Das bescheidene Gegengewicht

Da steckt mehr dahinter

Auf den ersten Blick scheint es nicht viel zu sagen zu diesem bescheidenen Gegengewicht im Aufzugsbau. Die jüngsten Ausfälle in China und einige historische Ausfälle in Großbritannien geben jedoch Anlass zur Sorge.

Mehrere Halterungen für Gegengewichtsseilumlenkrollen sind ausgefallen, hauptsächlich aufgrund von Verformungen und Deformationen der horizontalen Elemente des oberen Gegengewichtsteils, die nicht nur ein wichtiges Sicherheitselement des Gegengewichtsstützrahmens bilden, sondern auch die Seilumlenkrolle, die Welle und die Lager halten. Infolge eines solchen Versagens löst sich die Umlenkrolle vom Gegengewicht, was katastrophale Folgen hat.   

Bei einem viel beachteten Unfall an der Londoner Tower Bridge löste sich eine im Zuge einer Modernisierung modifizierte Gegengewichtsrolle samt Lager vom Gegengewichtsrahmen, was beim darauffolgenden Absturz der Aufzugskabine zu Verletzungen von Passagieren führte.

Zu den Pannen in China zählt die Zersetzung von Gegengewichtsfüllern, die aus einer Mischung aus Eisenerzpulver und Zement bestehen, soweit, dass die Gegengewichte instabil werden und/oder Füller mit katastrophalen Folgen freigesetzt werden.

Traditionell wurden Gegengewichte als ein- oder mehrteilige Gusseiseneinheiten (Bild 1) und später als geschweißte oder verschraubte Stahlbaurahmen mit Gusseisen-Füllgewichten hergestellt.

Neuere Gegengewichtskonstruktionen enthalten Rahmen aus gepresstem Blech, die besondere Probleme hinsichtlich der Handhabung beim Neubeseilen und bei Reparaturen sowie hinsichtlich der Anfälligkeit des Leichtbaurahmens für Beschädigungen und Verformungen mit sich bringen können. Bild 2 zeigt einen modernen Gegengewichtsrahmen, dessen oberer Abschnitt durch unsachgemäßes Anschlagen und Anheben verformt ist, wobei eine Schlinge um die oberen Rahmenelemente gewickelt war. Bild 3 zeigt dasselbe Gegengewicht, nachdem die ursprünglichen beschädigten Schlingenelemente ersetzt worden waren und ein weiterer Anschlag- und Hebevorgang zur Verformung des gerade ersetzten oberen Abschnitts in einer anderen Versagensart führte. Obwohl die betreffenden Ingenieure, obwohl sie Subunternehmer des Aufzugsherstellers waren, weder die Anschlag- und Hebeanweisungen des Herstellers noch spezielle Hebeanker erhalten hatten, scheint es kaum eine Entschuldigung dafür zu geben, den Fehler zweimal hintereinander zu wiederholen. 

Eine Betrachtung der Lasten und Kräfte, die auf ein Gegengewicht ausgeübt werden können, zeigt, dass die Komponentenanordnung komplexer ist, als es zunächst den Anschein macht. Ein Gegengewicht muss natürlich den Kräften standhalten können, die bei normaler Verwendung auftreten, einschließlich der Lasten, die durch den Gegengewichtsrahmen selbst und die damit verbundenen Füllgewichte ausgeübt werden, der Lasten, die beim Puffern bei Übergeschwindigkeit auftreten; der Kräfte, die am Seilende ausgeübt werden, wenn die Aufzugskabine beschleunigt und von den Tragseilen angehoben wird; der Kräfte, die durch die Befestigung von Kompensations- und Ausgleichsrahmen entstehen, zusammen mit den zusätzlichen Kräften, die beim Einrücken der Kabinenfangvorrichtung durch die Kompensation absorbiert und auf die Grubenstruktur übertragen werden; und des Rückprallschutzes und der zusätzlichen Lasten, die ausgeübt werden, wenn der Gegengewichtspuffer auf dem Gegengewicht und nicht auf dem Grubenboden montiert ist (Bild 4). Wenn Gegengewichtsfangvorrichtungen eingesetzt werden, muss das Gegengewicht so konstruiert sein, dass es den Kräften, die beim Betrieb der Fangvorrichtung bei bis zu 125 % Einfahrgeschwindigkeit ausgeübt werden, sicher standhält und dass das Gegengewicht und seine Komponenten intakt und sicher bleiben. Der Gegengewichtsrahmen muss ausreichend starr sein, um sicherzustellen, dass das Gegengewicht in seinen Führungsschienen gehalten wird und sich nicht lösen und mit der Aufzugskabine kollidieren kann. Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen muss die Balance des Gegengewichts berücksichtigt werden. Dies kann durch die Anpassung des Ausmaßes eines Versatzes der Füllgewichte und/oder deren Positionierung im Rahmen und/oder durch Feineinstellung der Position der Verankerung des Gegengewichtsaufhängungsseils erreicht werden. 

Alle diese Faktoren und potenziellen Gefahren müssen bei der Konstruktion des Gegengewichts berücksichtigt und abgemildert werden, sodass es sich bei dem Gegengewicht tatsächlich um eine komplexe technische Produktbaugruppe handelt, die bei jeder Konstruktion ernsthafte Beachtung finden muss.  

