Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Chancen und Risiken durch seillose Aufzugssysteme. Betrachtet wurde, nach einem einleitenden Grundlagenteil, auf denen weiterführende Überlegungen und Analysen in dieser Arbeit aufgebaut sind, wie seillose Aufzugssysteme von der technischen Umsetzung bis zu potentiellen Einsatzgebieten zukünftig umgesetzt werden sollen. Des Weiteren werden die Notwendigkeit, sich mit diesem Forschungsfeld zu beschäftigen, die dadurch entstehenden potentiellen Veränderungen und zudem eine Analyse der jetzigen Rechtssituation durchgeführt.
Aus der Untersuchung geht hervor, dass seillose Aufzugssysteme keine technischen Grenzen wie bisherige seilbetriebene Aufzugsanlagen aufweisen. Durch mehrere Aufzugskabinen innerhalb eines Fahrschachtsystems steigt die Förderleitung der Anlagen, welche die Wartezeit der Nutzer reduzieren kann. Durch den Verzicht auf Maschinenraum und des Gegengewichtes können seillose Aufzugssysteme in kleineren Fahrschächten gebaut werden und den Flächenbedarf in Gebäuden reduzieren. Jedoch entstehen durch den Einsatz von Linearmotortechnologie und der damit verbundenen berührungslosen Energie- und Signalübertragung mehrere Risiken. Zudem könnten seillose Aufzugsanlagen, die einen Fehlerfall aufweisen, für einen gewissen Zeitraum die Förderleistung erheblich einschränken. Wohingegen der Einsatz mehrerer Anlagen eine Redundanz bietet.
Jedoch können diese Untersuchungen nur als grobe Richtung interpretiert werden, da noch keine detaillierten Erhebungen aus der Praxis und dem Einsatz solcher Systeme existieren, auf die man sich beziehen könnte. Weiterhin begrenzen die bisherigen harmonisierten Gesetze, Normen und Verordnungen und die daraus abgeleiteten Brandschutzkonzepte die technischen Möglichkeiten mehrerer Aufzugskabinen innerhalb eines Fahrschachtes. Die Anzahl der Aufzugskabinen wird durch die Brandfallhaltestellen für die Evakuierung der Nutzer innerhalb eines Gebäudes begrenzt. In der bisherigen Rechtssituation sind seillose Aufzugssysteme darüber hinaus in den harmonisierten Gesetzen, Normen und Verordnungen nicht definiert und vorgesehen. Jedoch besteht die Möglichkeit, diese im Einzelfall durch bestimmte Prüfungen, unter Bestätigung auf Einhaltung des Sicherheitsniveaus, zu betreiben.
Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für tiefergehende Überlegungen. Eine weitere Anpassung an den fortlaufenden Entwicklungsstand seilloser Aufzugssysteme ist weiterhin erforderlich.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Aufzüge
2.1 Definition
2.1.1 Aufzug
2.1.2 Fahrstuhl
2.2 Aufzugsarten
2.2.1 Treibscheibenaufzug
2.2.2 Hydraulikaufzug
2.2.3 Sonderausführungen
2.2.4 Maschinenraumloser Aufzug
2.3 Sicherheitseinrichtungen
2.3.1 Geschwindigkeitsbegrenzer / Fangvorrichtung / UCM
2.3.2 Aufzugspuffer
2.3.3 Betriebsbremse
2.3.4 Notrufeinrichtung
2.3.5 Türverriegelungen
2.3.6 Elektrischer Sicherheitsstromkreis
3 Seillose Aufzugssysteme
3.1 Einsatzgebiete
3.2 Aufbau
3.3 Technische Umsetzung
3.3.1 Linearantrieb und Linearführung
3.3.2 Energieversorgung und berührungslose Energieübertragung
3.3.3 Steuerung
3.3.4 Konstruktion
4 Notwendigkeit seilloser Aufzugssysteme
4.1 Innovationsgedanke
4.2 Anforderungen an Aufzüge
4.2.1 Ballungsräume
4.2.2 Wartezeiten
4.2.3 Förderleistung
4.3 Technische Grenzen
5 Potentielle Veränderungen durch seillose Aufzugssysteme
5.1 Effizienz
5.2 Bauveränderungen
5.2.1 Bauvolumen
5.2.2 Gewicht
5.3 Energieverbrauch
5.4 Technische Anpassungen
5.5 Risiken
5.6 Brandschutz
5.7 Kosten
5.8 Instandhaltung und Instandsetzung
6 Rechtliche Anpassungen
6.1 Rechtliche Grundlagen
6.1.1 12. Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (ProdSV)
6.1.2 Aufzugsrichtlinie 2014/33/EU
6.1.3 DIN EN 81
6.1.4 Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)
6.1.5 Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS)
6.1.6 Musterbauordnung
6.1.7 Konformitätsverfahren
6.2 Ausblick
7 Fazit
8 Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Schema Treibscheibenaufzug
Abbildung 2: Treibscheibenaufzug Seilaufhängungen
Abbildung 3: direkt hydraulischer Aufzug
Abbildung 4: indirekt hydraulischer Aufzug
Abbildung 5: Funktionsprinzip Paternoster
