Innovative Technologien für mehr Sicherheit auf Rolltreppen

Ihr Autor geht detailliert auf diese Technologien und ihre Funktionsweise ein.

Dieses Papier wurde erstmals auf dem 15. Lift & Escalator Technologies Symposium im September 2024 vorgestellt und veröffentlicht unter Die Aufzugs- und Rolltreppenbibliothek.

Stichwort: Rolltreppe, Unfälle, Stürze, Einklemmungen, Technologien

Abstract

Neue Technologien wie Frequenzumrichter können die Sicherheit der Fahrgast auf Rolltreppen erheblich verbessern. Diese Technologien und ihre Funktionsweise werden erläutert.

Darüber hinaus werden vorhandene Geräte und Verfahren untersucht, die im ASME-Code A17.1, jedoch nicht in BS EN 115 gefordert werden und die die Häufigkeit von Einklemmungen sowie die Schwere der durch Einklemmungen verursachten Schäden erheblich reduzieren können.

1. Einleitung

Auf Rolltreppen kommt es häufig zu Unfällen.[1] Häufig führen diese Unfälle dazu, dass Passagiere verletzt werden. Während die meisten Verletzungen geringfügig sind, kommt es auch zu schweren Verletzungen. Manche Verletzungen verändern das Leben und führen manchmal zum Tod.

Die Mehrzahl der Unfälle lässt sich in zwei allgemeine Kategorien einteilen:^:[1]

1. Stürze
2. Einschlüsse

Diese beiden Kategorien werden erläutert und es wird erläutert, wie sich sowohl die Eintrittswahrscheinlichkeit als auch die Schwere der Schäden dieser beiden Kategorien durch den Einsatz neuer Technologien deutlich reduzieren lassen.

2. Unfallarten

2.1 Fälle

Stürze ereignen sich am häufigsten beim Betreten einer Rolltreppe. Der Übergang vom Gehen zum Stehen auf einer Rolltreppenstufe kann insbesondere für ältere Passagiere schwierig sein.^[2].

Stürze können auch auftreten, wenn die Stufen von einer ebenen in eine geneigte Stufe übergehen. Bei diesem Übergang können Passagiere, deren Füße auf mehr als einer Stufe stehen, stürzen. Wenn ein Passagier Gepäck transportiert, kann zudem das Verschieben des Gepäcks zu Stürzen führen. An Orten, an denen Passagiere regelmäßig ihr Gepäck auf die Rolltreppe mitnehmen, wie z. B. Flughäfen oder Transitzentren, sind Gepäckstücke die Hauptursache für Stürze auf Rolltreppen.^[1].

Die meisten Rolltreppenstürze betreffen Passagiere über 65 Jahre.^[2]. Dies wird auf eine Verringerung der kognitiven Fähigkeiten zurückgeführt.^[2].

Die Mehrzahl der Unfälle mit Rolltreppen an Flughäfen betrifft Frauen. Das macht ältere Frauen zu einer Risikogruppe.^[1].

2.2 Einklemmungen

Es gibt viele Arten von Einschlüssen, zum Beispiel:

• Keine Verletzung. Eine Einklemmgefahr ohne Verletzung besteht beispielsweise darin, dass ein Schnürsenkel oder ein anderes Kleidungsstück hängen bleibt.
• Leichte Verletzung. Bei einer leichten Verletzung handelt es sich normalerweise um das Einklemmen eines Körperteils, aber die Rolltreppe wird gestoppt, bevor das Körperteil auf die Kammplatte auftrifft.
• Schwere Verletzung. Diese Verletzungen beginnen oft als leichte Einklemmverletzungen, die sich entlang der Rolltreppe fortsetzen, bis der Körperteil auf die Kammplatte auftrifft und lebensverändernde Verletzungen verursacht. Hinweis: Eine lebensverändernde Verletzung kann eine Amputation oder eine dauerhafte Funktionsbeeinträchtigung nach sich ziehen.
• Tödliche Verletzung. Eine sehr seltene Form der Einklemmung, die auftritt, wenn die Rolltreppe schwere Quetschungen oder Amputationen verursacht.

3. Risikobewertung und -reduzierung

Bei der Risikobewertung geht es darum, die Gefahren einzuschätzen, die zu Schäden für Personen, Eigentum oder die Umwelt führen, und deren Eintrittswahrscheinlichkeit sowie die Schwere des Schadens aufgrund eines schädigenden Ereignisses zu bestimmen.

