Modernisierungsinnovation

Der Aufzug am Grand Coulee Dam ist ein stolzer Erfolg für Delaware Elevator und sein Team.

eingereicht von Delaware Elevator

Die umfassende Modernisierung des einzigartigen Lasten- und Personenaufzugsystems aus dem Jahr 1941 am legendären Grand Coulee Dam erhöhte die Sicherheit, verbesserte die Effizienz und brachte das System auf den aktuellen Stand der ASME A17.1-Normen sowie der Bau- und Brandschutzvorschriften (IFC). Dabei wurde die historische Integrität des Systems innerhalb des geschützten Geländes sorgfältig bewahrt. Der Aufzug bedient einen riesigen Staudamm im Osten des US-Bundesstaates Washington am Coulee River und erfüllt eine wichtige Doppelfunktion: Er transportiert sowohl das Personal und die Besucher des Staudamms als auch extrem schwere Komponenten des Wasserkraftwerks (Ringtore) für Wartungs- und Reparaturarbeiten.

Die zentrale Herausforderung bestand darin, ein komplexes, manuell betriebenes System in eine robuste, moderne und benutzerfreundliche Lösung umzuwandeln, die für unterschiedlichste Lasten geeignet ist. Als Aufzugsbauunternehmen war Delaware Elevator, Inc. mit Hauptsitz in Salisbury, Maryland, ein wichtiger Teil eines hochqualifizierten Teams, das diese Herausforderung erfolgreich meisterte und das Projekt für den Auftraggeber, das US Bureau of Reclamation, realisierte. Wir sind überzeugt, dass das Aufzugsprojekt am Grand Coulee Dam zu den anspruchsvollsten Modernisierungsvorhaben in der Branche der vertikalen Transportsysteme zählt, die jemals abgeschlossen wurden.

Das bestehende System, bekannt für seine Fähigkeit, sowohl Personal (10,000 kg) als auch massive Ringtore von Wasserkraftwerken (44,000 kg) zu transportieren, stellte uns vor unvergleichliche Herausforderungen. Bisher erforderte der Wechsel zwischen diesen beiden Betriebsarten ein aufwendiges manuelles Verfahren zum Hinzufügen oder Entfernen von Gegengewichten, was viel Zeit und Personal in Anspruch nahm.

Darüber hinaus stellte der ursprüngliche Aufzugshersteller keine ausreichende technische Dokumentation zur Verfügung, sodass ein umfangreiches Reverse-Engineering der Komponenten zur Integration moderner Technologien erforderlich war.

Die abgelegene Baustelle stellte auch logistische Herausforderungen dar, wie etwa unvorhersehbare Wetterverhältnisse im Jahresverlauf und begrenzte lokale Ressourcen. Um das Projekt voranzutreiben, war die Beschaffung einzigartiger historischer und moderner Bauteile erforderlich, was eine globale Beschaffungsstrategie notwendig machte, die das Projekt uneingeschränkt unterstützte.

Im Zentrum dieser Modernisierung stand die Zusammenarbeit. Unter der Federführung von Delaware Elevator und mit Unterstützung der Full Circle Group (Generalunternehmer), ECS/VDA (Planungsberatung), Hilliard Brake (kundenspezifische Bremsenfertigung) und Motion Control Engineering (MCE) (kundenspezifische Steuerungsfertigung) entwickelte das Team eine wegweisende, vielschichtige Lösung. Deon Young (DZ Mod) und Kelly Houlihan (DE-Simone) wirkten ebenfalls am ersten Teil des Projekts mit und unterstützten den Abbruch und Austausch der Hauptkomponenten. Vertical Solutions aus Spokane spielte ebenfalls eine Schlüsselrolle und unterstützte das Team von Delaware Elevator bei einigen kritischen Installationsarbeiten, die lokale Arbeitskräfte erforderten.

iCONTROL Kundenspezifisches Steuerungssystem und mehr

Die bedeutendste Innovation war das vollständig kundenspezifische Steuerungssystem auf Basis der iCONTROL-Plattform von MCE. Diese fortschrittliche Software steuert nun nahtlos den Betrieb des Aufzugs mit zwei Kapazitäten und einem einzigen, festen Gegengewichtsstapel, wodurch manuelle Gewichtsänderungen überflüssig werden. Das System gleicht die Übergewichtung im Personenverkehr und bei schweren Lasten präzise aus. Dies wird durch ausgeklügelte SCR-Ansteuerungseinstellungen und eine präzise Regelung erreicht.

Zu den weiteren technischen Errungenschaften zählen die Umfunktionierung bestehender Doppelmaschinenbremsen zu Notbremsen an den Seilscheiben, umfassende Erdbebensicherungsmaßnahmen und die Installation neuer horizontaler und vertikaler zweiflügeliger Türen mit modernen Antrieben.