Abbildung 6: Antrieb maschinenraumloser Aufzug
Abbildung 7: Steuerungsportal maschinenraumloser Aufzug
Abbildung 8: Geschwindigkeitsbegrenzer und Fangvorrichtung
Abbildung 9: UCM-Konzept bei Treibscheibenaufzügen
Abbildung 10: Prinzipskizze Aufzugspuffer
Abbildung 11: Aufbau Betriebsbremse
Abbildung 12: Schema Notrufsystem
Abbildung 13: Überwachung Kabinenabschlusstür
Abbildung 14: Verriegelung Schachttür
Abbildung 15: Schema Sicherheitsstromkreis
Abbildung 16: Skylobbys Burj Khalifa
Abbildung 17: Schema durchgehendes Fahrschachtsystem
Abbildung 18: Schnittdarstellung eines Linearmotors
Abbildung 19: Topologie von Antrieb und Linearführung
Abbildung 20: Magnetisch gekoppelte Spulen mit Haupt- und Streuflüssen
Abbildung 21: Schachtwechsel über Exchanger
Abbildung 22: Urbanisierung weltweit
Abbildung 23: Aufzugsgruppen Maintower Frankfurt/Main
Abbildung 24: Unfallursachen von Aufzugsanlagen
Abbildung 25: Fahrschachtschema Fehlerfall
Abbildung 26: Fahrschachtschema Brandfall
Abbildung 27: Prinzipskizze Wartungsbucht
Abbildung 28: Hierarchie der zentralen Rechtsvorschriften
Abbildung 29: Konformitätsverfahren für Aufzüge
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser leseprobe nicht enthalten
Executive Summary
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Chancen und Risiken durch seillose Aufzugssysteme. Betrachtet wurde, nach einem einleitenden Grundlagenteil, auf denen weiterführende Überlegungen und Analysen in dieser Arbeit aufgebaut sind, wie seillose Aufzugssysteme von der technischen Umsetzung bis zu potentiellen Einsatzgebieten zukünftig umgesetzt werden sollen. Des Weiteren werden die Notwendigkeit, sich mit diesem Forschungsfeld zu beschäftigen, die dadurch entstehenden potentiellen Veränderungen und zudem eine Analyse der jetzigen Rechtssituation durchgeführt. Aus der Untersuchung geht hervor, dass seillose Aufzugssysteme keine technischen Grenzen wie bisherige seilbetriebene Aufzugsanlagen aufweisen. Durch mehrere Aufzugskabinen innerhalb eines Fahrschachtsystems steigt die Förderleitung der Anlagen, welche die Wartezeit der Nutzer reduzieren kann. Durch den Verzicht auf Maschinenraum und des Gegengewichtes können seillose Aufzugssysteme in kleineren Fahrschächten gebaut werden und den Flächenbedarf in Gebäuden reduzieren. Jedoch entstehen durch den Einsatz von Linearmotortechnologie und der damit verbundenen berührungslosen Energie- und Signalübertragung mehrere Risiken. Zudem könnten seillose Aufzugsanlagen, die einen Fehlerfall aufweisen, für einen gewissen Zeitraum die Förderleistung erheblich einschränken. Wohingegen der Einsatz mehrerer Anlagen eine Redundanz bietet. Jedoch können diese Untersuchungen nur als grobe Richtung interpretiert werden, da noch keine detaillierten Erhebungen aus der Praxis und dem Einsatz solcher Systeme existieren, auf die man sich beziehen könnte. Weiterhin begrenzen die bisherigen harmonisierten Gesetze, Normen und Verordnungen und die daraus abgeleiteten Brandschutzkonzepte die technischen Möglichkeiten mehrerer Aufzugskabinen innerhalb eines Fahrschachtes. Die Anzahl der Aufzugskabinen wird durch die Brandfallhaltestellen für die Evakuierung der Nutzer innerhalb eines Gebäude begrenzt. In der bisherigen Rechtssituation sind seillose Aufzugssysteme darüber hinaus in den harmonisierten Gesetzen, Normen und Verordnungen nicht definiert und vorgesehen. Jedoch besteht die Möglichkeit, diese im Einzelfall durch bestimmte Prüfungen, unter Bestätigung auf Einhaltung des Sicherheitsniveaus, zu betreiben. Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für tiefergehende Überlegungen und Diskussionen, und eine weitere Anpassung an den fortlaufenden Entwicklungsstand seilloser Aufzugssysteme ist somit weiterhin erforderlich.
1 Einleitung
Zu den bisherigen konventionellen Antriebssystemen, wie z. B. seilbetriebenen und hydraulisch betriebenen Aufzügen oder weiteren Sonderausführungen, beschäftigt sich die Aufzugsbranche mit der Erforschung und Entwicklung seilloser Aufzugssysteme. Durch diese Aufzüge kann und soll es zukünftig möglich sein, in einem zusammenhängenden Fahrschachtsystem vertikal und auch horizontal Personen und Lasten innerhalb eines Gebäudes zu befördern und zu transportieren.
