snowflat
Teammitglied
Quelle: ISRBackup-Optionen bei Seilbahnen
Teil I: Backup-Optionen in den Stationen
Zusammenfassung
Unter dem Begriff „Backup-Optionen“ werden die Möglichkeiten zur Erhöhung der Verfügbarkeit verstanden. Der erste Teil des Artikels gibt einen Überblick über die Backup-Optionen speziell in den Stationen, in erster Linie bei Einseilumlaufbahnen. Die zur Verfügung stehenden Backup-Optionen sind begrenzt, denn diese Seilbahnsysteme sind sehr zuverlässig, und man kann die meisten der Möglichkeiten leicht und schnell beschreiben. Beachtung sollte man jenen Backup-Optionen schenken, die einen Betrieb mit geringerer Förderleistung zur Rückbringung der Fahrgäste in die Stationen ermöglichen, um die Notwendigkeit von Bergemaßnahmen zu vermeiden.
1. Einleitung
Backup-Optionen werden für folgende Fälle vorgesehen:
• Rückbringung der Fahrgäste von der Strecke in die Stationen im Falle eines Defekts, um Bergemaßnahmen zu vermeiden,
• Weiterführen des Betriebes mit verringerter Förderleistung und Fahrgeschwindigkeit im Fall eines Defekts so lange, bis der Defekt repariert ist.
• Weiterführen des Betriebes mit voller Förderleistung trotz eines Defekts.
Dieser Artikel befasst sich mit den Backup-Optionen bei Einseilumlaufbahnen unter besonderer Berücksichtigung der Konfiguration des Wechselstrom-Antriebssystems. Einseilumlaufbahnen sind das gebräuchlichste Seilbahnsystem und das am meisten gebaute.
Die meisten der in diesem Artikel beschriebenen Backup-Optionen können mit entsprechenden Anpassungen auf andere Seilbahnsysteme angewandt werden, auch auf Gleichstrom-Antriebe.
Ein Reserveantrieb wird bei wichtigen Seilbahnen benötigt, wie bei solchen im städtischen Verkehr, für Bahnen zu bedeutenden Sehenswürdigkeiten und für Zubringerbahnen zu Skigebieten.
Viele solche Seilbahnen führen fast das ganze Jahr Betrieb (5.000 Stunden und mehr). Die Backup-Optionen bei den verschiedenen Antriebskonstellationen werden im zweiten Teil dieses Artikels beschrieben und analysiert (geplant für ISR 1/2008, Anm. d. Red.).
2. Allgemeines
Der Wechselstrom-Antrieb ist das bevorzugte Antriebssystem für Seilbahnen mit Ganzjahresbetrieb (mehr als 5.000 Stunden pro Jahr). Drehstrommotoren haben einen besseren Wirkungsgrad und benötigen weniger Wartung (keine Bürsten, verschlossene Motoren). Bei Drehstrommotoren können mehrere Möglichkeiten zur Erhöhung der Verfügbarkeit in Betracht gezogen werden.
Unterflur-Antriebe werden bevorzugt für Seilbahnen in heißen Gegenden (30°C und mehr) eingesetzt, des Weiteren für Bahnen mit Ganzjahresbetrieb. Bei Unterflur-Antrieben ist die Wartung und der Austausch von großen und schweren Bauteilen einfacher und schneller und der Geräuschpegel in der Station ist geringer.
Die wesentlichen Defekte oder Betriebsstörungen, denen man durch Backup-Optionen begegnen möchte, betreffen die beweglichen Bauteile (hauptsächlich zufolge Abnützung) und die elektrotechnischen Einrichtungen. Defekte, die innerhalb vertretbarer Zeit behoben werden können, brauchen keine besonderen Backup-Optionen (z. B. Austausch von Keilriemen, Luftreifen, Sensoren oder Schaltern). Das Versagen von Tragkonstruktionen ist unwahrscheinlich; es wird durch sachgemäße Planung und Berechnung vermieden. Grundsätzlich werden für ein Versagen von Tragkonstruktionen keine Backup-Optionen vorgesehen.
Unabhängig von der Antriebskonfiguration sind alle Seilbahnen mit einem Notantrieb ausgestattet, der die Rückbringung der Fahrgäste von der Strecke in die Stationen mit geringer Geschwindigkeit (üblicherweise mit etwa 1 m/s) ermöglicht [1], [2]. Der Notantrieb ist üblicherweise als Diesel-hydraulischer Antrieb mit einem Zahnkranz an der Antriebsscheibe ausgeführt. Er ist nicht für einen Dauerbetrieb ausgelegt.
