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Die Erfindung betrifft eine Fahrtreppe oder einen Fahrtsteig, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Fahrtreppen mit einem an einen Frequenzumrichter angeschlossenen Antriebsmotor sind seit langem bekannt. Bei derartigen Fahrtreppen lässt sich durch die Geschwindigkeit, mit der sich das Stufenband bewegt, über die vorgegebene und eingestellte Frequenz exakt festlegen. Dies gilt zumindest bei Realisierung des Antriebs über einen Synchronmotor, während bei Verwendung eines Asynchronmotors der sogenannte Schlupf, der durchaus bis zu beispielsweise 8% betragen kann, die Geschwindigkeit des Stufenbandes – oder aber des Palettenbandes bei Fahrsteigen – beinflusst.
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Bei belasteten Asynchronmotoren hängt der Schlupf sehr stark von der Größe der Belastung ab. Andererseits ist es wichtig – und auch normgemäß –, dass Fahrtreppen mit einer recht genau eingehaltenen Geschwindigkeit betrieben werden.
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Es ist seit längerem bekannt, dass ein Fahrtreppen-Asynchronmotor über die Einstellung sowohl der Frequenz als auch der Spannung eines Frequenzumrichters hinsichtlich der Geschwindigkeit gesteuert werden kann. Beispielhaft sei hierzu auf die
DE 36 17 620 A1 verwiesen.
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Bei dieser Lösung soll vor allem die Leistung verbessert werden, es soll aber auch in Abhängigkeit von der Fahrgastbelegung die Geschwindigkeit eingestellt werden.
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Hierdurch soll die aufgenommene Leistung deutlich reduziert werden, beispielsweise, indem eine im Leerlauf betriebene Fahrtreppe deutlich abgebremst wird, beispielsweise auf etwa 20%, wodurch sich eine entsprechende Leistungseinsparung ergeben soll, wie es aus 5 ersichtlich ist.
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Wenn andererseits bei einer derartigen Fahrtreppe eine Änderung der Belastungssituation vorliegt, also beispielsweise wenn ein Fahrgast die Fahrtreppe betritt, muss wiederum eine Beschleunigung von 20% der Drehzahl auf 100% der Drehzahl vorgenommen werden. Jede Beschleunigung und Abbremsung einer Fahrtreppe ist jedoch unfallträchtig und sollte nach Möglichkeit vermieden werden.
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Um dies zu verhindern, wird vorschriftsgemäß die Fahrtreppe dann beim Betreten der Trittplatte bereits auf die Nenngeschwindigkeit gebracht.
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Dies stellt jedoch nicht in dem Fall eine ausreichende Sicherheitsmaßnahme dar, denn die Größen der Trittplatten sind regelmäßig nicht so, dass sie nicht übersprungen werden können. Beispielsweise machen sich Kinder manchmal einen Spaß daraus, die Trittplatten zu überspringen; ein Kind kann dann auf die mit niedriger Geschwindigkeit laufende Fahrtreppe gelangen und dort stehen, und ein nachfolgender Erwachsener kann dann beispielsweise die Trittplatte betreten und die Fahrtreppe dann von 20% auf 100% beschleunigen. Dies ist unfallträchtig, so dass es nicht verwunderlich ist, dass sich dieses Verfahren nicht durchgesetzt hat und zumindest in Deutschland nicht zulässig ist.
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Ferner ist in der genannten Druckschrift auch eine mittelbare Motor-Drehzahlregelung angesprochen. Hierzu soll die zugeführte Spannung mittels eines Wechselstromzerhackers variiert werden, und es soll durch Änderung des Schlupfes die Drehzahl geregelt werden; hierbei seien jedoch zusätzlich die Regelvorrichtungen erforderlich.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Fahrtreppe oder einen Fahrsteig gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der ohne zusätzliche Unfallgefahren auch bei starken Laständerungen einen effizienteren Betrieb von Fahrtreppen und Fahrsteigen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist es günstig, dass bei konstanter Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters gearbetet wird. Die gleichbleibende Frequenz bezieht sich je auf die betreffende Betriebssituation der Fahrtreppe oder des Fahrsteigs; sie entspricht also beispielsweise der Frequenz, bei der die Fahrtreppe mit Nenngeschwindigkeit betrieben wird. Die Nenngeschwindigkeit kann beispielsweise 0,5 m/sek betragen, es ist aber auch möglich mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/sek zu fahren, wobei erfindungsgemäß die Zuordnung zwischen der Frequenz und der diesbezüglichen Geschwindigkeit konstant ist.