Die zukünftig veränderten Lebensbedingungen von Menschen im Zuge der Urbanisierung, in denen bis zum Jahr 2050 über 70 Prozent der Weltbevölkerung in Städten und Ballungsräumen leben, stellen enorme Herausforderungen an die dort vorherrschende zukünftige Infrastruktur (vgl. United Nations 2014). Dies ist zu bewältigen durch Hochhäuser mit moderner Infrastruktur und einer Anpassung des Verkehrsmittels Aufzug an die neu entstehenden Anforderungen, wie z. B. eine horizontale Erschließung von Förderstrecken innerhalb eines Gebäudes (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 43). Zukünftig könnten Aufzugsanlagen effizienter Personen- und Lastentransporte innerhalb eines Gebäudes durch einen durchgehenden horizontalen und vertikal verknüpften Fahrschacht ermöglichen.
Die technische Umsetzung des Antriebs, um horizontal und vertikal in einem Fahrschachtsystem einen Fahrkorb bewegen zu können, wird durch Linearmotortechnologie umgesetzt, ähnlich der Magentschwebebahn Transrapid. Mittels einer sich im Fahrschacht befindenden und verbauten mechanischen Weiche, welche die Fahrkorbführung und somit die Fahrtrichtung um 90° schwenkt, wird ein Fahrschachtwechsel von vertikaler in horizontaler Fahrtrichtung und umgekehrt realisiert (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 43).
Durch die Umsetzung seilloser Aufzugssysteme zu bisher konventionellen seil- oder hydraulisch betriebenen Aufzügen könnte sich das Bauvolumen für Aufzugsanlagen innerhalb von Gebäuden reduzieren und durch ein zusammenhängendes Fahrschachtsystems, in dem mehrere Aufzugskabinen betrieben werden könnten, zusätzlich die Förderleistung erhöhen. Jeder Fahrkorb könnte somit jede Haltestelle innerhalb des Gebäudes erreichen, ohne Umsteige- und Verlustzeiten.
Jedoch könnten seillose Aufzugssysteme das Risiko mit sich bringen, bei einem Ausfall eines Fahrkorbes den kompletten Fahrschacht zu blockieren und die Gebäudeinfrastruktur im schlimmsten Fall komplett bis zur Fehlerbehebung außer Betrieb zu nehmen. Zudem stellen sie neue Herausforderungen an Evakuierungs- und Brandschutzkonzepte, um die sich im Gebäude befindenden Personen[1] im Schadensfall schnell aus dem Gebäude zu bringen. Weiterhin müssen rechtliche Fragen hinsichtlich des Inverkehrbringens seilloser Aufzüge diskutiert und analysiert werden.
In der folgenden Arbeit ist es das Ziel, einen Überblick über seillose Aufzugssysteme zu schaffen und dabei bereits bestehende Spannungsfelder aufzuzeigen. Es folgt eine Themeneinführung über grundlegende Aufzugsarten, den Aufbau und die Sicherheitskomponenten bereits bestehender Aufzugssysteme, um sich anschließend auf die Notwendigkeit und potentiellen Veränderungen durch den Einsatz seilloser Aufzugssysteme und Fragestellungen zu rechtlichen Aspekten zu konzentrieren und diese zu analysieren. Weiterhin dient die Arbeit als Grundlage für Diskussionen und tiefergehende Überlegungen, da seillose Aufzugssysteme noch nicht in der Praxis Anwendung gefunden haben, an Entwicklungs- und Forschungsstellen noch getestet und erprobt werden und Veränderungen sich nicht nur in technischer Hinsicht ändern können, sondern daraus auch Überlegungen und Feststellungen überdacht und verändert werden müssten.
2 Aufzüge
Grundlegende Arten von Aufzügen, deren technische Umsetzung sich etabliert hat, sowie die Definition eines Aufzuges werden im folgenden Kapitel erläutert. Zudem werden die konventionellen Sicherheitseinrichtungen eines seilbetriebenen Aufzugs beschrieben und vorgestellt, um diese in Kapitel 5.4 den neuen Anforderungen durch seillose Ausführungen der Aufzugsanlagen gegenüberzustellen und Anpassungen sowie Veränderungen zu erarbeiten, um den Sicherheitsansprüchen und rechtlichen Forderungen zu entsprechen. Dieses Kapitel schafft somit die Grundlagen für weitere Überlegungen und Analysen innerhalb dieser Arbeit durch den zukünftigen Einsatz seilloser Aufzugsanlagen.
2.1 Definition
Zur grundlegenden Unterscheidung wird der Fachbegriff Aufzug definiert und erläutert, was unter einem Fahrstuhl zu verstehen ist und wo dieser Begriff Anwendung findet und gefunden hat.
2.1.1 Aufzug
Die Aufzugsrichtlinie definiert einen Aufzug wie folgt
„KAPITEL 1
Anwendungsbereich, Inverkehrbringen und freier Warenverkehr
Artikel 1
(2) Im Sinne dieser Richtlinie gilt als „Aufzug“ ein Hebezeug, das zwischen festgelegten Ebenen mittels eines Lastträgers verkehrt, der sich an starren, gegenüber der Horizontalen um mehr als 15° geneigten Führungen entlang fortbewegt und bestimmt ist
- zur Personenbeförderung
- zur Personen- und Güterbeförderung
- nur zur Güterbeförderung, sofern der Lastträger betretbar ist, d. h. wenn eine Person ohne Schwierigkeit in den Lastträger einsteigen kann, und über Steuereinrichtungen verfügt, die im Innern des Lastträgers oder in Reichweite einer dort befindlichen Person angeordnet sind.