3. Antriebselemente
Die wesentlichen Antriebselemente, bei denen Backup-Optionen relevant sind, sind die folgenden:
• Lager der Antriebsscheibe,
• Bremsen,
• Hauptwelle,
• Getriebe,
• Elektromotor,
• Stromrichter/Umrichter,
• Steuerung,
• Stromversorgung,
• Stationseinrichtungen zum Fahrzeugtransport in den Stationen (einschließlich Verzögerer und Beschleuniger)
3.1 Lagerung der Antriebsscheibe
Ein Lagerschaden führt dazu, dass ein weiterer Betrieb der Seilbahn nicht möglich ist; ein Weiterfahren könnte die Sicherheit beeinträchtigen und/oder zusätzliche Schäden verursachen. Das Versagen der Lager zwingt normalerweise dazu, die Bergung der auf der Strecke befindlichen Fahrgäste durchzuführen. Eine Lösung, um diesen Bergefall zu vermeiden, ist der Einbau von Notlauflagern, die einen Notbetrieb für eine begrenzte Zeit zur Rückbringung der Fahrgäste in die Stationen ermöglicht. Diese Notlauflager werden üblicherweise als Gleitlager ausgeführt, während die Hauptlager Wälzlager sind.
In den meisten Fällen können sich anbahnende Lagerschäden durch Geräusch- und Schwingungsmessungen (periodisch oder kontinuierlich) an den Lagern rechtzeitig erkannt werden [3].
Die Notlauflager sollten den Notbetrieb auch dann ermöglichen, wenn die Hauptlager vollständig blockieren.
3.2 Brakes Bremsen
Die Bremsen sind Sicherheitsbauteile, die eine Stillsetzung der Seilbahn in jedem Fall sicherstellen müssen, auch wenn ein Fehler auftritt. Aus diesem Grund sind sie immer als Passivbremsen ausgeführt (Bremskraft durch Freisetzen der Federkraft von vorgespannten Druckfedern), die zufolge eines Ruhestromkreises offen gehalten werden (die für die Bremsen erforderliche Energiezufuhr dient dem Lüften der Bremsen).
Darüber hinaus sind zwei Bremsen erforderlich: die Betriebsbremse und die Sicherheitsbremse. Die beiden Bremsen überwachen einander gegenseitig, was die Stillsetzung der Seilbahn auch im Fehlerfall garantieren soll. Es handelt sich hier also nicht um eine Backup-Option, um den Betrieb der Bahn weiterführen zu können, wenn bei einer Bremse ein Fehler auftritt. Backup-Optionen für die Bremssysteme gibt es eher im Bereich der Hydraulikaggregate: doppelte Ausführung von Elektromotor und Hydraulikpumpe, um die Versorgung mit dem erforderlichen Öldruck für das Öffnen der Bremsen sicherzustellen.
3.3 Getriebe-Hauptwelle
Eine lange, vertikal angeordnete Getriebe-Hauptwelle („Königswelle“) ist dort anzutreffen, wo der Antrieb unterhalb der Antriebsscheibe angeordnet ist (Unterflur-Antrieb). Bei Brückenantrieben ist das Getriebe direkt mit der Antriebsscheibe verbunden.
Im Falle eines Gebrechens an der Getriebehauptwelle können die Fahrgäste mit dem Notantrieb in die Stationen gebracht werden, wenn der Notantrieb auf einen Zahnkranz an der Antriebsscheibe und nicht über das Hauptgetriebe eintreibt. Es sollte die Möglichkeit geben, die Verbindung zwischen Hauptgetriebe und Antriebsscheibe schnell zu trennen. Gebrechen von Getriebewellen auf der Eintriebsseite (schnell drehende Wellen zwischen Motor(en) und Getriebe sind weniger kritisch und können ebenfalls betrieblich mit dem Notantrieb gemeistert werden.
3.4 Stromversorgung
Ein Ausfall der Stromversorgung kann entweder vom Netz oder von einem Fehler im Stromversorgungssystem der Seilbahn verursacht werden (z. B. Transformator, Hauptschalter).
Einem Netzausfall kann durch einen Dieselgenerator vorgebeugt werden. Die Entscheidung darüber, ob ein großes Notstromaggregat installiert werden soll, hängt von der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Netzversorgung und der Wichtigkeit der Seilbahn ab.
Im Falle eines Netzausfalles werden die Fahrgäste üblicherweise mit dem Notantrieb in die Stationen zurückgebracht.
In den USA sind die Seilbahnen meist mit einem Hilfsantrieb ausgestattet, der direkt mit einem Dieselmotor betrieben wird. Diese Lösung ist in Europa nicht üblich; sie ermöglicht lediglich einen Betrieb mit geringerer Förderleistung. So ein Hilfsantrieb ist dann problematisch, wenn er bei Seilbahnen angewandt wird, die aus mehreren zusammenhängenden Teilstrecken mit getrennten Antrieben bestehen. Die Lösung mit Diesel-Hilfsantrieb erfordert ein zusätzliches Getriebe zur Verbindung und Drehzahlanpassung des Dieselmotors mit dem Hauptgetriebe.
3.5 Steuerung
Die Steuerung moderner Seilbahnen ist zwei- oder dreikanalig ausgelegt und besitzt bereits Redundanzen für einen Betrieb mit reduzierten Funktionen. Defekte und Störungen der Steuerung können in relativ kurzer Zeit behoben werden, und heute ist es sogar möglich, die Reparatur über eine direkte Modem-Verbindung von der Seilbahnsteuerung zu den Spezialisten im Büro des Steuerungs-Herstellers durchführen zu lassen.
