Sicherheitskette

Ein Blick auf Sicherheitssysteme in einem modernen Hochhausaufzug angesichts des Vorfalls in Chicago 2018

Während die folgenden Informationen dem erfahrenen Aufzugsprofi bekannt sein mögen, sind sie insbesondere für Laien und Neulinge in der Branche nützlich

Ende 2018 fuhr ein Express-Aufzug in einem Chicagoer Wolkenkratzer vom 95. Die Ermittler fanden heraus, dass eines der sieben Tragseile des Aufzugs gebrochen war, wahrscheinlich als der Aufzug den 20. Stock passierte. Der Wagen bremste zwischen dem 12. und 11. Stock bis zu einem sicheren, kontrollierten Halt ab. Die sechs Passagiere im Inneren blieben unverletzt.

Der Vorfall sorgte sofort für sensationelle Schlagzeilen in den Medien, in denen behauptet wurde, der Aufzug in der 875 North Michigan Avenue (ehemals John Hancock Center) sei 84 Stockwerke abgestürzt, abgestürzt oder gefallen. Es hatte nicht.

Wie alle modernen Hochhausaufzugssysteme sind die Aufzüge des Gebäudes mit mehreren und redundanten Sicherheitssystemen ausgestattet, um die Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten.

Der Bruch eines Tragseils ist ein äußerst seltenes Ereignis. In diesem Fall funktionierten die Sicherheitssysteme genau so, wie sie vorgesehen waren – und wie es die geltenden Vorschriften vorschreiben. Dieser Artikel erklärt in einfachen Worten, wie diese Systeme funktionieren, damit die Leute verstehen, warum sie sich beim Fahren in einem ordnungsgemäß gewarteten Aufzug in einem der heutigen superhohen Gebäude sicher fühlen sollten.

Sicherheitsgeschichte

Dem griechischen Mathematiker Archimedes wird allgemein zugeschrieben, dass er im 3. Jahrhundert v. Chr. das erste aufzugähnliche Gerät geschaffen hat. Aufzüge wurden erst nach 1852 zu einem sicheren und zuverlässigen Transportmittel für Menschen – dem Jahr, in dem Elisha Graves Otis die Aufzugssicherheitsbremse erfand. Seine Erfindung hat den modernen Wolkenkratzer möglich gemacht und unser Leben für immer verändert.

Die Sicherheitsbremse von Otis, ein geniales Stück Ingenieurskunst, verhinderte das Herunterfallen des Aufzugs, wenn das Hebeseil riss. Wenn das Seil schlaff wurde, löste das Lösen der Spannung die Sicherheitsbremse aus – eine große Blattfeder, die in Kerben einschnappte, die in Schienen eingeschnitten waren, die den Aufzug auf gegenüberliegenden Seiten der Aufzugskabine stützten.

Otis war von der Zuverlässigkeit seines Geräts so überzeugt, dass er 1854 während der Ausstellung der Industrie aller Nationen in NYC eine öffentliche Demonstration durchführte. Auf einem Plattformlift hoch über der Menge stehend, befahl Otis, das Halteseil zu durchtrennen. Die Plattform fiel ein paar Zentimeter ab; die Sicherheitsbremse hielt und stoppte den Abstieg der Plattform. „Alles sicher, meine Herren, alles sicher“, erklärte Otis theatralisch.

Die Sicherheitssysteme in modernen Hochhausaufzügen sind unendlich fortschrittlicher als die ursprüngliche Sicherheitsbremse von Otis und beinhalten ausgeklügelte Technologien, die über Generationen von Ingenieuren aus Bereichen wie fortschrittlicher Computer, Sensorik und Materialwissenschaft verfeinert wurden. Ein gutes Beispiel ist die Aufzugssicherheitsbremse aus der gleichen Legierung, die in Düsentriebwerksdüsen verwendet wird – ideal für beide Anwendungen aufgrund ihrer hohen Hitzebeständigkeit.

Die Sicherheitskette

Bei der Beschreibung des Sicherheitssystems heutiger Hochhausaufzüge sprechen Ingenieure von einer „Sicherheitskette“. Es ist eine Metapher, die das bekannte Sprichwort auf den Kopf stellt. Ein Bruch in der Kette und der Aufzug hält an, bis das Problem behoben ist. Hierin liegt seine Stärke.

Wenn beispielsweise ein Sensor erkennt, dass ein Türschloss nicht eingerastet ist, verhindert die Steuerung die Bewegung des Aufzugs, bis das Problem behoben ist. Sie müssen sich auch keine Sorgen machen, dass der Strom ausfällt. Fällt der Strom an der Maschine aus, wird die Maschinenbremse automatisch aktiviert und der Aufzug stoppt. Passagiere mögen Unannehmlichkeiten haben, aber sie werden sicher sein.

Moderne Aufzüge verfügen über zwei grundlegende Sicherheitskomponenten: elektrische und mechanische. Zu den elektrischen Komponenten gehören die Aufzugssteuerung, Sensoren und Softwaresysteme. Der Controller dient als das Gehirn des Systems. Sensoren überwachen sicherheitsrelevante Funktionen wie Fahrzeuggeschwindigkeit und -position, Türschlosszustand oder Zugangsklappenposition und senden die Daten zurück an die Steuerung. Softwaresysteme bieten unabhängige Bewertungen zur Validierung redundanter Sensorsysteme.