Zur Risikominderung gehört die Reduzierung von:

• Die Eintrittswahrscheinlichkeit
• Die Schwere des Schadens
• Sowohl die Eintrittswahrscheinlichkeit als auch die Schwere des Schadens

ISO 14798 2009-03-01 Aufzüge, Rolltreppen und Fahrsteige – Methode zur Risikobewertung und -minderung ist eine Norm, die beschreibt, wie Gefahren in der Aufzugsbranche bewertet werden.^[3].

Die durch Stürze und Einklemmungen verursachten Schäden können durch den Einsatz neuer Technologien und durch die Anwendung von Verfahren verringert werden, die in der ASME-Norm A17.1 vorgeschrieben, in der BS EN 115-1 jedoch nicht gefordert werden.^[4,5].

4. Sturzreduzierung 

4.1 Drehzahlveränderbare Antriebe

Antriebe mit variabler Geschwindigkeit können aus folgenden Gründen die Sturzgefahr verringern:

• Bremsversagen
• Harte Stopps
• Stau
• Ein- und Aussteigen
• Schnelligkeit

Bremsversagen: Ein Bremsversagen tritt auf, wenn die mechanische Bremse das Stufenband nicht zum Stillstand bringen kann, nachdem ein Notfall dazu geführt hat, dass die Bremse betätigt und der Motorstrom abgeschaltet wurde. Dies kann passieren, wenn eine voll beladene Rolltreppe, die in Abwärtsrichtung fährt, eine Notbremsung durchführt. Das Ergebnis ist eine Ansammlung von Personen am unteren Ende der Rolltreppe.

Die maximale Verzögerungsrate für ein Rolltreppenbremssystem wird in der Norm BS EN 115 mit 1.0 m/s definiert.² und 0.91 m/s² nach ASME A17.1.^[5,4].

Die gleiche mechanische Bremse muss eine voll beladene Rolltreppe sowohl in Aufwärts- als auch in Abwärtsrichtung mit der gleichen maximalen Verzögerungsrate stoppen. Die Bremse muss die kinetische Energie der bewegten Last und die Änderung der potentiellen Energie einer in Abwärtsrichtung bewegten Last zerstreuen.

Die mechanische Bremse verliert bei jedem Bremsvorgang etwas von ihrem Reibmaterial. Um eine Rolltreppe außer Betrieb zu nehmen, kann die Stopptaste anstelle des Ein-/Ausschalters verwendet werden, was zu Bremsverschleiß führt.

Fahrtreppen mit einer Förderhöhe von mehr als 6 m müssen in den meisten Fällen mit einer Hilfsbremse ausgestattet werden, um die Wahrscheinlichkeit eines Bremsversagens zu verringern.^[4,5].

Durch dynamisches Bremsen mit dem Antriebsmotor und dem Frequenzumrichter kann eine Rolltreppe elektrisch zum Stillstand gebracht werden. Die mechanische Bremse wird dann als Haltebremse eingesetzt. Bei diesem Vorgang kommt es zu keinem Verschleiß der Bremsbeläge oder -backen.

Wenn eine Rolltreppe mit einem dynamischen Bremssystem ausgestattet ist, erfordert der ASME-Code A17.1 keine Hilfsbremse, wenn die Förderhöhe 6 m überschreitet.^[4].

Harte Stopps: Ein abruptes Anhalten tritt auf, wenn die Betätigung der mechanischen Bremse dazu führt, dass das Rolltreppenstufenband mit einem starken Ruck und einer starken Verzögerungsrate anhält. Diese hohen Raten können durch eine Kombination aus Rolltreppenbelastung und Bremseinstellung verursacht werden.

Ein abruptes Anhalten führt häufig dazu, dass Passagiere in Fahrtrichtung der Rolltreppe fallen. Wenn die Rolltreppe nach unten fährt, kann der Sturz einer einzelnen Person in den vor ihr stehenden Passagier einen „Dominoeffekt“ auslösen, bei dem mehrere Personen in den Sturz verwickelt sind.

