrgäste gar nicht in der notwendigen Geschwindigkeit in die Stationen bzw. wieder heraus“, ergänzt er.

Für diesen Einsatzort sprachen nicht zuletzt die „typischen“, sehr begrenzten Raumverhältnisse im Schaltschrank.

Für diesen Einsatzort sprachen nicht zuletzt die „typischen“, sehr begrenzten Raumverhältnisse im Schaltschrank.

Hauseigene Innovationskraft

Hohe Ansprüche an Sicherheit und Verfügbarkeit einerseits – und viele hundert Anlagen andererseits: In diesem Spannungsfeld bedeutet jede technische Neuerung einen wesentlichen Kosten- bzw. Einsparfaktor. Entsprechend konsequent und sorgfältig prüfen Fahrtreppen-Profis ständig neue Optimierungsmöglichkeiten.

Das Ergebnis ist ein kontinuierlicher Modernisierungsprozess in einem kaum standardisierbaren Umfeld, denn die Betriebsdauer einer Fahrtreppe beträgt etwa 30 Jahre. Es befinden sich also immer mehrere Generationen und Modelle unterschiedlicher Hersteller im Einsatz. Ebenso vielfältig sind die jeweiligen räumlichen Gegebenheiten. „Kurz gesagt, jede Anlage ist ein Unikat“, bringt es Daniel Mayer, zuständig für die Elektrotechnik der Fahrtreppen, auf den Punkt.

Die MVG begegnet dieser besonderen Herausforderung mit hoher Innovationskraft aus den eigenen Reihen. Ein aktuelles Beispiel ist eine selbst entwickelte, herstellerunabhängige Fahrtreppensteuerung. Die Wartung kann damit durch eigenes Personal erfolgen. Störungen lassen sich entsprechend schneller beheben. Zugleich ist der Aufwand für Ersatzteilhaltung und bei Umbauten wesentlich geringer. „Solche Innovationen kommen häufig aus München, da haben wir schon einen Namen in der Branche“, stellt Mario Princip fest.

Der U1000 wurde in Durchsteckmontage so an der Seitenwand des Schaltschranks installiert, dass das Kühlmodul auf der Außenseite liegt.

Der U1000 wurde in Durchsteckmontage so an der Seitenwand des Schaltschranks installiert, dass das Kühlmodul auf der Außenseite liegt.

Umrichtergesteuertes Anfahren und Abbremsen

Schon länger als auf die neue Steuerung setzt die MVG auf den Einsatz von Frequenzumrichtern. Die Vorteile gegenüber herkömmlichen Antrieben werden im Betriebsalltag schnell klar: Die meisten Fahrtreppen fahren nur bei Bedarf und werden durch eine Lichtschranke aktiviert. Umrichtergesteuert können sie dabei variabel anfahren und abbremsen. Das ist nicht nur für die Nutzer angenehmer, sondern schont auch die Mechanik.

So überzeugt die Verantwortlichen bei der MVG von diesen Punkten im motorischen Betrieb waren, fehlte es doch lange an einer entsprechenden Lösung für abwärts fahrende Treppen. Viele Anlagen arbeiten mit konventionellen Bremswiderständen. Die entstehende Abwärme muss jedoch aufwändig und sicher abgeführt werden, u. a. aus Brandschutzgründen. Auch die Motorwicklungen können als „Bremswiderstand“ dienen und Energie in Wärme wandeln, allerdings nur begrenzt und nicht im Dauerbetrieb. Nicht zuletzt ließe sich ein Frequenzumrichter durch eine zusätzliche Rückspeiseeinheit ergänzen, was aber angesichts der beengten Platzverhältnisse in den Fahrtreppen-Schaltschränken nicht überall möglich ist.

Die Lösung versprach schließlich eine Technologie, die im Niederspannungsbereich noch wenig Anwendung findet: ein Matrix Konverter, der Umrichter- und Rückspeiseeinheit in einem Gerät vereint. Im Frühjahr 2016 testeten Mario Princip und seine Kollegen die wenigen marktreifen Modelle im eigenen Simulationsstand auf ihre Praxistauglichkeit. Eine zentrale, fahrtreppenspezifische Voraussetzung war dabei eine Fangschaltungsfunktion, die das synchronisierte Anfahren nach einer automatischen Abschaltung sicherstellt. Zudem müssen alle elektrischen Komponenten ganzjährig bei Außentemperaturen funktionieren.

Mario Princip von der MVG sorgt mit seinem Team dafür, dass die Anlagen rund um die Uhr störungsfrei laufen.

