Thyssenkrupp lift mee op mechatronicakennis Prodrive

3 november 2017 

In juni toonde Thyssenkrupp Elevator zijn Multi-lift. In tegenstelling tot traditionele oplossingen kan het Duitse systeem in twee richtingen bewegen: verticaal én horizontaal. Prodrive Technologies kreeg de systeemverantwoordelijkheid voor de cabineaandrijving die is gebaseerd op lineaire motoren.

Technologieconcern Thyssenkrupp Elevator onthulde deze zomer de Multi, de allereerste lift die zich zonder kabel door de liftschacht beweegt en die zowel horizontaal als verticaal transport mogelijk maakt. In de meest basale configuratie is er één schacht voor opgaand verkeer en één voor dalende cabines. Boven en onder in het gebouw zitten zogeheten swivel-platforms waar de cabines van een verticale naar een horizontale beweging gaan, en omgekeerd. Op die manier ontstaat er een continue stroom aan onafhankelijke cabines, wat een veel hogere capaciteit oplevert.

Met zijn Multi lanceert Thyssenkrupp een liftsysteem dat ook horizontaal door torenflats kan bewegen en een hoge capaciteit haalt. Beeld: Thyssenkrupp

De oplossing lijkt wellicht wat futuristisch maar de businesscase van Thyssenkrupp snijdt hout. Op dit moment kunnen architecten de doorvoer van de liften natuurlijk verhogen door de cabines sneller door de schacht te sturen. Vanwege het comfort van de passagiers zit daar een duidelijke limiet aan en kiezen de meeste ontwerpers ervoor om meerdere liften naast elkaar te zetten. Het grote bezwaar van die oplossing is dat het heel veel vloeroppervlakte kost. En laat dat nu juist extreem duur zijn. De markt staat dus te springen om een ruimtebesparende lift zoals de Multi.

Bijkomend voordeel is dat architecten met de Multi veel meer ontwerpvrijheid hebben. Een netwerk van liftschachten en horizontale buizen behoort nu tot de mogelijkheden. Bovendien zit er geen limiet aan de hoogte. Dat is interessant omdat je tegenwoordig torenflats hebt van honderden meters hoog. Een traditionele lift is dan niet meer geschikt omdat de kabel te zwaar wordt voor zijn eigen gewicht.

‘Met de Multi gaat de liftbouw een nieuw tijdperk in’, stelt Andreas Schierenbeck, ceo van Thyssenkrupp Elevator. ‘Het is een gamechanger in de manier waarop mensen zich verplaatsen in gebouwen. Zo zullen de wachttijden bij de lift afnemen en zal de beschikbare ruimte in gebouwen aanzienlijk toenemen.’

Thyssenkrupp demonstreerde het allereerste, werkende model van de Multi in zijn eigen, 246 meter hoge, testtoren in het Duitse Rottweil. In de twaalf schachten halen de cabines snelheden tot achttien meter per seconde. Drie schachten zijn volledig vrijgemaakt voor tests en certificatie (op dit moment mogen de cabines officieel nog geen personen vervoeren). De demo leverde direct een eerste klant op: de Nederlandse projectontwikkelaar OVG Real Estate wil meerdere Multi-systemen installeren in zijn East Side Tower in Berlijn.

Redundant

De aandrijving van de liftcabines gebeurt dus niet met een kabel, maar met lineaire motoren. Daarvoor klopte Thyssenkrupp aan bij Prodrive Technologies. De Duitsers zagen echter dat ze in Eindhoven meer konden dan alleen de motoren en de bijbehorende elektronica, en legden al snel de verantwoordelijkheid voor het hele propulsiesysteem bij Prodrive, inclusief drives en motionsoftware.

‘Van oudsher staan we natuurlijk bekend als elektronicaleverancier, maar de laatste jaren bewegen we steeds meer in de richting van mechatronica’, vertelt Ralph Stassen, programmamanager bij Prodrive en accountmanager voor het Multi-project. ‘Daarbinnen is het een van onze kernactiviteiten om lineaire motoren te ontwikkelen en te produceren. We onderscheiden ons in de markt door customization. We ontwikkelen geen catalogusproducten, maar doen vooral maatwerk. Op die manier zijn we meer dan een componentenleverancier en kunnen we onze klanten een totaaloplossing bieden. We nemen de verantwoordelijkheid op systeemniveau. Dit project voor Thyssenkrupp Elevator is daar een mooi voorbeeld van.’

Boven en onder in het gebouw zitten swivel-platforms waar de cabines van een verticale naar een horizontale beweging gaan, en omgekeerd. Foto: Thyssenkrupp

De partners hebben gekozen voor een moving magnet-oplossing. Dat houdt in dat de magneten aan de liftcabine zitten en langs een serie spoelen bewegen. Het voordeel is dat er dan geen stroom naar de cabine hoeft voor de aansturing. ‘Essentieel is dat we het allemaal redundant uitvoeren’, legt Prodrive-systeemarchitect Bart Gysen uit. Als er enkele motoren - of zelfs hele series – uitvallen, moet het systeem gewoon doordraaien totdat er ’s nachts tijd is voor een servicemoment. ‘De eisen voor de beschikbaarheid van de lift zijn enorm zwaar: 99,998 procent. Er mogen absoluut geen mensen in de schacht blijven vastzitten.’