Dynamische Bremssysteme verwenden ein geschlossenes Regelsystem, um Verzögerungs- und Ruckratenprofile bereitzustellen, die nicht durch Last- oder Bremseinstellungen beeinflusst werden. Die Beschleunigungsrate kann häufig unter dem vom Code geforderten Maximum eingestellt werden. Weitere Einzelheiten finden Sie in ASME A17.1 Abbildung I-15, Dynamische Bremslogik für Rolltreppen/Fahrsteige.

Stau: Am Ende einer Rolltreppe kann es zu Staus kommen, wenn Passagiere nach dem Verlassen der Rolltreppe im Bereich vor der Rolltreppe stehen bleiben, anstatt weiterzufahren. Dies geschieht häufig, wenn Passagiere anhalten, um auf ihren Mobiltelefonen nach Nachrichten zu sehen.

Bei dieser Art von Stau kann es passieren, dass Fahrgäste beim Verlassen einer Rolltreppe mit anderen Fahrgästen zusammenstoßen, stürzen und sich sogar verletzen. 

KI-Mustererkennungsgeräte können Staus erkennen und den Antrieb mit variabler Geschwindigkeit veranlassen, die Rolltreppe zu verlangsamen, um die Ankunftsrate am Ende der Rolltreppe zu verringern. Das KI-Gerät könnte auch eine akustische Warnmeldung am Ende der Rolltreppe auslösen. Man könnte dies als „Rolltreppen-Anstupsen“ bezeichnen.

Ein- und Aussteigen: Viele Stürze ereignen sich beim Ein- und Aussteigen aus Rolltreppen, da der Übergang vom Gehen zum Stehen auf einer Rolltreppe und vom Stehen auf einer Stufe wieder zum Gehen zusätzliche Anstrengungen erfordert.^[2].

Geschwindigkeit: Eine Studie zur Ermittlung der Unfallursachen mit Personenschaden in der Metro Guangzhou ergab, dass die meisten Sturzunfälle zwischen dem Ende der morgendlichen Hauptverkehrszeit und dem Beginn der abendlichen Hauptverkehrszeit stattfanden.[6] Dies mag zunächst widersprüchlich erscheinen. Dies ist jedoch die Zeit, in der ältere Rentner und nicht berufstätige Mütter mit Kindern die Metro benutzen. Die Studie schlug vor, die Geschwindigkeit der Rolltreppen während dieser verkehrsärmeren Zeit zu drosseln, um älteren, weniger beweglichen und abgelenkten Fahrgästen, die sich um ihre Kinder kümmern, mehr Zeit zum Einsteigen zu geben. Die Geschwindigkeit könnte auch reduziert werden, wenn die KI einen Fahrgast erkennt, der eine langsamere Geschwindigkeit benötigt.

Die Geschwindigkeit einer Rolltreppe lässt sich mithilfe eines Frequenzumrichters problemlos regulieren. Darüber hinaus wirkt sich dieser Ansatz nicht negativ auf die Verkehrsabwicklung aus und hat nur geringfügige positive Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Lebensdauer der Anlage.

4.2 ASME A17.1 & BS EN 115-1 Code-Anforderungen

Verzögerungsrate: Die maximal erforderliche Verzögerung beim Bremsen:

DIN EN 115-1: 1.0 m/s²

ASME A17.1: 0.91 m/s²

Durch die geringere Verzögerungsrate ist die Wahrscheinlichkeit eines Sturzes geringer.

Geschwindigkeit: Die maximal zulässige Stufengeschwindigkeit für Rolltreppen mit 30° Neigung beträgt:

DIN EN 115-1: 0.75 m/s

ASME A17.1: 0.5 m/s

Die höhere Geschwindigkeit macht den Übergang vom Gehen zum Radfahren besonders für ältere Passagiere schwieriger. Höhere Geschwindigkeit führt zu mehr Stürzen.

Neigungswinkel: Der höchste zulässige Neigungswinkel beträgt:

BS EN 115-1: 35⁰

ASME A17.1: 30⁰

5. Einschlüsse

5.1 Reduktion der Eintrittswahrscheinlichkeit

Die Wahrscheinlichkeit des Einklemmens zwischen Stufe und Rock ist nachweislich proportional zur Größe des Spalts zwischen Rock und Stufe und zum Reibungskoeffizienten des Schuhwerks, das auf der Rockplatte gleitet.^[7]. Die beiden Einflussfaktoren Spaltmaß und Reibwert addieren sich.