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Erfindungsgemäß wird ein an sich bekannter Frequenzumrichter nunmehr zur Energieeinsparung verwendet, und zwar gerade bei der Nenngeschwindigkeit bzw. bei der Nennfrequenz, also der gleichbleibenden Ausgangsfrequenz. Hierzu wird der Arbeitspunkt des Antriebs optimiert und bei gleichbleibender Frequenz die zugeführte Wicklungsspannung so weit reduziert, wie es möglich ist, ohne dass die Geschwindigkeit reduziert würde.
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Erfindungsgemäß liegt insofern eine ”umgekehrte Regelung” vor, die überraschenderweise auch bei Laständerungen keine Geschwindigkeitseinbrüche zu verzeichnen hat. Nachdem die Laständerung grundsätzlich mit einer Stromänderung einhergeht, lässt sich in erfindungsgemäß günstiger Ausgestaltung die Stromänderung über einen schnellen Regelkreis als Stellgröße bereitstellen, so dass bei zunehmenden Motorstrom innerhalb einer sehr kurzen Reaktionszeit von deutlich weniger als 100 ms, beispielsweise 5 ms, die Regelung, beispielsweise eine PID-Regelung, die Spannung an die neue Last anpasst.
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Erfindungsgemäß lässt sich auch besonders günstig die Tatsache ausnutzen, dass Frequenzumrichter typischerweise ohnehin eine Motorstromerfassung aufweisen. Diese in an sich bekannter Weise für die Sicherheitsabschaltung vorgesehene Motorstromerfassung lässt sich erfindungsgemäß ausnutzen, indem das Ausgangssignal der Motorstromerfassung, also die Messgröße, der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für die Einstellung der dem Antriebsmotor zugeleiteten Spannung verwendet wird.
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Erfindungsgemäß lässt sich insofern die Trägheit der Fahrtreppe, die an sich beim Regeln der Geschwindigkeit störend wirkt, günstig ausnutzen, indem nämlich die kompensatorische Regelung der Eingangsspannung die durch die Lastzunahme induzierte Verzögerung der Fahrtreppe gleichsam vorab kompensiert, und die Spannung erhöht, bevor die Fahrtreppe langsamer werden kann.
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Sinngemäß umgekehrt gilt dies natürlich auch für die Lastabnahme; auch hier lässt sich das Verzögerungsmoment der Fahrtreppe bzw. genauer gesagt des dortigen Stufenbandes ausnutzen, und eine Geschwindigkeitszunahme wird verhindert, bevor diese erfolgen kann.
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Alternativ ist es anstelle der Motorstromerfassung auch möglich, den Schlupf der Fahrtreppe zu überwachen und als Stellgröße für die Spannung zu verwenden. Bei dieser Ausgestaltung ist es günstig, wenn zusätzliche Parameter als Stellgröße für die Steuervorrichtung und damit die Antriebsspannung realisiert werden; beispielsweise ist es möglich, die Spannung vorab sicherheitshalber zu erhöhen, sobald ein Trittplattendetektor erkannt hat, dass in kurzer Zeit eine Lastzunahme zu erwarten ist, weil ein Fahrgast sich dem Palettenband nähert.
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Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Lösung nicht auf Standard-Nenngeschwindigkeiten wie 0,5 m/sek bzw. 0,2 m/sek beschränkt ist. Auch schnelllaufende Fahrsteige lassen sich erfindungsgemäß günstig umgestalten oder neu hinrichten. Wenn ein langer Transfer-Fahrsteig sicherheitshalber ständig mit hoher Geschwindigkeit läuft, um die längeren Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsphasen möglichst selten zu halten, ist die dort realisierbare erfindungsgemäße Energieeinsparung sogar besonders groß, denn bei verlängerten Abschalt-Totzeiten entstehen typischerweise vergleichsweise lange Zeiten, in denen der Fahrsteig im Leerlauf betrieben wird.
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Erfindungsgemäß ist es mit dem gleichen Umrichter und mit der gleichen Steuervorrichtung eine an sich bekannte Beschleunigung und Verzögerung realisierbar.
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Erfindungsgemäß ist es auch günstig, dass bei Fahrtreppen und Fahrsteigen mit Frequenzumrichter die kostenbestimmende elektrische Ausrüstung ohnehin bereits vorhanden ist, so dass die erfindungsgemäßen Zusatzkosten sich sehr im Rahmen halten. Zudem lassen sich geeignete Regler wie PID-Regler standardmäßig beschaffen.