Der Betrieb des Aufzugs wurde ebenfalls optimiert, mit einem automatischen Personentransport mit 100 Fuß/Minute und einem separaten, sichereren Lastenmodus mit 50 Fuß/Minute, der die veraltete manuelle Rheostatsteuerung ersetzte.

Historischer Kontext und ursprüngliches Systemdesign

Um das Ausmaß dieser Modernisierung vollständig zu erfassen, ist das Verständnis der ursprünglichen Aufzugskonstruktion von 1941 unerlässlich. Der Aufzug Block 31 am Grand Coulee Dam war ein einzigartiges System mit einer doppelten, entscheidenden Funktion. Seine zertifizierte Tragfähigkeit betrug 10,000 kg bei einer Geschwindigkeit von 500 m/min für den Transport von Fracht und Passagieren. Seine Hauptfunktion bestand jedoch im Transport der massiven, 44,000 Tonnen schweren Ringtore für die Wasserkraftgeneratoren des Staudamms, insbesondere zu und von den Etagen zwei, sieben und neun, die mit hochbelastbaren, vertikalen Doppeltüren ausgestattet waren.

Das ursprüngliche System wurde von zwei getriebelosen Otis #79 DC-Oberleitungsantrieben mit einer einzigen Antriebsscheibe und einer doppelten Seilführung (2:1) angetrieben. Der Aufzug erreichte eine beeindruckende Förderhöhe von 110,3 Metern (361.88 Fuß) in die Tiefe des Staudamms und bediente elf Haltestellen. Während ein automatischer Standardbetrieb für Lasten bis zu 4.536 kg (10,000 Pfund) (Fracht und Personal) möglich war, lag die wahre Komplexität im speziellen Frachtbetrieb mit 20 Tonnen (44,000 Pfund). In diesem Betrieb musste ein zweiter Satz Gegengewichte manuell in Gegengewichtsschächten angebracht werden, um die deutlich höhere Last auszugleichen. Dieser aufwendige Vorgang erforderte ein ganzes Team und machte den Aufzug im Frachtbetrieb für den Personentransport ungeeignet.

Die ursprüngliche Bedienung wurde zusätzlich dadurch erschwert, dass die Monteure und das Dammpersonal, die die schweren Wagen (auf den bis zur Aufzugsplattform reichenden Schienen der Grubenwagen) beluden, sogenannte Schienenstopper – robuste mechanische Vorrichtungen – einsetzen mussten, um ein Wegrollen der Wagen zu verhindern. Die Kommunikation während des Gütertransports erfolgte per Funk. Ein Aufzugstechniker im Maschinenraum steuerte die Bewegung des Aufzugs manuell über einen Rheostat-Schalter und nutzte Markierungen zur Abschätzung der Etagenhöhe. Die übrigen Haltestellen verfügten über übergroße, horizontale Türen, jeweils mit eigenem Antrieb und einem innovativen, vor vielen Jahren entwickelten, robusten Türantrieb von GAL, der in der Schachtwand integriert war.

Ziele und Herausforderungen

Die übergeordneten Ziele der Modernisierung waren klar: die gesamte Aufzugsanlage sollte auf den aktuellen Stand der ASME A17.1-, Gebäude- und IFC-Standards gebracht, die Sicherheit erhöht und die Benutzerfreundlichkeit sowie die Effizienz für den kritischen Betrieb des Staudamms deutlich verbessert werden. Um diese Ziele zu erreichen, mussten eine Reihe komplexer Herausforderungen bewältigt werden, darunter:

• Geräte außer Betrieb während der Standortbesichtigung: Der Aufzug war während der ersten Standortbesichtigung außer Betrieb, was die Datenerfassung einschränkte und die Notwendigkeit mit sich brachte, auf historische Daten und visuelle Inspektionen zurückzugreifen.
• Herausforderungen bei der Arbeit auf einer abgelegenen Baustelle: Die Baustelle befand sich in einer isolierten Region des Bundesstaates Washington. Aufgrund unvorhersehbarer Wetterbedingungen und begrenzter lokaler Ressourcen ergaben sich logistische Schwierigkeiten, die sich auf die Terminplanung und die Personalbesetzung auswirkten.
• Umfangreiche Änderungen der ursprünglichen Pläne: Laufende technische Entdeckungen machten während der Implementierung erhebliche Änderungen an den ursprünglichen Entwürfen erforderlich, um die Funktionalität zu optimieren, die Sicherheit zu gewährleisten und die Vorschriften einzuhalten.
• Beschaffung von Teilen und Komponenten: Die Schwierigkeit, bestimmte, oft kundenspezifische Teile auf dem US-Markt zu finden, führte dazu, dass kritische Elemente von internationalen Lieferanten in Indien, Großbritannien und Spanien bezogen wurden, was eine strenge Qualitätssicherung erforderte.
• Denkmalschutzaspekte: Da es sich um ein historisches Gebäude handelt, war es für das Projekt unerlässlich, so viel wie möglich vom ursprünglichen Design und den Oberflächen zu erhalten und Modernisierung und Denkmalschutz in Einklang zu bringen. Mike Stevens von ECS/VDA betonte, dass Komponenten wie die Sicherheitseinrichtungen überholt werden mussten, die gut erhaltenen getriebelosen Maschinen jedoch nach eingehenden Prüfungen erhalten blieben.
• Fortgeschrittene Softwareentwicklung: Die größte Herausforderung bestand in der Entwicklung einer hochentwickelten Software für einen Lastenaufzug mit Doppelfunktion – Personen- und Güterbeförderung – bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Betriebsarten. Das Ergebnis war laut Jose Carrasco die „umfassendste Aufzugssteuerung, die mir je untergekommen ist“.