Der von der Beratungsfirma Arthur D. Little entwickelte Index^[8]. kombiniert diese beiden Faktoren. Der Maximalwert dieses Indexes wird auf 0.25 festgelegt, wenn Schürzenabweiser installiert sind. Umfangreiche Tests haben gezeigt, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Stufen-/Schürzeneinklemmungen erheblich reduziert wird, wenn der Indexwert unter 0.25 gehalten wird. 

Der ASME-Code empfiehlt, diesen Index jährlich zu prüfen, den Spalt anzupassen und die Oberfläche des Rocks nachzubearbeiten, um diesen Index unter 0.25 zu halten.[4]

5.2 Verringerung der Schwere des Schadens

Schritt-für-Schritt-Anleitung: Die Norm EN 115 erlaubt einen maximalen Abstand zwischen beiden Seiten einer Stufe und der Schürze von 4 mm und einen Gesamtabstand auf beiden Seiten der Stufe von 7 mm.[5] Diese Abstände werden statisch gemessen. 

Schritte können gezwungen werden, sich leicht von einer Seite zur anderen zu bewegen. Schritte können sich in dem sogenannten „Schritt-Totband“ bewegen. Bei einer statischen Spaltmessung wird das Schritt-Totband nicht berücksichtigt.

Schürzenteile sind nicht völlig starr. Wenn eine Kraft auf ein Schürzenteil ausgeübt wird, verbiegt es sich.

ASME A17.1-2022 definiert den maximalen Abstand zwischen Stufe und Schürze als nicht mehr als 5 mm, wenn eine Kraft von 110 N zwischen Schürze und Stufe ausgeübt wird. Diese Messung wird als „Loaded Gap“-Messung bezeichnet. [4] Dies ist eine aggressivere Messung als die von BS EN 115 geforderte Messung, da sie sowohl die Bewegung der Stufen in den Totbereich als auch die Durchbiegung der Schürze berücksichtigt.

Vorrichtungen zur Blockierung des Rocks: Der ASME-Code A17.1-2022, Abschnitt 6.1.6.3.6, erfordert die Installation von Schürzen-Verhinderungsvorrichtungen.^[4]. Bei diesen Geräten handelt es sich um Schalter, die sich an der Stelle befinden, wo die Stufe zur Kammplatte hin flacher wird.

Wenn diese Schalter einen Gegenstand, wie z. B. einen Fuß oder eine Hand, erkennen, der zwischen der Stufe und der Seitenschürze eingeklemmt ist, bringen sie die Rolltreppe zum Stillstand, bevor der Gegenstand auf die Kammplatte auftrifft. Kommt es zu einem Einklemmen und die Rolltreppe stoppt, bevor die eingeklemmte Hand oder der eingeklemmte Fuß auf die Kammplatte auftrifft, sind die Verletzungen in der Regel geringfügig. Wenn die Hand oder der Fuß jedoch auf die Kammplatte auftrifft, sind die Verletzungen oft lebensverändernd. Ein Antrieb mit variabler Geschwindigkeit und dynamischer Bremse kann die erforderliche Mindestverzögerungsrate entwickeln, um das Stufenband zum Stillstand zu bringen, bevor die eingeklemmte Hand oder der eingeklemmte Fuß auf die Kammplatte auftrifft.

Der Hong Kong Code of Practice on The Design and Construction of Lifts and Escalators 2021 Edition Section E Part 4 5.5.3.4e schreibt ähnliche Komponenten vor, die als Detektionsgeräte bezeichnet werden.[9] Dieser Code verlangt auch Detektionsgeräte entlang des geneigten Teils der Rolltreppe.

Die Norm BS EN 115-1 erfordert keine Schürzenverhinderungsvorrichtungen.^[5].

Step-Upthrust-Gerät: Der ASME-Code A17.1-2022, Abschnitt 6.1.6.3.9, erfordert die Installation eines Step-Upthrust-Geräts.^[4].

Wenn ein Gegenstand, beispielsweise ein Schuh oder Stiefel, zwischen einer Stufe und der angrenzenden Setzstufe eingeklemmt wird, führt der Gegenstand dazu, dass eine der Stufen entweder über ihre normale Position angehoben oder unter ihre normale Position gedrückt wird. 