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Auch Sicherheitsaspekte sprechen keineswegs gegen, sondern tendenziell eher für die erfindungsgemäße Sicherheits-Spannungsabsendung im Leerlauf oder bei geringer Last. Bei einer Notabschaltung lässt sich ohne Weiteres auch bei vermindeter Spannung die Frequenz des Frequenzrichters mit der erwünschten Verzögerung von beispielsweise 1 m/sek2 – bezogen auf das Stufenband – herunterregeln, ohne dass die erfindungsgemäß biespielsweise halbierte Spannung zwischenzeitlich wieder hochgefahren werden müsste.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 eine schematisch dargestellte Fahrtreppe mit einem Antriebsmotor und einer Steuervorrichtung; und
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2 eine P/U-Kennlinie zur Darstellung der Reduktion der Leistung bei reduzierter Spannung.
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Der in 1 dargestellte Schrägfahrsteig 10 weist in an sich bekannter Weise eine symbolisch dargestellte elektrische Ausrüstung auf. Hierzu gehört ein Antriebsmotor 12. Der Antriebsmotor wird von einer gestrichelt und teilweise dargestellten Steuervorrichtung 14 gesteuert und treibt seinerseits ein Palettenband 16 an, das sich vom unteren Ende des Fahrsteigs 10 bis zu dessen oberen Ende erstreckt und über umlaufende Antriebsketten angetrieben wird.
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Teil der Steuervorrichtung 14 ist ein Frequenzumrichter 18, der in an sich bekannter Weise die Versorgungsspannung in eine Wechselspannung mit einer vorgegebenen Frequenz umrichtet. Die Frequenz entspricht dabei der Nenngeschwindigkeit des Fahrsteigs 10, also beispielsweise 0,5 m/sek, 0,65 m/sek oder 0,75 m/sek. Es versteht sich, dass auch beliebige andere Geschwindigkeiten erfindungsgemäß realisierbar sind, auch beispielsweise eine reduzierte Bereitschaftsgeschwindigkeit von 0,2 m/sek.
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Die Beschleunigung der Fahrtreppe kann entweder über eine feinfühlige Einstellung der Frequenz erfolgen, oder in der ebenfalls an sich bekannten Weise über eine Stern/Dreieck-Umschaltung.
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In ebenfalls an sich bekannter Weise überwacht ein Sicherheitskreis sämtliche Funktionen, unter anderem auch die Stromaufnahme des Antriebsmotors 12, bevorzugt bereits in dem Frequenzumrichter 18. Auch die übrigen Vorschriften gemäß der EN115 sind erfindungsgemäß verwirklicht.
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Das Einschalten des Fahrsteigs 10 – und auch die Freigabe zum Ausschalten – wird in ebenfalls an sich bekannter Weise über Trittplatten 20 und 22 realisiert, die je in Fahrtrichtung des Fahrsteigs betrachtet 1 m lang sind und deren fahrsteignahes Ende etwa 2 m von dem freiliegenden Ende umlaufenden Palettenbandes 16 entfernt ist.
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Die Trittplatten 20 und 22 sind so gestaltet, dass ein seitliches Einsteigen unter Umgehung der Trittplatte nicht möglich ist. Hierzu erstreckt sich die Trittplatte in einer Ausführungsform U-förmig um den Balustradenkopf. In einer bevorzgten und hier nicht dargestellten Ausgestaltung ist der Balustradenkopf in einer langen Ausführung realisiert, so dass sich die Trittplatte 20 bzw. 22 beabstandet von dem Stufenband, jedoch zwischen den Balustraden erstreckt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Fahrtreppe oder des Fahrsteigs 10 ist zunächst eine feste und vorab eingestellte Fahrtgeschwindigkeit entsprechend der Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters 18 realisierbar.
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Der Frequenzumrichter 18 weist standardmäßig eine Motorstromerfassung auf, was hier durch den Messpfeil der Verbindungsleitung zwischen Antriebsmotor 12 und Frequenzumrichter 18 dargestellt sein soll. Die Motorstromerfassung ermöglicht es in an sich bekannter Weise, Rückschlüsse auf den aktuellen Belastungszustand des Fahrsteigs zu ziehen. Die maximale Last entsteht bei Aufwärtsbetrieb einer mit Fahrgästen stark gefüllten Fahrtreppe oder eines entsprechenden Fahrsteigs. Die aufgenommene Nennleistung der Fahrtreppe beträgt dann beispielsweise 2 KW, oder bei längeren und breiteren Fahrtreppen auch 5 KW. Demgegenüber muss eine unbelastete oder nahezu unbelastete Fahrtreppe – oder ein entsprechender Schrägfahrsteig, wie hier dargestellt – nur ein Bruchteil der hierbei anfallenden Arbeit bzw. Leistung aufbringen.