Hebeeinrichtungen, die sich nicht an starren Führungen entlang, aber in einer räumlich vollständig festgelegten Bahn bewegen, gelten ebenfalls als Aufzüge im Sinne dieser Richtlinie“ (Aufzugsrichtlinie 2014/33/EU).
2.1.2 Fahrstuhl
Fahrstuhl ist eine umgangssprachliche, aber auch altdeutsche Bezeichnung für einen Aufzug, die aus Zeiten stammt, als die Personen in einem offenen Fahrkorb auf einem Stuhl sitzend aufwärts gezogen oder abwärts gelassen wurden (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 18).
2.2 Aufzugsarten
Aufzüge können nach Anwendungsgebieten unterschieden werden und somit z. B. in Personenaufzüge und Lastenaufzüge klassifiziert werden. Innerhalb dieser Klassifizierung werden im folgenden Kapitel die technischen Arten und Antriebsarten von Aufzugsanlagen vorgestellt und erläutert.
2.2.1 Treibscheibenaufzug
Bei einem Treibscheibenaufzug sind Fahrkorb oder Aufzugskabine genannt, und Gegengewicht über Tragseile miteinander verbunden, welches in Abbildung 1 dargestellt ist (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 75). Hierbei handelt es sich um ein Antriebssystem, bei dem die Kraftübertragung auf der Reibung zwischen den Tragseilen und den Rillen bzw. Einkerbungen der Treibscheibe[2] umgesetzt wird (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 75). Eine angeschlossene Antriebsmaschine, z. B. ein Elektromotor mit oder ohne Getriebe, dreht die Treibscheibe in die jeweilige Richtung, um eine Auf- oder Abwärtsbewegung des Fahrkorbes zu erreichen. Durch eine definierte Rillengeometrie auf der Treibscheibe für die aufgelegten Tragseile wird über die Seilreibung Treibfähigkeit[3] erreicht und der Fahrkorb kann bewegt werden (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 75).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Schema Treibscheibenaufzug (O. V. 2017 a)
Des Weiteren gibt es je nach Anwendungsfall mehrere Möglichkeiten der Seilaufhängung zwischen Fahrkorb und Gegengewicht, um z. B. eine höhere Treibfähigkeit zu erzielen, welche in Abbildung 2 dargestellt sind (vgl. Lenzner/ Böhm 2016: S. 78). Hierzu muss zusätzlich zum Gewinn einer erhöhten Treibfähigkeit bedacht werden, dass durch die zusätzlichen Biegeradien der Tragseile die Haltbarkeit der Tragseile je nach Seilaufhängung reduziert oder erhöht werden kann und zwischen Tragseilhaltbarkeit und Treibfähigkeit je nach Anwendungsfall abgewogen werden muss.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Treibscheibenaufzug Seilaufhängungen (O. V. 2017 a)
Treibscheibenaufzüge bieten zudem gegenüber hydraulisch betriebenen Aufzügen den Vorteil, dass sie z. B. größere Förderhöhen, höhere Fahrtgeschwindigkeiten und eine höhere Förderleistung durch schnelleres Beschleunigen aufweisen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 79).
2.2.2 Hydraulikaufzug
Bei einem Hydraulikaufzug wird die Hubarbeit zum Befördern des Fahrkorbs, durch eine elektrisch angetriebene Pumpe, die Hydrauliköl mit einem am oder unter dem Fahrkorb verbundenen Heber zur Fahrbewegung umgesetzt (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 79). Zudem wird bei einem hydraulisch betriebenen Aufzug unter einem direkt angetriebenen und einem indirekt angetriebenen Hydraulikaufzug unterschieden.
Bei einem direkt angetriebenen Hydraulikaufzug wird der Aufzug durch einen oder mehrere Heber bewegt, die direkt am oder unter dem Fahrkorb oder dessen Rahmen verbunden sind, dargestellt in Abbildung 3 (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 80). Eine Hydraulikleitung liefert das Hydrauliköl, ausgehend von einem Antriebsaggregat, um den Hydraulikzylinder und somit den Fahrkorb nach oben drücken zu können. In Abwärtsbewegung wird durch kontrolliertes Öffnen des Ventils eine Abwärtsfahrt realisiert und somit in diesem Anwendungsfall keine Pumpenfunktion benötigt (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 80).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: direkt hydraulischer Aufzug (O. V. 2017 a)
Die Vorteile direkt angetriebener Hydraulikaufzüge sind z. B. eine hohe Tragfähigkeit und eine beliebige Anordnung des Maschinenraums, wobei diesen hohe Energiekosten durch den Betrieb des Hydraulikaggregats, hohe Motoranschlusswerte und geringe Fahrtgeschwindigkeiten als Nachteil gegenüber stehen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 81). Des Weiteren ist die Förderhöhe begrenzt, denn bei einem direkten Heber muss dieser die volle Hubhöhe unterhalb der untersten Haltestelle in der Regel, je nach Anwendung im Gebäude, unter der Erdoberfläche angeordnet werden, welches aus Abbildung 3 hervorgeht. Dies stellt in Wasserschutzgebieten und hochwassergefährdeten Gebieten durch den möglichen Austritt von Hydrauliköl ein erhöhtes Risiko dar (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 81).