Wenn der Fehler nicht in vertretbarer Zeit behoben werden kann, können die Fahrgäste mit dem Notantrieb in die Stationen gebracht werden.
3.6 Transport der Fahrzeuge in den Stationen
Betriebsstörungen im Bereich der Stationseinrichtungen für den Fahrzeugtransport zufolge Abnützung können durch Austausch von Teilen eher schnell behoben werden (z. B. Keilriemen, Räder der Reifenförderer).
Der Antrieb der Fördereinrichtungen (einschließlich Beschleuniger und Verzögerer) erfolgt meist mechanisch über das Förder- oder Zugseil. Diese Methode garantiert die Synchronisation der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in den Fördereinrichtungen zur Seilgeschwindigkeit.
In jeder Endstation gibt es zwei derartige mechanische Antriebseinheiten, eine für die Einfahrseite, eine für die Ausfahrseite. Jede Einheit hat zwei oder drei parallele Keilriemen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Heutzutage ist es nicht üblich, dass eine der beiden Antriebseinheiten als Backup für die andere Seite der Fördereinrichtungen dienen kann.
4. Backup-Optionen beim Antrieb
Für die Hauptelemente des Antriebes gibt es mehrere Backup-Optionen, die die Weiterführung des Betriebes mit voller oder reduzierter Leistung ermöglichen. Welche Konfiguration für eine bestimmte Situation die beste ist, ist nicht von vornherein klar; sie hängt stark von den Kosten und Anforderungen ab.
Die Hauptelemente des Antriebes – und dementsprechend die Backup-Optionen – sind:
• das/die Hauptgetriebe,
• der/die Elektromotor(en),
• Stromrichter/Umrichter.
Im zweiten Teil dieses Artikels werden wir einen Überblick über die möglichen Konfigurationen geben und die enthaltenen Redundanzen analysieren, um eine Optimierung vorzunehmen und die günstigste Lösung auswählen zu können.
5. Die Gegenstation
Die Gegenstation ist ähnlich aufgebaut wie die Antriebsstation, allerdings mit dem großen Unterschied, dass sie nicht den Antrieb enthält.
Bei Seilbahnen mit Unterflurantrieb befindet sich die Spanneinrichtung immer in der Gegenstation. Bei Seilbahnen mit Brückenantrieb kann sich die Spanneinrichtung auch in der Antriebsstation befinden. In diesem Fall ist die gesamte Antriebseinrichtung auf dem Spannwagen aufgebaut.
Die Backup-Optionen für die seilbahntechnischen Einrichtungen für den Transport der Fahrzeuge in der Gegenstation sind die gleichen wie in der Antriebsstation.
5.1 Spanneinrichtung
Bei modernen Seilbahnen besteht die Spanneinrichtung aus Hydraulikzylinderund Hydraulikaggregat. Für den/die Hydraulikzylinder ist kein Backup vorgesehen. Für das Hydraulikaggregat (Pumpe und Motor) kann man ein Backup in Erwägung ziehen.
6. Conclusion Resümee
Moderne Seilbahnen sind grundsätzlich zuverlässig, und nur wenige Backup-Möglichkeiten stehen für die Antriebselemente – ausgenommen für Hauptgetriebe, Motor und Leistungselektronik selbst – zur Verfügung. Wert legen sollte man auf Backup-Optionen, die die Rückbringung von Fahrgästen von der Strecke in die Stationen ermöglichen und damit die Einleitung von Bergemaßnahmen vermeiden.
Adam Ringer (Übers.: Josef Nejez)
Bibliografie:
[1] OITAF: Heft 2 – Technische Empfehlungen für Einseilumlaufbahnen, Abs. 4.2
[2] EN 1909: Sicherheitsanforderungen für Seilbahnen für den Personenverkehr – Räumung und Bergung, Kap. 8
[3] SPM Instrument AB, Schweden (http://www.spminstrument.com)
Der Autor:
Adam Ringer ist Direktor von Bar Engineering Ca. Ltd und Ingenieurkonsulent für Seilbahnen, APM und andere Transportsysteme. Er war in den letzten 30 Jahren an der Planung und Errichtung fast aller Seilschwebebahnen und Standseilbahnen in Israel beteiligt.
Derzeit ist er Projektleiter der "Haifa Bay – Technion - University Ropeway", einer städtischen Seilbahn in Haifa/Israel. Die Seilbahn wird das Hauptverkehrszentrum von Haifa (Bahn-, Bus- und Straßenbahn) mit den zwei Universitäten am Gipfel des Mount Carmel verbinden.
Die Seilbahn wird als Einseilumlaufbahn mit 8er-Kabinen und einer Förderleistung von 2.500 P/h ausgeführt werden. Die gesamte Strecke ist in drei zusammenhängende Teilstrecken unterteilt und wird sechs Stationen aufweisen.
Die Überlegungen hinsichtlich der besten Backup-Möglichkeit für den Antrieb dieser Seilbahn veranlassten den Autor dazu, die Alternativen zu analysieren und eine eher unübliche und innovative Lösung für das Antriebssystem vorzuschlagen (beschrieben im 2. Teil seines Artikels).