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Bei Fahrtreppen und Fahrsteigen, wie sie vor der Erfindung realisiert wurden, ändert sich aufgrund der gleichbleibenden Geschwindigkeit und der Realisierung des Antriebsmotors als Asynchronmotor in an sich bekannter Weise die aufgenommene elektrische Leistung dennoch nur ganz unwesentlich. Beispielsweise kann sie von 2,0 auf 1,9 KW absinken, was von der Stromersparnis her zu vernachlässigen ist.
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Da für den Fahrtreppenbetreiber ein langer Leerlauf einer Fahrtreppe oder eines Fahrsteigs sehr unbefriedigend ist, neigen die Fahrtreppenbetreiber dazu, eine möglichst rasche Abschaltung von Fahrtreppen bzw. Fahrsteigen zu forden, wenn die Fahrtreppe unbenutzt ist. Hier sind jedoch Sicherheitsaspekte wesentlich, die einer zu raschen Abschaltung entgegenstehen.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, das Strommessignal des Frequenzumrichters 18 oder ein Ausgangssignal eines Sensors 24, der ebenfalls dann Teil der Steuervorrichtung 14 ist, als Stellgröße zu verwenden, um die dem Antriebsmotor 12 zugeführte Spannung anzupassen. Wenn diese Stellgröße auf eine niedrige Belastung der Fahrtreppe oder des Fahrsteigs hinweist, wird die Spannung abesenkt. Der Arbeitspunkt des Asynchronmotors verschiebt sich hierdurch, und erfindungsgemäß lässt sich besonders günstig die Tatsache ausnutzen, dass die aufgenommene elektrische Leistung sich deutlich reduzieren lässt.
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In diesem Zusammenhang ist in 2 eine gemessene P/U-Kennlinie aufgetragen, die darauf hinweist, dass bei einer heruntergeregelten Motorspannung für den Antriebsmotor 12 die aufgenommene elektrische Leistung sinkt, beispielsweise etwa bei einer Halbierung der Spannung auf etwa 75%.
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Die Energieeinsparung ist insofern erfindungsgemäß verfünffacht (von 5% auf 25%), was sich signifikant in den Betriebskosten der Fahrtreppe oder des Fahrsteigs niederschlägt. Dies gilt in besonderem Maße für Fahrtreppen und Fahrsteige mit vergleichsweise hoher Leistung, also Fahrtreppen und Fahrsteige, die mehr als 10 m lang und 1 m breit oder breiter sind.
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Auch die Abschaltung der erfindungsgemäßen Fahrtreppe wird durch die erfindungsgemäße Spannungsregelung nicht beeinträchtigt. Wenn ein Abschaltsignal vorliegt, regelt die Steuervorrichtung 14 den Frequenzumrichter 18 und damit dessen Ausgangsfrequenz in der gewünschten Weise herunter, so dass sich eine Verzögerung von beispielsweise 1 m/sek2 ergibt, also innerhalb der in EN115 zulässigen Grenzen. Hierbei stört die abgesenkte Spannung nicht, während bei der Beschleunigung ohnehin mit einer eher höheren Leistungsaufnahme zu rechnen ist, was dann die Erfindung insofern nicht betrifft.
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Es versteht sich, dass der in 1 dargestellte Sensor 24 in beliebiger geeigneter Weise ausgebildet sein kann. Beispielsweise lässt er sich als Stromsensor unmittelbar an der Energieversorgungsleitung der Fahrtreppe realisieren, oder aber auch als Schlupfsensor, der die Geschwindigkeit des umlaufenden Stufen- oder Palettenbandes erfasst und mit der Nenngeschwindigkeit in Beziehung setzt, um so Rückschlüsse auf die Belastung der Fahrtreppe zu gewinnen.
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Ferner versteht es sich, dass erfindungsgemäß für den Betrieb der Fahrtreppe ein Asynchronmotor vorgesehen ist, der mit einem PID-Regler hinsichtlich seiner Antriebsspannung geregelt wird. Grundsätzlich ist auch die Realisierung auch eines Synchronmotors an dieser Stelle möglich.
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Erfindungsgemäß ist es bei Realisierung einer kontinuierlichen Regelung wichtig, dass der Regelkreis rasch anspricht, und beispielsweise eine Spannungsänderung innerhalb von 10 ms ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN115 [0031]
- EN115 [0041]