Bei einem indirekt angetriebenen Hydraulikaufzug, bei dem der Heber nicht direkt am Fahrkorb angeschlossen ist, erfolgt die Hubarbeit durch eine Umlenkrolle am Heber und der zwischen Fahrkorb und Schachtboden befestigten Tragseile, dargestellt in Abbildung 4 (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 81). Somit ergibt sich bei der Umsetzung von Weg und Geschwindigkeiten ein Vorteil, wie z. B. bei einem Verhältnis von 1:2, bei dem der Heber einen Meter und der Fahrkorb zwei Meter zurücklegt (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 81).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: indirekt hydraulischer Aufzug (O. V. 2017 a)
Somit wird erreicht, dass bei einer festgelegten Förderhöhe für den Hydraulikkolben nur die Hälfte erforderlich ist und die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrkorbs sich verdoppelt. Die Ausführung der Hebeeinrichtung kann beidseitig oder einseitig am Fahrkorb umgesetzt werden.
Der Vorteil gegenüber einem direkt angetriebenen Hydraulikaufzug besteht hinsichtlich der größeren Förderhöhe, die realisiert werden kann. Nachteile sind bei dieser technischen Ausführung vergleichbar mit direkt angetrieben Hydraulikaufzügen und zusätzlich einer stärkeren Einfederung beim Be- und Entladen von Lasten in oberen Haltestellen durch das Längen der Tragseile in einem gewissen Toleranzbereich, (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 82).
2.2.3 Sonderausführungen
Als Sonderausführungen werden Zahnstangenaufzüge, Spindelaufzüge, Kettenaufzüge und Paternoster eingeordnet.
Zahnstangenaufzüge finden Anwendung als Bauaufzüge, deren großer Vorteil darin besteht, dass die Zahnstange, die die Förderhöhe bestimmt, als Tragmittel verlängert werden kann und somit der Aufzug parallel zum Baufortschritt seine Förderhohe anpassen kann (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 87). Durch ein Ritzel, das in die Zahnstange greift, kann der daran befestigte Fahrkorb über eine Auf- oder Abwärtsbewegung der Antriebswelle den Fahrkorb in die beliebige Richtung bewegen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 87).
Bei einem Kettenaufzug ist das Tragseil, vergleichsweise mit einem Treibscheibenaufzug, in diesem Anwendungsfall durch eine umlaufende Kette ersetzt und in der Schachtgrube und im Maschinenraum durch Zahnräder für eine Auf- und Abwärtsbewegung durch die sich ergebene Drehrichtung des Motors realisiert (vgl. Unger 2015: S. 79). Einsatzgebiete finden sich bei älteren Lastenaufzügen, mittlerweile wird diese Art technischer Umsetzung jedoch nicht mehr gebaut (vgl. Unger 2015: S. 79).
Bei einem Spindelaufzug wird durch eine senkrecht hängende oder stehende Spindel, an welche über eine Spindelmutter der Fahrkorb angeschlossen ist und die direkt von einem Getriebe angetrieben wird, eine Auf- oder Abwärtsbewegung des Fahrkorbs realisiert (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 87). Diese Antriebsart wird durch Ihre maximal begrenzte Förderhöhe von 12 m und eine maximale Geschwindigkeit von 0,6 m/s bei Homelifts und Behindertenaufzügen eingesetzt (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 87).
