Geschichte der Aufzugstechnik. Kurzübersicht Systeme. Komponenten / Sicherheitstechnik. ThyssenKrupp Aufzugswerke

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1 Personensicherheit Sicherheitstechnik im Aufzugsbau Vortrag im Rahmen des GÖPPINGER TECHNIKFORUM Dipl.-Ing. Holger Zerelles, Leiter Entwicklung High Rise and Safeties bei ThyssenKrupp Elevator Innovation GmbH Geschichte der Aufzugstechnik Kurzübersicht Systeme Komponenten / Sicherheitstechnik 1

2 Geschichte Entwicklung des Aufzugs 236 v.chr. 80 v.chr. Erster Aufzug gebaut von Archimedes Hubvorrichtung durch Menschen oder Tieren betrieben 1405 Aufzugsentwurf von Konrad Keyser 2

3 Geschichte Entwicklung des Aufzugs 1853 Maßgeblicher Durchbruch Elisha Otis erfindet den absturzsicheren Aufzug Einführung des Aufzugs in Europa: Vorstellung des ersten Hydraulikaufzugs auf der Weltausstellung in Paris Werner von Siemens präsentiert den ersten elektrischen Aufzug in Mannheim 3

4 Systeme Einteilungsmerkmale Einteilung Art des Antriebs Triebwerksraum TWR hydraulisch elektrisch Mit Triebwerksraum Ohne Triebwerksraum sonstige 4

5 Systeme Sonstige Antriebsarten Reibrad Spindeltrieb z.b. Homelifts Trommelantrieb z.b. Kleingüteraufzüge, Homelifts Pneumatischer Heber, Prinzip Luftpumpe Homelifts, sehr selten Stützketten Bühenrtechnik Linearmotor 5

6 Systeme Der Hydraulikaufzug Aufwärtsbewegung Pumpe fördert Drucköl in den Zylinder Abwärtsbewegung Drucköl strömt über Bypassventil in den Tank Zylinderbauart Meist Plungerzylinder 6

7 Systeme Der Treibscheibenaufzug Elektrischer Antrieb über Treibscheibe und Tragseile Fahrkorb in Fangrahmen Gegengewicht Aufhängung 1:1 oder 2:1 in seltenen Fällen 3:1 oder 4:1 7

8 Systeme Aufhängungen Aufhängung 1:1 Aufhängung 2:1 Anwendung Anlagen mit Getriebeantrieb Anlagen mit getriebelosem Antrieb und Nenngeschwindigkeiten > 4 m/s Förderhöhen ab ca. 100 m. Anwendung Anlagen mit getriebelosem Antrieb und Nenngeschwindigkeiten bis 4 m/s Anlagen mit Getriebeantrieb und Lasten, die z. B. die max. Wellenbelastung der Maschine bei 1:1-Aufhängung überschreiten 8

9 Systeme Paternosteraufzug Mehrkabinensystem mit offenen umlaufenden Kabinen Erste Installation 1876 in London für den Transport von Paketen Darf heute in Deutschland nur noch mit Sondergenehmigung betrieben werden. 9

10 Systeme Treibscheibenaufzug ohne TWR Maschinenraumlose Systeme Antrieb und Antriebsregelung im Schachtkopf in der Schachtgrube zwischen Fahrkorb und Schachtwand Steuerung teilweise im Schacht von Außen bedienbar 10

11 Komponenten Antriebe für elektrisch betriebene Personenaufzüge mit Getriebe Schneckengetriebe Planetengetriebe Riemengetriebe Anwendung überwiegend bei kleinen bis mittleren Geschwindigkeiten geringen Förderhöhen Lastenaufzügen 11

12 Komponenten Antriebe für elektrisch betriebene Personenaufzüge ohne Getriebe Ausführung als Innenläufer Außenläufer Elektrische Ausführung Drehstrom synchron Drehstrom asychron 12