Das modernisierte Transportsystem

Das von ECS/VDA sorgfältig geplante und von Delaware Elevator mit Schlüsselkomponenten von MCE umgesetzte Modernisierungspaket verwandelte die veraltete Anlage in ein hochmodernes, äußerst zuverlässiges Transportmittel. Die Spezifikationen lauten:

• Aufzugstyp: Lasten-/Personenaufzug (Modernisiert vom Otis #79 DC Gearless)
• Fahrzeugkapazitäten: 10,000 lb (Passagiermodus, Automatik) und 44,000 lb (Frachtmodus, konstanter Druck)
• Reisestrecke: 361.88 Fuß
• Bediente Landeplätze: 11
• Seilung: Doppelt gewickelt 2:1
• Erhaltene Maschinen: Zwei Otis #79 DC-Oberleitungsmaschinen ohne Getriebe (gründlich geprüft und in neuwertigem Zustand befunden)
• Antriebsscheibe: Einfach
• Geschwindigkeit: Automatischer Betrieb (Passagier/10,000 lb):

Reduziert auf 100 Fuß/Minute | Güterverkehr (44,000 Pfund):

Reduziert auf 50 Fuß/Minute

Wichtige technische Innovationen und Konstruktionselemente

Dual-Capacity iCONTROL System (MCE)

Kernstück der Modernisierung ist die iCONTROL-Plattform von MCE, die speziell für die Steuerung des Aufzugs mit zwei Kabinenkapazitäten entwickelt wurde. Ron Ong, leitender Projektingenieur bei MCE, erklärte, die größte Herausforderung sei die Abstimmung des SCR-Antriebs auf die beiden Kabinenkapazitäten (10,000 lb und 44,000 lb) mit einem einzigen Gegengewicht gewesen.

Das Gegengewicht ist nun auf 40 % der Tragfähigkeit von 44,000 lb eingestellt. Das bedeutet, dass der Aufzug im Personenbetrieb (10,000 lb) deutlich übergewichtet ist. Das System von MCE wurde durch umfangreiche Antriebseinstellungen individuell optimiert, um eine sanfte Steuerung zu gewährleisten und Vibrationen in beiden Betriebsmodi zu minimieren. Dadurch entfielen die zuvor erforderlichen, aufwendigen manuellen Gegengewichtsanpassungen.

Die bisherige manuelle Frachtkontrolle wurde durch eine ausgefeilte Software ersetzt, was die Abläufe erheblich vereinfacht.

Einzigartige Dual-DC-Maschinenkonfiguration

Der System-12-Antrieb von MCE wurde so konfiguriert, dass er beide originalen Otis-Gleichstrommaschinen gleichzeitig antreiben konnte. Dies wurde durch die Reihenschaltung der Maschinenanker erreicht, wodurch die Stromstärke auf 310 A maximiert wurde. Die Nebenschlussmotorfelder der Maschinen wurden ebenfalls in einer kombinierten Reihenschaltung konfiguriert.

Wiederverwendete Bremsen

Die Bremsfelder der ursprünglichen Maschine wurden in einer Parallelkonfiguration kombiniert und auf raffinierte Weise als Notbremse der Seilscheibe des Systems wiederverwendet, um den Anforderungen moderner Sicherheitsvorschriften gerecht zu werden – ein bemerkenswerter Konstruktionsbeitrag von Ongs Team.

Modernisierte Türsysteme

Alle neuen horizontalen Türen und vertikalen zweiflügeligen Frachttüren wurden inklusive neuer Antriebe installiert. Dadurch blieb die funktionelle Unterscheidung der ursprünglichen Türtypen an den verschiedenen Haltestellen erhalten, während gleichzeitig deren Leistung und Sicherheit verbessert wurden.