Bei einem Paternoster oder Paternoster-Umlaufaufzug sind die Fahrkörbe an zwei Ketten aufgehängt, die kontinuierlich in eine Richtung bewegt werden, um somit immer in jedem Stockwerk eine Aufzugskabine für die Aufwärts- und Abwärtsfahrtfahrt zur Verfügung zu stellen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 48). Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 5 dargestellt. Die Antriebsmaschine befindet sich zusammen mit der Überfahrt, bei der die Aufzugskabine die Fahrrichtung wechselt im obersten Geschoss (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 49). Die Fahrkörbe sind nach vorne hin geöffnet und haben keine Fahrkorbabschlusstür, welches ein erhöhtes Sicherheitsrisiko darstellt und daher seit 1974 in Deutschland nicht mehr installiert und in Verkehr gebracht werden darf (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 49). Jedoch können weiterhin bereits bestehende Paternoster unter der Voraussetzung, dass diese ausschließlich für einen eingeschränkten und eingewiesenen Nutzerkreis, der auf die Gefahren durch die Nutzung hingewiesen wurde, betrieben werden (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 49).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Funktionsprinzip Paternoster (Kuschnik 2015)
2.2.4 Maschinenraumloser Aufzug
Seit 1996 haben sich erstmals Aufzugsanlagen ohne Maschinenraum am Markt etabliert, bei denen die Antriebseinheit im Schachtkopf[4] mittels Querträgern platziert ist und die Steuerungselektronik in der obersten Haltestelle außerhalb des Fahrschachtes installiert ist (vgl. Unger 2015: S. 38). Exemplarisch dargestellt in Abbildung 6 und 7. Ein Vorteil dieser technischen Ausführung ist, dass ein Maschinenraum oberhalb des Fahrschachtes nicht mehr notwendig ist. Es entsteht bei der Bauplanung die Möglichkeit der freieren Gestaltung der Gebäude, wenn von einem Maschinenraum direkt über dem Fahrschacht abgesehen werden kann (vgl. Unger 2015: S. 38). Des Weiteren können somit die Baukosten minimiert werden und die neu gewonnene Fläche anderweitig genutzt und z. B. vermietet oder das Gebäude ab der Ebene der obersten Haltestelle abgeschlossen werden, ohne eine höher liegende Ebene erschließen zu müssen. Ein Anfahren der obersten Haltestelle ist somit möglich, ohne die Gebäudehöhe zu verändern.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Antrieb maschinenraumloser Aufzug (O. V. 2017 b)
Einen maschinenraumlosen Aufzug zu realisieren, ist nicht nur als Treibscheibenaufzug möglich, wie in Abbildung 7, sondern kann auch bei einem Hydraulikaufzug, bei dem ein Kompaktaggregat neben dem Schacht, hinter dem Schacht oder in der Schachtwand verbaut wird, erfolgen (vgl. Unger 2015: S. 38).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7: Steuerungsportal maschinenraumloser Aufzug (O. V. 2017 b)
2.3 Sicherheitseinrichtungen
Tritt an einem Aufzug ein Fehlerfall auf, so gewährleisten Sicherheitseinrichtungen die Sicherheit der Anlage und der Insassen und bringen je nach Fehlerfall den Aufzug zum Stehen und sperren ihn für die Weiterfahrt. Sicherheitseinrichtungen am Aufzug unterscheiden sich grundsätzlich in elektrische und mechanische Sicherheitseinrichtungen. Alle Sicherheitsbauteile an einem Aufzug müssen vor dem Einbau und deren Verwendung durch eine Baumusterprüfung zertifiziert worden sein, um verwendet werden zu dürfen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 191). Im folgenden Unterkapitel sind die Sicherheitseinrichtungen eines Aufzugs, die durch eine Baumusterprüfung und Konformitätserklärung, genauer in Kapitel 6.1.6 vorgestellt, das Sicherheitsniveau der harmonisierten Gesetze, Normen und Verordnungen, bestätigen, aufgeführt und erläutert. Zudem würden seillose Aufzugssysteme seilbetriebe Anlagen revolutionieren und bisher bestehende Sicherheitseinrichtungen müssten an diese neue Antriebsart angepasst und weiterentwickelt werden. Daher werden ausschließlich Sicherheitseinrichtungen seilbetriebener Aufzugsanlagen betrachtet, weil diese in den entsprechenden Normen und Verordnungen definiert und beschrieben sind.
2.3.1 Geschwindigkeitsbegrenzer / Fangvorrichtung / UCM
Der Geschwindigkeitsbegrenzer ist eine sich drehende Seilscheibe im Maschinenraum oberhalb des Fahrschachtes und eine sich ebenfalls drehende Seilscheibe am Boden des Fahrschachtes als Gegenstück, auf dem ein Stahlseil angebracht ist, das sich bei Fahrtbewegungen des Fahrkorbes mit bewegt (vgl. Unger 2015: S. 124). An einem Punkt wird das Stahlseil am Fahrkorb an einem mechanischen Auslösegestänge der Fangvorrichtung angebracht. Der Geschwindigkeitsbegrenzer funktioniert nach dem Prinzip des Fliehkraftreglers, der bei Übergeschwindigkeit oder bei Bruch der Tragmittel, die Seilscheibe und somit auch das darüber laufende Stahlseil blockiert (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 196). Dadurch, dass sich der Fahrkorb weiter bewegt, wirkt durch das blockierte Stahlseil eine Kraft auf die sich am Fahrkorb befindende Fangvorrichtung. Die Fangvorrichtung ist hingegen eine direkt am Fahrkorb angebrachte, mechanische Vorrichtung, die dazu dient, den Fahrkorb an den Führungsschienen, an denen der Fahrkorb über Gleit- oder Rollenführungen geführt wird, abzubremsen und festzuhalten (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 193). Hierfür werden einseitig oder beidseitig wirkende Ausführungen realisiert, die an zwei Punkten des Fahrkorbs an den Führungsschienen angebracht sind und beim Auslösen des Geschwindigkeitsbegrenzers die Bremsbacken auf das Schienenprofil pressen, um den Fahrkorb abzubremsen (vgl. Unger 2015: S. 127).