Ein Step Upthrust Device ist ein Schalter, der die Rolltreppe zum Stehen bringt, bevor die angehobene Stufe und das darin eingeschlossene Objekt auf die Kammplatte treffen. Wie bei Einklemmungen durch Schürzen/Seitenstufen verringert das Anhalten der Rolltreppe, bevor das Objekt, das Schuhwerk oder ein Körperteil auf die Kammplatte trifft, die Schwere der Verletzung.

BS EN 115-1 erfordert keine Step-Upthrust-Geräte.^[5].

Sowohl BS EN 115 als auch ASME A17.1 fordern eine Stufenbegrenzungsvorrichtung, also einen Schalter, der die Rolltreppe stoppt, wenn eine Stufe aufgrund einer Einklemmung nach unten gedrückt wird.^[4,5].

Sowohl das Step Level Device als auch das Step Upthrust Device verhindern, dass eine verschobene Stufe mit der Kammplatte kollidiert. Eine solche Kollision, allgemein als „Stufenkollision“ bekannt, kann erhebliche Schäden an der Rolltreppe verursachen und führt häufig zu Verletzungen der Fahrgäste.

6. Schlussfolgerungen

Die Häufigkeit von Unfällen mit Rolltreppen und die damit verbundene Schadensschwere können verringert werden, indem die Rolltreppen mit Antrieben mit geschlossenem Regelkreis und variabler Drehzahl ausgestattet werden und Teile der Norm ASME A17.1:2022 übernommen werden.

Antriebe mit geschlossenem Regelkreis sollten die folgenden Funktionen erfüllen:

• dynamisches Bremsen
• Schrittgeschwindigkeit basierend auf dem Verkehrsaufkommen
• Geschwindigkeitsreduzierung bei Landestau

Die folgenden Abschnitte des ASME-Codes A17.1:2022 sollten in die Norm BS EN 115-1 aufgenommen werden:

• 6.1.3.3.5 Belasteter Spalt zwischen Schürze und Stufe
• 6.1.3.3.9 Stufen-/Rock-Leistungsindex
• 6.1.6.3.6 Rolltreppen-Blockiervorrichtung
• 6.1.6.3.9 Stufenauftriebsvorrichtung
• 6.1.4.1 Geschwindigkeitsbegrenzungen
• 6.1.5.3.1.c Fahrtreppen-Antriebsmaschinenbremse
• 6.1.3.1 Neigungswinkel

Referenzen

^[1]. Hunter-Zaworski, K., & Hunter-Zaworski, K. (2020). Rolltreppenstürze. Washington, DC: Nationale Akademien der Wissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Medizin

^[2]. Beards, P., Hunt, R., Dicks, M. & Rigby, N. (2020). Gemeinsamer Forschungsbericht zu Rolltreppen. Health and Safety Executive/ Universität Portsmouth.

^[3]. British Standards Institute. (2013). BS EN ISO 14798:2013 Aufzüge, Fahrtreppen und Fahrsteige – Risikobewertungs- und Risikominderungsmethodik. British Standards Ltd.

^[4]. American Society of Mechanical Engineers, (2022), Sicherheitscode für Aufzüge und Rolltreppen A17.1/CSA B44

^[5]. Britisches Institut für Normen. (2017). BS EN 115-1:2017 Sicherheit von Rolltreppen und Fahrsteigen, Teil 1: Konstruktion und Installation. BSI Standards Ltd.

^[6]. Xing, Y., Chen, SZ & Lu, J. (2020). Analyse von Faktoren, die Rolltreppen-bedingte Verletzungen in U-Bahn-Stationen beeinflussen, basierend auf Bayesschen Netzwerken: Eine Fallstudie in China. International Journal of Environmental Research and Public Health. doi:10.3390/ijerph17020481.

^[7]. Smith, K. (2019, Dezember). Schritt-/Rock-Leistungsindex-Tests. ELEVATOR WORLD, S. 63-68. Abgerufen am 9. Februar 2024 von elevatorbooks.com/wp-content/uploads/2019/12/EW1219.pdf

^[8]. Arthur D. Little. (4. März 2024). Arthur D. Little. Abgerufen von adlittle.com/en/about 

^[9]. EMSD. (2021). Verhaltenskodex für die Planung und den Bau von Aufzügen und Rolltreppen. Hongkong: EMSD Regierung von Hongkong.