13 13 Komponenten Tragmittel Seile Stahlseile mit Stahloder Kunstfaserseele. Kunststoffseile Aramid Riemen Zugelemente aus Stahl Hülle aus Polyurethan Stahlseil mit Stahlseele Stahlseil mit Kunstfaserseele Riemen mit Zugelementen aus Aramid Riemen mit Zugelementen aus Stahl Aramidseil

14 Komponenten Kraftübertragung von der Treibscheibe auf die Tragmittel Keilrille Halbrundrille Sitzrille α Seile laufen in Seilrillen über die Treibscheibe Keilrille Halbrundrille, Sitzrille Kraftübertragung über Reibung Treibfähigkeitsformel nach Eytelwein T 2 T 1 Treibscheibe Gegengewicht Fahrkorb f Reibwert zwischen Seil und Treibscheibe f = f Rillenform, Geschwindigkeit, Werkstoff, Betriebszustand α Umschlingungswinkel der Seile auf der Treibscheibe T 1, T 2 Seilkräfte 14

15 Komponenten Führungsschienen und Führungen Führungsschienen für Fahrkorb und Gegengewicht spezielle T-Profile Maße und Eigenschaften festgelegt in DIN ISO 7465 Führungen für Fahrkorb und Gegengewicht Gleitführungen geölt trocken laufend Rollenführungen starr gefedert und gedämpft 15

16 Sicherheitstechnik im Aufzugsbau Normen und Gesetze Europäische Richtlinien und Normen Aufzugsrichtlinie 95/16EG EN81-1 und EN81-2 Wichtige Normen für andere Gebiete China: GB7588 USA: ASME A17 Russland: Pubel 16

17 Sicherheitstechnik im Aufzugsbau Baumustergeprüfte Komponenten Sicherheitseinrichtungen nach Aufzugsnorm Puffer Verriegelungen für Schachttüren Fangvorrichtung Geschwindigkeitsbegrenzer Sicherheitsschaltungen mit elektronischen Bauelementen Schutzeinrichtung für den aufwärts fahrenden Fahrkorb gegen Übergeschwindigkeit Schutzeinrichtung gegen unbeabsichtigte Bewegungen des Fahrkorbs 17

18 Sicherheitstechnik: Puffer Puffer für Fahrkorb und Gegengewicht Vorgeschrieben am unteren Ende der Fahrbahn von Fahrkorb und Gegengewicht. Art der Puffer von der Nenngeschwindigkeit abhängig Nenngeschwindigkeit 1,6 m/s Energiespeichernde Puffer Polyurethanpuffer, Federpuffer Nenngeschwindigkeit > 1,6 m/s Energieverzehrende Puffer Ölpuffer. 18

19 Sicherheitstechnik: Aufzugstüren - Verriegelung Aufzugstüren Jeder Aufzug hat mindestens zwei Schachtabschlusstüren mindestens eine Fahrkorbtür Die Fahrkorbtür bewegt die ihr zugeordnete Schachttür die Schachttür hat keinen eigenen Antrieb 19

20 Sicherheitstechnik: Aufzugstüren - Verriegelung Aufzugstüren Anfroderungen entsprechend den Normen Türverriegelung Umsteuereinrichtung in Kombination mit z.b. Lichtgitter Drehmomentbegrenzung 20

21 Sicherheitstechnik: Aufzugstüren Aufzugstüren Türblätter Pendelschlagtest nach EN 81-1 Annex J keine zerstörung der Türblätter Keine Risse Keine Löcher Kein Verlassen der Führungen Keine permanente deformation der Führungen 21

22 Sicherheitstechnik: Absturzverhinderung 22

23 Sicherheitstechnik: Fangvorrichtung Fangvorrichtung bremst nach Auslösung durch den Geschwindigkeitsbegrenzer den Fahrkorb an den Schienen ab Einsatz bei Abriss aller Tragseile Übergeschwindigkeit nach oben und unten 23

24 Sicherheitstechnik im Aufzugsbau Baumustergeprüfte Komponenten Baumusterprüfbescheinigung 24

25 Sicherheitstechnik: Geschwindigkeitsbegrenzer Löst bei Erreichen der Übergeschwindigkeit die Fangvorrichtungen aus 25

26 Sicherheitstechnik Schutzeinrichtung gegen unbeabsichtigte Bewegungen des Fahrkorbs Sicherheitskomponenten im Zusammenspiel mit Sensorik und Aktorik 26