In Abbildung 8 ist das Zusammenwirken von Geschwindigkeitsbegrenzer und Fangvorrichtung dargestellt. Nachdem der Geschwindigkeitsbegrenzer ausgelöst hat und das Stahlseil festgesetzt wurde, zieht es die Fangbacken- bzw. Bremsbacken der Fangvorrichtung, die sich am Fahrkorb befinden, in die Führungsschienen, in der Grafik transparent dargestellt, und bremsen den Fahrkorb, bis er komplett am Schienenprofil festgesetzt ist, ab. Der Fahrkorb ist somit mechanisch innerhalb des Fahrschachtes festgesetzt und kann ohne den Eingriff von Fachpersonal nicht mehr verfahren werden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 8: Geschwindigkeitsbegrenzer und Fangvorrichtung (Wittur O. J.)
Zudem wird über den Geschwindigkeitsbegrenzer und die Fangvorrichtung, unabhängig von der Übergeschwindigkeit und dem Bruch der Tragseile, noch eine weitere Sicherheitsfunktion realisiert. Die UCM ist eine Schutzeinrichtung gegen das unbeabsichtigte Bewegen des Fahrkorbes aus der Haltestelle heraus bei nicht verriegelten Schachttüren[5] und geöffneten Fahrkorbtüren[6] (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 200). Diese unbeabsichtigte Fahrbewegung kann durch mehrere Fehlerfälle im Antriebssystem, sowohl durch den elektrischen als auch den mechanischen Teil der Antriebssteuerung, hervorgerufen werden (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 200). Die Funktionsweise der UCM ist in Abbildung 9 dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 9: UCM-Konzept bei Treibscheibenaufzügen (Lenzner/Böhm 2016: S. 201)
Über eine Zonenüberwachung in der Haltestelle werden Abweichungen der Bündigkeit des Fahrkorbes in der UCM-Schaltung registriert, die im Fehlerfall eine Sperrklinge am Geschwindigkeitsbegrenzer auslöst, um somit den Fahrkorb über die Fangvorrichtung an der Führungsschiene festzusetzen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 201). Des Weiteren kann die UCM über eine Geschwindigkeitsüberwachung in der Steuerung stattfinden, indem bei einer Geschwindigkeit, in der Haltestelle, von über 0,2 m/s die Aufzugsanlage stillgesetzt wird (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 200).
2.3.2 Aufzugspuffer
Aufzugspuffer sind am Ende der Fahrstrecke vom Fahrkorb und vom Gegengewicht in der Schachtgrube[7] montiert, um im Fehlerfall den Fahrkorb oder das Gegengewicht bei einem bevorstehenden Aufprall gezielt zu verzögern (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 198). Zudem können Aufzugspuffer auf Stahl- oder Betonsockeln, auf dem Boden der Schachtgrube oder an der Unterseite des Fahrkorbs oder des Gegengewichts mitfahrend montiert sein (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 198). In Abbildung 10 ist eine Prinzipskizze dargestellt, bei der der Aufzugspuffer unterhalb des Fahrkorbs auf einem Sockel montiert ist.
Unterschieden werden können Aufzugspuffer in energiespeichernde und energieverzehrende Ausführungen. Als energiespeichernde Aufzugspuffer werden Federpuffer bezeichnet, die beim Auffahren des Fahrkorbs oder des Gegengewichtes zusammengedrückt werden und sich danach wieder in Ursprungslänge ausdehnen (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 199). Diese werden für Geschwindigkeiten unter 1 m/s eingesetzt und werden aus Kunststoff hergestellt (vgl. Unger 2015: S. 46). Als energieverzehrende Aufzugspuffer werden z. B. Ölpuffer eingesetzt, bei denen beim Auffahren Öl durch Bohrungen gedrückt wird, die auftreffende Energie somit in Wärme umgewandelt wird und sich im Anschluss mittels einer Feder wieder in seine Ursprungslänge nach oben drückt (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 199). Diese Ölpuffer können unabhängig von der jeweiligen Nenngeschwindigkeit des Fahrkorbs über 1 m/s eingesetzt werden (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 46 f.).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 10: Prinzipskizze Aufzugspuffer [eigene Darstellung]
2.3.3 Betriebsbremse
Die Betriebsbreme, die bei Treibscheibenaufzügen Anwendung findet, befindet sich direkt am Antrieb und muss den Fahrkorb bei einem Spannungsausfall selbstständig bremsen und verzögern können. Dies geschieht durch die Reibung zwischen der Treibscheibe und den Bremsbacken (vgl. Unger 2015: S. 135). Die mechanischen Komponenten, in dem Fall die Bremsbacken der Betriebsbremse, müssen doppelt verbaut sein. Bei einem Ausfall einer Bremsbacke muss die eine noch aktive Bremsbacke den mit bis zu 1,25-facher Nennlast[8] beladenen Fahrkorb bei Nenngeschwindigkeit[9] verzögern können, sodass bei einem Ausfall einer mechanischen Komponente die Bremswirkung erhalten bleibt (vgl. Scheffler, Feyrer und Matthias 1998, S. 279).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 11: Aufbau Betriebsbremse (Elevator Equipment 2017)
Die sich an der Treibscheibe befindenden Bremsbacken werden während der Fahrt des Fahrkorbs durch elektrische Energiezufuhr geöffnet und im spannungslosen Zustand, wie z. B. während der Haltezeit des Fahrkorbs in der Haltestelle, durch Federkraft an die Treibscheibe gepresst. Das Öffnen der Bremse, um die Treibescheibe für die Fahrt zwischen den Haltestellen freizugeben, wird über Gleichstrommagnete realisiert (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 212). Ein exemplarischer Aufbau einer Betriebsbremse ist in Abbildung 11 dargestellt. Die Betriebsbremse dient somit als Haltebremse und greift nur im Notfall zum mechanischen Abbremsen des Fahrkorbs ein.