Zu den mechanischen Komponenten gehören die Aufzugsmaschine selbst, die Maschinenbremse, der Geschwindigkeitsbegrenzer, die Sicherheitsbremsen (auch Kabinensicherungen genannt) und schließlich die Puffer am Schachtboden. Auch die Tragseile selbst sind wesentliche Bestandteile des Sicherheitssystems. Hochhausaufzüge bewegen sich heute an vielen Seilen auf und ab, weit mehr, als zum Tragen einer voll beladenen Kabine erforderlich sind.

Beispielszenario

Angenommen, ein Aufzug überschreitet seine Nenngeschwindigkeit um einen bestimmten Prozentsatz: Ein Glied in der Sicherheitskette wurde geöffnet und löst das Steuerungssystem aus, um den Aufzug sicher zu stoppen.

Die Aufzugsmaschine

In diesem Fall übermitteln die Sensoren des Aufzugs die Beschleunigung an die Steuerung, die zunächst den Strom zur Maschine ändert, um den Aufzug zu verlangsamen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Maschinenbremse noch nicht angezogen. Die Maschine selbst verlangsamt den Aufzug. Der Vorgang ähnelt dem Herunterschalten in einem Auto mit Schaltgetriebe, anstatt auf die Bremse zu treten.

Maschinenbremse

Wenn die Änderung des Stroms zur Maschine den Aufzug nicht genug verlangsamt, unterbricht die Steuerung die gesamte Stromversorgung der Maschine und betätigt die Maschinenbremse, wodurch der Aufzug weiter verlangsamt wird. Das Sicherheitssystem ist (gemäß den geltenden Vorschriften) so ausgelegt, dass es den Aufzug zu einem kontrollierten Halt bringt.

Gouverneur und Autosicherheit

Beschleunigt der Aufzug weiter – oder im Fachjargon „Übergeschwindigkeit“ – ist der Regler die nächste Komponente in der Sicherheitshierarchie, die aktiviert wird. Der Regler ist ein im Maschinenraum montierter Geschwindigkeitssensor. Es hat eine eigene Rolle, die von einem Stahlseil (dem Reglerseil) bewegt wird, das an der Aufzugskabine befestigt ist – was bedeutet, dass es sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Aufzug bewegt. Wenn sich der Regler zu schnell dreht, springen die Fliehgewichte im Inneren nach außen und lösen ein Gerät aus, das das Reglerseil greift.

Das jetzt bewegungslose Reglerseil zieht an den Sicherungen – im Wesentlichen Notbremsen am Auto selbst – und aktiviert sie.

Die Sicherungen klemmen an den Schachtschienen und bringen den Aufzug sicher zum Stehen. Diese Sicherungen sind die moderne Version der Sicherheitsbremse von Otis.

Puffer

An der Unterseite des Aufzugsschachts angeordnet, können Puffer die Energie eines absteigenden Aufzugs aufnehmen und ableiten. Bei Hochaufzugsystemen handelt es sich bei den Puffern um hydraulische Kolben, die ähnlich aussehen wie die Hebebühnen, mit denen Automechaniker ein Auto anheben, damit sie am Unterwagen arbeiten können.

Puffer kommen ins Spiel, wenn die anderen Bremskomponenten nicht genügend Zeit haben, den Aufzug bis zum Erreichen des Schachtbodens vollständig zum Stillstand zu bringen. Sie verlangsamen das Auto bis zum Stillstand und wirken wie riesige Stoßdämpfer im Auto.

Fortschritte in der Sicherheit

So zuverlässig diese Sicherheitssysteme auch sind, die Forschungsingenieure entwickeln ständig neue Technologien, die die Leistung weiter verbessern. Eine relativ neue Innovation ist das programmierbare elektronische System in sicherheitsbezogenen Anwendungen für Aufzüge (PESSRAL).

Mit den Fortschritten bei programmierbaren elektronischen Systemen sind Steuerungssysteme noch intelligenter geworden. Anstatt nur zu wissen, dass ein Glied in der Sicherheitskette offen ist, können sie erkennen, welches Glied offen ist, und die Reaktion situationsgerecht anpassen. Die Reaktion des Kontrollsystems ähnelt eher der Reaktion von Menschen hinter dem Steuer eines Autos: Manchmal entscheiden sie sich für einen Spurwechsel; ein anderes Mal beschließen sie, komplett anzuhalten.

Mit PESSRAL wird die Steuerung intelligenter und reagiert mit einer maßgeschneiderten Reaktion auf ein Problem, anstatt nur eine Wahl zu haben: den Aufzug anzuhalten und seinen Betrieb zu verhindern.

Zusammenfassung

Seit Elisha Graves Otis' inspirierter Erfindung der Sicherheitsbremse haben sich die Sicherheitsfunktionen moderner Hochhausaufzüge zu vollständig integrierten Systemen entwickelt, die mechanische Komponenten, intelligente Steuerungen und fortschrittliche Elektronik mit mehreren integrierten Sicherheitsredundanzen umfassen.

Mit all diesen Maßnahmen bieten Aufzüge ein sicheres, zuverlässiges und bequemes Transportmittel.

Darüber hinaus haben Aufzüge eine unverzichtbare Rolle bei der Gestaltung der vernetzten urbanen Welt von heute gespielt. Nach Angaben der Vereinten Nationen leben 55% der Weltbevölkerung oder etwa 4.4. Milliarden Menschen leben in Städten. Bis 70 soll dieser Anteil fast 2050 % erreichen. Aufzüge sind aus dieser Welt nicht mehr wegzudenken.