De Eindhovense ontwikkelaars hebben dat probleem opgelost door de cabine met vier onafhankelijke series van motoren aan te drijven. Mochten een of twee het begeven, vangen de andere het op. Dat klinkt makkelijker dan het is. Gysen: ‘De verhouding tussen het piekvermogen en de gemiddelde waarde is heel groot. Af en toe komt er een cabine langs en dan moeten de motoren maximale kracht leveren. Maar het grootste deel van de tijd doen de spoelen niets. De requirements voor het piekvermogen werden nog groter nu de motoren uitval bij de buren moeten kunnen compenseren.’

Kratje bier

Een van de grootste technische uitdagingen was de luchtspleet tussen de spoelen en de magneten, vertelt Gysen. ‘De cabine zit in een standaard lagering met vrij hoge toleranties. De passagiers zullen daarvan weinig merken, maar voor onze motoren is het heel lastig. De grootte van de luchtspleet is namelijk een-op-een gerelateerd aan de kracht die je kunt leveren: hoe kleiner de spleet, hoe hoger de kracht. We moesten dus kunnen omgaan met die mechanische toleranties.’

Prodrive heeft de verliezen in de spoelunits geminimaliseerd, onder meer door een volledig geautomatiseerd wikkelproces te ontwikkelen voor platte draad. Dat verhoogt de vulfactor van de spoel en maakt dat de motor meer kracht kan genereren. ‘Het was best een uitdaging om de benodigde krachtdichtheid te halen’, aldus Gysen.

Prodrive is verantwoordelijk voor het complete propulsiesysteem van de cabines in de liftschacht. Foto: Thyssenkrupp

Voor het pilotproject in Rottweil moest Prodrive honderdzestig meter track produceren. In een paar maanden tijd rolden er in Eindhoven zo’n vijfhonderd motoren van de band. Als het systeem straks aanslaat, kan het bedrijf helemaal aan de bak. Vandaar dat de maakbaarheid al vanaf het begin een belangrijk aandachtspunt was. ‘Er is een groot verschil tussen een paar motoren bouwen en echte massaproductie’, weet Stassen. Prodrive heeft het maakproces daarom al gelijk volledig geautomatiseerd zodat het is voorbereid op de duizenden motoren die het naar verwachting moet gaan afleveren.

Een andere puzzel was het volumerequirement. ‘Ze wilden graag dat de drives niet groter zouden zijn dan een smartphone’, vertelt Stassen. ‘Het was ons al snel duidelijk dat dat geen haalbare kaart zou zijn. Met veel moeite hebben we alle elektronica nu kunnen onderbrengen in een kast ter grootte van een kratje bier.’

Gysen: ‘Ook het netwerk heeft ons heel wat hoofdbrekens gekost. In de demo hebben we al te maken met driehonderdvijftig slaves die we via ethercat aansturen. Voor grote gebouwen – waar de technologie eigenlijk voor is bedoeld – zal dat een factor tien meer worden.’ Bij die aantallen is het onmogelijk om de aansturing centraal te doen. De motion gaat daarom gedistribueerd. ‘Een cabine wordt getrokken door een aantal motion-loops die onafhankelijk van elkaar hun werk doen. De drives mogen onderling immers niet met elkaar communiceren. Dat zou problemen geven als een van de groepen uitvalt. Bij een storing registreren de andere een positiefout en gaan harder trekken.’

Strak plan

De ontwikkelaars bij Thyssenkrupp en Prodrive hebben verder gekozen voor dc-distributie. ‘Het voordeel daarvan is dat we efficiënter vermogen kunnen uitwisselen tussen de opgaande en neergaande cabines’, legt Gysen uit. Een cabine die naar beneden gaat, levert namelijk energie terug. ‘Via het dc-netwerk gaat die naar de opgaande cabines. Dat beperkt de piekbelasting en verhoogt de efficiëntie.’ Naast energiezuinig is het ook veiliger. Samen met een energiebuffer blijft er dan namelijk genoeg energie in het systeem aanwezig om in het geval van een volledige storing alle cabines netjes naar de dichtstbijzijnde etage te vervoeren.

Om snel in de praktijk te kunnen finetunen, bouwde Prodrive in Eindhoven een horizontaal testtrack.

Thyssenkrupp had haast met het Multi-project, waardoor Prodrive slechts een jaar de tijd had voor de ontwikkeling en productie. ‘Voor een compleet nieuw product van zo’n omvang is dat heel kort’, zegt Stassen. ‘Om de deadline te kunnen halen, hebben we een strak plan opgesteld. Zo konden we de verschillende onderdelen parallel ontwikkelen: de motioncontrole, de drives, de motoren, de industriële pc.’ In zijn pand op Science Park Eindhoven bouwde Prodrive een – horizontaal - testtrack van een meter of acht om de technologie in de praktijk te kunnen finetunen. Stassen: ‘Daar hebben we veel bugs afgevangen zodat de integratie bij Thyssenkrupp nagenoeg foutloos verliep.’

Momenteel zit het project in de industrialisatie- en certificeringsfase, waarbij er weer een strak plan nodig is om tegen 2020 de East Side Tower in Berlijn te vullen.

Wilt u het volledige artikel lezen?

AGENDA

Events

High-Tech Systems 2018

22 maart

Eindhoven

Trainingen

Design for real-time software - workshop

5 februari - 9 februari

Eindhoven

Applied optics

22 februari

Eindhoven

Topbanen
Ploeger

Hoofd Inkoop

Ploeger

Roosendaal

Techwatch

Techwatch | bv | Novio Tech Campus | Transistorweg 7-H | 6534 AT Nijmegen
T. +31 (0)24 - 350 3532 | info@techwatch.nl

Copyright ©  2017 Mechatronica&Machinebouw - All Rights Reserved

×