2.3.4 Notrufeinrichtung
Werden Nutzer während des Aufenthaltes in einer Aufzugskabine aufgrund eines Fehlerfalls der Anlage eingeschlossen, dient die Notrufeinrichtung zur Meldung des Einschlusses, um eine Befreiungsmaßnahme einzuleiten. Ein Prinzipschaltbild mit dem grundsätzlichen Funktionsablauf ist in Abbildung 12 dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 12: Schema Notrufsystem (DIN EN 81-28 Anhang A 2003) [eigene Darstellung]
Nach der Auslösung eines Notrufes sendet die Notrufeinrichtung ein Signal an eine Übertragungseinrichtung, welche über ein Kommunikationsnetz eine Verbindung zu einer Notrufzentrale herstellt (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 213). Nach dem Verbindungsaufbau kann die Kommunikation mit der eingeschlossenen Person im Fahrkorb stattfinden. Die Notrufzentrale muss in der gesamten Betriebszeit der zu überwachenden Aufzugsanlagen ständig besetzt sein (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 213).
2.3.5 Türverriegelungen
Schachttüren sowie Kabinenabschlusstüren werden je nach Bauart durch mechanische Türverriegelungen und elektrische Kontakte ausgeführt und überwacht, um die Sicherheit der Aufzugsnutzer zu gewährleisten (vgl. Unger 2015: S. 106). In Abbildung 13 ist exemplarisch die elektronische Überwachung einer Kabinenabschlusstür dargestellt. Bei einer Unterbrechung des Kontaktes wird der Fahrkorb in seiner sich derzeit befindenden Position gestoppt, um Verletzungen der Nutzer durch die vorbeifahrende Schachtwand zu verhindern.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 13: Überwachung Kabinenabschlusstür [eigene Darstellung]
Schachttüren, die sich in allen Haltestellen des Fahrschachtes befinden, werden zusätzlich zur elektronischen Überwachung durch eine mechanische Verriegelung abgesichert. Diese Überwachung und Verriegelung dient zur Absturzsicherung, falls sich der Fahrkorb nicht in der betrachteten Haltestelle befinden sollte. Eine mechanische Verriegelung mit elektronischer Überwachung ist in Abbildung 14 exemplarisch dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 14: Verriegelung Schachttür [eigene Darstellung]
2.3.6 Elektrischer Sicherheitsstromkreis
Unter dem elektrischen Sicherheitsstromkreis versteht man die Reihenschaltung der Sicherheitseinrichtungen, die den Aufzug in einem Fehlerfall sperren und außer Betrieb nehmen, gemäß DIN EN 81-20 Anhang A (vgl. Lenzner/Böhm 2016: S. 202). In Abbildung 15 ist exemplarisch ein Schema eines Sicherheitsstromkreises der Firma Kollmorgan dargestellt. Somit werden die in diesem Kapitel die vorher benannten Sicherheitseinrichtungen zusätzlich zu deren, wenn umgesetzt, mechanischen Funktionen durch elektronische Kontakte überwacht und innerhalb dieses elektronischen Sicherheitsstromkreises überdies abgefragt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 15: Schema Sicherheitsstromkreis (TÜV Rheinland 2017)
[...]
[1] Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird auf die gleichzeitige Verwendung männlicher und weiblicher Sprachformen verzichtet. Sämtliche Personenbezeichnungen gelten gleichwohl für beiderlei Geschlecht.
[2] Treibscheibe (Antriebsrad): Seilträger einer Antriebsmaschine.
[3] Treibfähigkeit: Erhöhung der übertragbaren Umfangskraft. Reibung zwischen Tragmittel (Seil) und der Treibscheibe.
[4] Schachtkopf: Sicherheitsraum und oberer Abschluss des Fahrschachtes eines Aufzugs.
[5] Schachttüren: Schachttüren verriegeln den Fahrschacht der Aufzugsanlage und dienen als Absturzsicherung für Benutzer, die sich in der Haltestelle im Aufzugsvorraum aufhalten.
[6] Fahrkorbtüren: Fahrkorbabschlusstüren dienen als Absturzsicherung und zum Schutz Nutzer vor Berührungen mit der vorbeifahrenden Fahrschachtwand.
[7] Schachtgrube: Schutzraum unterhalb der untersten Haltestelle.
[8] Nennlast: maximal zulässige Traglast eines Aufzugs.
[9] Nenngeschwindigkeit: Geschwindigkeit, für die der Aufzug ausgelegt ist.
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