Verbesserte Sicherheit und Benutzererfahrung 

Bremssystem

Neue, moderne Bremsen (inklusive Integration mit dem hydraulischen Bremsregler von Hilliard) sorgen für erhöhte Sicherheit und ermöglichen den unbeaufsichtigten Betrieb. Das gesamte Bremssystem des Aufzugs wurde individuell entwickelt. Neues Bedienfeld; Bild mit freundlicher Genehmigung von Delaware Elevator.

Wiegen der Last

Ein neues, duales Lastwiegesystem wurde integriert, um präzise Daten sowohl für den Personen- als auch für den Güterverkehr zu liefern und das iCONTROL-System zu informieren.

Seismische Upgrades

Es wurden umfassende seismische Modernisierungsmaßnahmen durchgeführt, darunter die Hinzufügung von Ring- und Seilvorrichtungen, Rüttelkästen und seismischen Fischplatten, wo dies angebracht war.

Leuchten und Verkabelung

Sämtliche Armaturen und Leitungen wurden im gesamten System erneuert.

Puffer, Seile, Regler

Um den modernen Leistungs- und Sicherheitsstandards zu entsprechen, wurden neue Puffer, Seile und ein neuer Drehzahlregler installiert.

Arbeitsanweisungen

Für den Güterverkehrsmodus wurden neue, optimierte Betriebsabläufe entwickelt, die das System im Vergleich zur alten manuellen Funkkommunikation und Rheostatsteuerung deutlich benutzerfreundlicher und effizienter machen. Die Aktivierung des Güterverkehrsmodus erfolgt nun über Schlüsselschalter in der Lobby.

Modifikationen am Maschinenraum und der Infrastruktur (Jacobs)

Jacobs entwarf sämtliche zusätzlichen Brandschutz- und Maschinenraumumbauten, die elektrischen Modernisierungen sowie die Lüftungsanlagen für Schacht und Maschinenraum. Die Glasfaserverkabelung für die Fernüberwachung führt zum Büro des leitenden Aufzugstechnikers und gewährleistet so eine umfassende Modernisierung der Infrastruktur.

Das Aufzugsprojekt am Grand Coulee Dam gilt in der Aufzugsbranche als Meilenstein für komplexe Modernisierung und partnerschaftliche Ingenieursarbeit. Stevens von ECS/VDA kommentierte dies mit den Worten: „In meinen 39 Jahren in der Aufzugsbranche ist dies das herausragendste Projekt meiner bisherigen Karriere. Ich glaube, es handelt sich um ein einzigartiges System.“ Roy Hotckin ergänzte, es sei das „individuellste und arbeitsintensivste Projekt“, an dem er je beteiligt war.

Eine Branchenneuheit

Die Möglichkeit, ein Aufzugsystem mit zwei Gleichstrommaschinen und zwei Kapazitäten von manueller Gegengewichtsanpassung auf nahtlosen Betrieb mit einem einzigen Gegengewichtsstapel mittels ausgefeilter Software umzustellen, ist eine Branchenneuheit. Diese Innovation löst eine grundlegende betriebliche Herausforderung elegant und mit fortschrittlicher Technologie. 

Verbesserte Sicherheit und Betriebseffizienz

Das Projekt wandelte ein System mit inhärenten Betriebsrisiken und manuellen Ineffizienzen in ein System um, das vollständig den modernen Sicherheitsstandards entspricht, hochautomatisiert und deutlich bedienerfreundlicher ist. Dies wirkt sich unmittelbar auf die Sicherheit des Personals und die kritischen Wartungsarbeiten eines der größten Kraftwerke der USA aus.

Erhaltung des Erbes

Durch die sorgfältige Balance zwischen Modernisierung und historischer Bewahrung wird sichergestellt, dass ein wichtiger Teil des Erbes des Staudamms weiterhin seine Funktion erfüllt und mit Technologie des 21. Jahrhunderts integriert wird.

Vorbildliche Zusammenarbeit

Der Erfolg dieses Projekts ist ein direktes Ergebnis der außergewöhnlichen Zusammenarbeit zwischen Delaware Elevator, Motion Control Engineering, ECS/VDA, Jacobs Engineering sowie verschiedenen Subunternehmern und Zulieferern. Diese Teamarbeit war unerlässlich, um technische Hürden, logistische Herausforderungen und komplexe Konstruktionsaufgaben zu bewältigen.

Dieses Projekt zeugt von außergewöhnlicher Ingenieurskunst, engagierter Teamarbeit und einem starken Fokus auf Sicherheit und Effizienz in einem historisch bedeutsamen Kontext. Es hat ein komplexes, manuell anspruchsvolles System aus der Vergangenheit in ein hochmodernes, benutzerfreundliches und äußerst zuverlässiges Transportmittel verwandelt.