Mario Princip von der MVG sorgt mit seinem Team dafür, dass die Anlagen rund um die Uhr störungsfrei laufen.

Der U1000 überzeugte auf allen Linien

Der 2014 erstmals vorgestellte U1000 Matrix Konverter von Yaskawa ist ein hocheffizienter, rückspeisefähiger Direktumrichter zum Antreiben von Asynchron- und Permanentmagnet-Maschinen – mit oder ohne Drehzahlgeber. Verschiedene Modelle decken einen breiten Leistungsbereich von 2,2 bis 500 kW ab. Durch seine spezielle Topologie ist der U1000 direkt rückspeisefähig, er kommt sogar ohne Zwischenkreiskondensatoren aus. Der Platzbedarf für eine zusätzliche Rückspeiseeinheit entfällt. Wie alle Yaskawa-Umrichter der 1000er-Serie ist auch der U1000 für zehn Jahre wartungsfreien Dauerbetrieb ausgelegt.

Durch die Rückspeisung generatorischer Energie ins Netz steht diese für andere Verbraucher im Gebäude wie z. B. für die Beleuchtung zur Verfügung. Das war für die MVG aber nicht das ausschlaggebende Argument, um den Matrix Konverter U1000 im Rahmen eines Piloteinbaus unter Realbedingungen auf Herz und Nieren zu testen. Wichtiger war, dass mit dem U1000 Bremswiderstände überflüssig werden und die Kühlung oder Lüftung der Anlage dadurch stark vereinfacht bzw. überflüssig wird. Darüber hinaus sprach die Aufrechterhaltung der Netzqualität bei der Rückspeisung für das Yaskawa-System: Die Netzströme im Betrieb des U1000 sind, im motorischen wie im regenerativen Betrieb, annähernd sinusförmig. Oberschwingungen sind auf ein Minimum reduziert. Dadurch werden einerseits Verluste in Netzkomponenten wie Transformatoren oder Kabel und Leitungen verringert, was zur Effizienzsteigerung einer Anlage beiträgt, andererseits sinkt auch das Störpotenzial auf andere Anlagenkomponenten erheblich. Ausfälle, deren Ursache typischerweise nur mit viel Zeitaufwand zu finden ist und die einen Anlagenstillstand bedeuten, werden so verhindert.

Ein EMV-Filter ist beim U1000 bereits integriert. Externe, sonst übliche Komponenten wie Drosseln oder LC-Filter, sind nicht notwendig. Trotzdem fällt der Platzbedarf um bis zu 50 % geringer aus als bei herkömmlichen, integrierten Lösungen mit sinusförmiger Ein- und Rückspeisung. Zudem verfügt der Matrix Konverter über einen eingebauten SIL3 STO Eingang und hilft somit hohe Anforderungen an die Maschinensicherheit einfach und mit wenigen Komponenten umzusetzen. Da für alle gängigen Feldbusse Optionskarten erhältlich sind, gestaltet sich auch die Anbindung an EtherCAT, Powerlink, Profinet, Profibus, Ethernet IP und andere Systeme sehr simpel.

Der U1000-Einsatz in der U-Bahn-Station Fraunhoferstraße in der Münchner Innenstadt überzeugte.

Der U1000-Einsatz in der U-Bahn-Station Fraunhoferstraße in der Münchner Innenstadt überzeugte.

Erster Einsatzort U-Bahn-Station Fraunhoferstraße

Nach den positiven Ergebnissen im Simulationsstand wird der U1000 seit dem Vorjahr nun auch im Feld getestet – an einer Treppe der U-Bahn-Station Fraunhoferstraße. Für diesen Einsatzort sprachen nicht zuletzt die „typischen“ Raumverhältnisse im dortigen Schaltschrank: Platz ist hier nämlich Mangelware. Deshalb wurde der U1000 in Durchsteckmontage so an der Seitenwand des Schaltschranks installiert, dass das Kühlmodul auf der Außenseite liegt.

Das Gerät ist auf das MVG-Leitsystem aufgeschaltet. Der aktuelle Betriebszustand kann damit in Echtzeit angezeigt werden. Mario Princip zeigt sich sehr zufrieden mit der gefundenen Lösung: „Die Knackpunkte sind behoben, der U1000 läuft so, wie er soll“, lobt er. Entsprechend werden nun alle geeigneten Treppen sukzessive mit Matrix Konvertern von Yaskawa ausgestattet. Außerdem ist dieses Modell mittlerweile auch Bestandteil bei Neuausschreibungen.

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