Simulaties optimaliseren liftinnovatie

Want een MULTI-lift kan ook horizontaal bewegen. Om dat te bereiken bleek het wel noodzakelijk af te stappen van de gebruikelijke liftaandrijvingen met behulp van staalkabels en geïnstalleerd boven de liftschacht. Misschien dat Willy Wonka in zijn chocoladefabriek een andere oplossing had, maar de liftaandrijving voor het MULTI-concept is gebaseerd op de lineaire motortechnologie, ontwikkeld voor de Transrapid-magneetzweeftrein. Dezelfde technologie wordt ook toegepast door thyssenkrupp in hun Accel-loopbanden voor personentransport zoals je die bijvoorbeeld op vliegvelden tegenkomt.

Aandrijving uit Son

Voor de Multi-applicatie – en de Accel-loopbanden – is de complete aandrijving overigens ontwikkeld door ProdriveTechnologies uit Son bij Eindhoven. Gekozen is een aandrijving op basis van een ‘moving magnet’. Het actieve deel van de lineaire aandrijving – de spoelen – bevindt zich in de schacht en het passieve deel – een magnetisch juk – op de achterzijde van de liftcabine. Het actieve deel van de lineaire aandrijving bevindt zich in de schacht en het passieve deel op de achterzijde van de liftcabine. Op de locaties waar de verticale en horizontale schacht elkaar kruisen kunnen aandrijving en geleiding 90° worden geroteerd, zodat de cabine van een verticale beweging kan overschakelen naar een horizontale en vice versa.

Links het resultaat van de topologieoptimalisatie in OptiStruct van het BackPack-concept. Rechts een rendering van het daarop gebaseerde ontwerp. 

Circulerend systeem

Het voordeel? De liftcabine kan zich zo van een verticale liftschacht naar een andere verticale schacht verplaatsten. Het ontwikkelde concept bestaat dan ook uit een schacht voor de liftcabines die omhoog gaan en een schacht uitsluitend voor de cabines die naar beneden gaan, zodat een circulerend systeem ontstaat. Het systeem heeft nog het meest weg van een paternosterlift. En inderdaad het Multi-systeem maakt gebruik van cabines – meervoud. In de twee schachten die door een of meer horizontale schachten met elkaar verbonden zijn kunnen meerdere liftcabines onafhankelijk van elkaar bewegen. Het voordeel voor de reiziger volgens de fabrikant: deuren die elke 15 tot 30 seconden opengaan. De transport is 50% hoger dan bij een conventionele liftinstallatie stelt thyssenkrupp. Zo kun je met de helft van het aantal liftschachten toch hetzelfde aantal mensen ‘vervoeren’. En dat is een voordeel voor de exploitant van het gebouw die minder kostbare ruimte aan liften hoeft op te offeren.

Maximaliseren transportcapaciteit

Eén van de grootste uitdagingen voor de nieuwe lift was het maximaliseren van de transportcapaciteit voor personen en goederen. Omdat simulaties daarbij belangrijke toegevoegde waarde kunnen leveren, heeft thyssenkrupp Elevator een beroep gedaan op de engineering services van Altair ProductDesign. Thyssenkrupp Elevator had zelf al twee mogelijke ontwerpoplossingen voor de aandrijving bedacht:

• het ‘BackPack’-concept met de aandrijving achterop de liftcabine en ondersteuning aan de onderzijde voor de verplaatsing;
• het ‘SideGuide’-concept met een frame rondom de liftcabine en lineaire aandrijvingen aan weerszijden.

Bij beide concepten was het noodzakelijk het eigen gewicht van de cabine aanzienlijk te reduceren, in vergelijking met traditionele liften.

Drietraps ontwerpoptimalisatie

Het engineeringteam van Altair Productdesign heeft een drietrapsmethode gebruikt om het ontwerp en de constructie van de liftcabines te optimaliseren. In de eerste fase is een topologieoptimalisatie uitgevoerd voor het BackPack-concept, met behulp van OptiStruct. Deze applicatie voor het optimaliseren van ontwerpideeën maakt deel uit van Altair’s HyperWorks-simulatiesoftware. Behalve inzichtelijk maken op welke plaatsen overbodig materiaal te verwijderen is, adviseert OptiStruct de meest efficiënte lay-out van de cabineconstructie. Uiteraard rekening houdend met de belastingen en krachten op de cabine door het versnellen en afremmen en mogelijke gebruikstoepassingen. Met de resultaten van die berekeningen heeft het Altair ProductDesign-team de optimale maakbare cabinestructuur bepaald.

Onderzoek naar de vorm en oriëntatie van de koolstofvezel sandwichpanelen.  

Materiaalanalyses en -optimalisaties

In de tweede ontwerpfase zijn verschillende materiaalsamenstellingen en dikten onderzocht voor nog meer gewichtsbesparing. Zo worden liftwanden van oudsher altijd van metalen panelen gemaakt, terwijl lichtere sandwichconstructies van aluminium of kunststof met een schuimkern misschien ook toepasbaar zijn. In deze fase zijn daarom zowel de dikten van alle sandwichelementen als profieldoorsneden doorgerekend en geoptimaliseerd. Tenslotte zijn in de derde fase nieuwe materialen onderzocht, zoals koolstofvezelcomposiet dat al jarenlang in de automobiel- en luchtvaartindustrie wordt toegepast om de constructie en onderdelen lichter te maken. Behalve de toepasbaarheid daarvan voor liftcabinewanden heeft het engineeringteam tevens de oriëntatie van de koolstofvezels en vormgeving van de lagen onderzocht en geoptimaliseerd met simulaties in OptiStruct.

Optimalisatieresultaten

Dezelfde drietraps aanpak is ook toegepast op het SideGuide-concept, om thyssenkrupp Elevator op basis van een gedetailleerde onderbouwing de beste keuze te laten maken. De optimalisaties voor het BackPack-concept met sandwichpanelen resulteerde in een gewichtsbesparing die 42% onder het target lag. Als die wanden ook nog van koolstofvezelcomposiet worden gemaakt is zelfs een gewichtsbesparing van 56% onder target te realiseren. Bij het SideGuide-concept waren de mogelijke gewichtsbesparingen kleiner: 16% onder het target met traditionele materialen en 33% onder target met carbon fiber.

East Side Tower

Op 22 juni 2017 is de Multi-liftoplossing – in ontwikkeling sinds 2014 – voor het eerst aan het publiek getoond. De installatie bevindt zich in de 246 meter hoge testtoren van thyssenkrupp Elevator in het Duitse Rottweil. De toren is uitgerust met twaalf liftschachten en drie van de schachten zijn gebruikt om Multi te demonstreren. De demonstratie viel blijkbaar in goede aarde bij het Nederlandse OVG Real Estate dat onder andere verantwoordelijk is voor kantoorgebouw The Edge in Amsterdam, dat geroemd wordt als het duurzaamste kantoorgebouw in de wereld. Maar zonder MultiI. In de East Side Tower die in een joint venture geleid door OVG in Berlijn wordt gebouwd en ontwikkeld, zal het concept wel worden toegepast. Het 146 meter hoge kantoorgebouw tegenover de Mercedes-Benz Arena in het district Freidrichshain-Kreuzberg bij de Warschauerstrasse moet eind 2021 gereed.