27 Personensicherheit Sicherheitstechnik im Aufzugsbau Vortrag im Rahmen des GÖPPINGER TECHNIKFORUM Dipl.-Ing. Jörg Müller, Leiter Major Project Consulting ThyssenKrupp Aufzugswerke GmbH Anwendungsbeispiele in Hochhäusern Systemvergleiche TWIN eine besondere Technik 27

28 Vertikaler Transport in hohen Gebäuden Die Problematik Commerzbank Frankfurt 30 Aufzüge Jin Mao Building Shanghai 130 Aufzüge World Financial Center Shanghai 96 Aufzüge Financial Center Taipei 63 Aufzüge 28

29 Vertikaler Transport in hohen Gebäuden Die Problematik Gebäudekern [m 2 ] Die erforderliche Grundfläche für die Anordnung der Aufzüge nimmt bei immer höher wachsenden Gebäuden enorm zu! Grundfläche Aufzugsschächte Das Gebäude wird bezüglich der Raumnutzung immer uneffizienter. Zunehmende Verluste von nutzbarer Fläche. Gebäudehöhe 29

30 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen Paternoster TWIN Doppel-Decker (Keine Zulassung mehr!) 30

31 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen Doppeldecker Konventionelle Aufzugsgruppe 2 Transferebenen Zur Flächenoptimierung des Gebäudekerns können Doppelkabinen-Systeme das Bauvolumen deutlich reduzieren. Vorteil für den Bauherrn: Die nutzbare Geschossfläche wird vergrößert Mehr vermietbare Fläche steht zur Verfügung Effizienzsteigerung Doppeldecker als Expressaufzug Doppeldecker als Verteilaufzug 2 Eingangsebenen 31

32 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen Doppeldecker Vorteile: Erhöhung der Förderkapazität bei gleichbleibendem Flächenbedarf Effizienzerhöhung während des Füllverkehrs bei doppelter Lade- und Förderkapazität. Schnelle Beförderung ohne Zwischenhalte Als Express Aufzüge/Shuttles zur Bedienung von Transferebenen Nachteile: Transfer erforderlich Konstanter Haltestellenabstand unabdingbar Keine Flexibilität aufgrund der fest verbundenen Doppelkabinen Bewegung großer Massen auch bei geringem Verkehrsaufkommen Irritation der Passagiere durch ungleiche Belade- und Entladesequenzen beider Kabinen 32

33 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen TWIN 1907 Obere Kabine als Treibscheibenaufzug, untere Kabine als Trommelaufzug 1931 Ein Gegengewicht für zwei Treibscheibenaufzüge 33

34 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen TWIN Vorteile: Flächeneinsparung durch Reduzierung der Anzahl der Schächte durch TWIN Hohe Flexibilität durch unabhängig operierende Kabinen insbesondere bei unterschiedlichen Stockwerksabständen und bei Stock-Stock-Verkehr. Verwendung kleinerer Aufzugskomponenten (im Vergleich zum Doppeldecker) Dadurch auch erhebliche Energieeinsparung 34

35 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen TWIN Zusammenführen von Nah- und Ferngruppen. Reduzierung der Schachtanzahl um bis zu 50 % 2 Entrance Levels 35

36 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen TWIN Nahgruppe + Ferngruppe Nahgruppe + Ferngruppe + DD-Shuttle High Rise TWIN (6,0 m/s, 4,0 m/s) High Rise TWIN (4,0 m/s, 2,5 m/s) Low Rise TWIN (4,0 m/s, 2,5 m/s) Low Rise TWIN (4,0 m/s, 2,5 m/s) Express Shuttle DD (6,0 m/s) 36

37 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen Vor- und Nachteile Situation: Verteilung der Passagiere innerhalb der Verkehrszonen durch flexiblen TWIN Expressverkehr zu den Transferebenen/ Skylobbies durch Doppeldecker. Vorteile: Kompakte Schachtanordnung Direkter Transfer der Passagiere - von der unteren Doppeldeckerkabine zur unteren TWIN -Kabine - von der oberen Doppeldeckerkabine zur unteren TWIN -Kabine Nachteile: Umstieg per Transferebene/Skylobby erforderlich TWIN als Verteilaufzug 2 Transferebenen Doppeldecker als Expressaufzug TWIN als Verteilaufzug 2 Eingangsebenen 37

38 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen Energieeffizienz -27,1% -22,4% Comparision of system with 2 independent cars (TWIN ) versus Double Decker with same traffic demand and similar quality of service. VDI 4707 Rating both systems Energy Efficiency Class A 38

39 Konzepte mit Mehrfach-Kabinensystemen Energieeffizienz 6 x HIGH RISE TWIN Max. Electrical Loads [kw] 6x Double Decker HIGH RISE kw kw 1600kg / 7m/s / 7m/s 2x1600kg / 8m/s 39

40 TWIN. Das Sicherheitskonzept - die vierstufige Sicherheitskette. Stufe 1: Abstandsrelevante Erteilung von Fahrbefehlen Die Fahrbefehle werden über die Zielauswahlsteuerung so erteilt, dass sich die Kabinen nicht gegenseitig behindern und stets ein Mindestabstand verbleibt. Stufe 2: Überwachung von Mindestabständen Stufe 3: Nothalt Bei Annäherung der Kabinen zueinander wird die Geschwindigkeit so weit reduziert, dass ein betriebsmäßiger Halt jederzeit möglich ist, ohne den geforderten Sicherheitsabstand zu unterschreiten. Die Antriebe werden gestoppt und die Betriebsbremsen aktiviert. Stufe 4: Auslösen der Fangvorrichtung Tritt keine ausreichende Verzögerung ein, werden die Fangvorrichtungen beider Kabinen zwangsweise eingerückt. Eine Berührung der Kabinen ist ausgeschlossen 40

41 TWIN. Das Sicherheitskonzept zur Abstandswahrung. Sicherheitsstufe 1 Die Zielrufe werden bereits vor Betreten der Kabine eingegeben Zielauswahlsteuerung DSC. Die Verteilung der Zielrufe erfolgt so, dass sich die beiden Kabinen gegenseitig nicht behindern. Dem Benutzer wird nach Eingabe des Fahrtziels angezeigt, welchen Aufzug er benutzen soll. Die Fahrt zum gewünschten Ziel erfolgt dann ohne weitere Eingabe in der Kabine. 41

42 TWIN. Das Sicherheitskonzept zur Abstandswahrung. Sicherheitsstufe 2 Steuerungseitige Überwachungsmaßnahmen in der Kommunikationssoftware zwischen den beiden Aufzugssteuerungen. Beide Aufzugssteuerungen kennen die Standorte, Fahrtrichtungen, Geschwindigkeiten beider Kabinen. Wird ein bestimmter Mindestabstand der beiden Kabinen zueinander unterschritten, so erfolgt eine Zwangsverzögerung in die nächste Haltestelle. Der Mindestabstand ist geschwindigkeitsabhängig, d.h. bei höheren Geschwindigkeiten ist der Mindestabstand größer. Mindest. 42

43 TWIN. Das Sicherheitskonzept zur Abstandswahrung. Sicherheitsstufe 3+4 Sicherheitsstufe wird von einem unabhängigen Steuerungssystem der höchsten Sicherheitskategorie mit einem Safety Integrity Level 3 SIL3 übernommen. Solche Systeme werden für Sicherheitstechniken wie -fly by wire Airbus, Boeing Bahnsysteme - Chemieanlagen verwendet. Erstmals auch bei Aufzügen von TKE. Maintriangel Frankfurt a.m. 43

44 TWIN. Zertifizierung des Sicherheitskonzepts Weiterentwicklung des Sicherheitssystems, Stufen 3 und 4 Elektronisches Steuerungssystem nach IEC/EN April 2006 TÜV-Abnahme des neuen Sicherheitssystems 44

45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 45