Eine Faustregel in der traditionellen Konstruktionspraxis besagt, dass ein Gegengewicht so konfiguriert werden muss, dass es zusätzliche 5 % der geschätzten Kabinenmasse aufnehmen kann und Platz für nicht weniger als 10 % der gesamten geschätzten Kabinenmasse oder für mindestens zwei zusätzliche Füllstücke bietet.  

Alle diese Faktoren und potenziellen Gefahren müssen bei der Konstruktion des Gegengewichts berücksichtigt und abgemildert werden, sodass es sich bei dem Gegengewicht tatsächlich um eine komplexe technische Produktbaugruppe handelt, die bei jeder Konstruktion ernsthafte Beachtung finden muss.  

Die Frage des Gleichgewichtsverhältnisses zwischen Kabine und Gegengewicht oder des prozentualen Übergewichts wird in Branchendiskussionen häufig gestellt und oft unnötig kompliziert, indem man eine absolute Anforderung von 50 % Übergewicht vorschlägt, was natürlich falsch ist. Ich habe ein Übergewicht von nur 33 % erlebt, und solange das Zugkraftverhältnis innerhalb der Norm bleibt, ist das in Ordnung. Es ist die jeweilige Aufzugskonstruktion und -anwendung, die den prozentualen Übergewichtsanteil bestimmt, und die Normen stellen diesbezüglich keine absolute Anforderung. Es ist Sache des Konstrukteurs, dies unter Berücksichtigung der besonderen Merkmale der Aufzugskonstruktion und -anwendung zu bestimmen. Es ist die Konstruktionskapazität der beibehaltenen Originalausrüstung, die es so wichtig macht, dass im Rahmen jeder Modernisierung das entsprechende Übergewicht und nicht nur eine Schätzung von 50 % festgelegt wird.

Die Anwendung des Safe-Lift-Konzepts stammt aus den 1920er Jahren und beinhaltet die Bereitstellung einer Gegengewichtsverlängerung, die in der Aufzugsgrube befestigt wird. Bei Bedarf wird die Verlängerung an der Unterseite des Gegengewichts befestigt, um den Transport schwerer Lasten zu erleichtern, die die normale Tragfähigkeit einer Aufzugskabine überschreiten. Ich erinnere mich an eine Konstruktion, die den Transport eines großen Transformators vom Dach einer Fabrik zur Reparatur/Renovierung erleichtern sollte. Der Transformator war das schwerste Anlagenteil in der Fabrik, und während der ursprünglichen Konstruktion und Konstruktion bauten die Konstrukteure das Safe-Lift-Konzept ein, um die Wartung und Reparatur des Transformators zu erleichtern. Die Tragfähigkeit einer Aufzugskabine konnte durch den Einsatz von Safe Lift um bis zu ein Drittel erhöht werden. 

Die Verwendung doppelter Gegengewichte stammt aus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die Lasten, die von der Kabine und ihrem Gegengewicht ausgehen, werden über ein Seilzugsystem transportiert, das von der Trommelantriebsmaschine getrennt ist und über eigene Seile separat mit der Kabine und ihrem eigenen Lastgegengewicht verbunden ist. Diese Anordnung verringert die Belastung der Trommelantriebsmaschine und der Maschinenlager. Bild 5 zeigt ein Beispiel aus dem Jahr 1907, das bis heute im regulären Betrieb ist.

Gegengewichte mit Zugstangen waren im frühen 20. Jahrhundert weit verbreitet und wurden auch in der EN 81-1:1998 verwendet, allerdings nur bei Kabinengeschwindigkeiten unter 1.0 m/s, bis diese Konstruktion in der EN 81-20:2014 endgültig aus dem Verkehr gezogen wurde. Ein Beispiel ist in Abbildung 7 dargestellt. Obwohl die Beibehaltung von Zugstangenkonstruktionen bei Modernisierungen nicht empfohlen wird, werden bei vielen Modernisierungskonstruktionen Änderungen an diesen Gegengewichten vorgenommen, wie beispielsweise zusätzliche Sicherungsrahmen oder ähnliche Sicherheitsvorkehrungen.

Wir sollten uns auch darüber im Klaren sein, dass Gegengewichte langlebige Komponenten sind, die im Rahmen einer Aufzugsmodernisierung häufig beibehalten werden, sodass ein Gegengewicht 50 Jahre oder länger im Einsatz sein kann. Tatsächlich ist mir ein Gegengewicht aus dem Jahr 1908 bekannt, das nun mit seinen hölzernen Führungsschienen, die in Bild 116 zu sehen sind, seit 6 Jahren im Einsatz ist.

Während die Entwicklung von leichten Gegengewichtsrahmen aus gepresstem Metall und alternativen Füllmaterialien häufig mit Nachhaltigkeitsfaktoren und Umweltfreundlichkeit gerechtfertigt wird, bringt mich die im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen verkürzte Lebensdauer dieser Komponenten zusammen mit den damit verbundenen erhöhten Sicherheitsrisiken (beispielsweise erhöhte Belastung der gepressten Metallrahmen während der Modernisierung und Fragen der Dauerfestigkeit) dazu, die langfristige Rentabilität und den Wert solcher kostenreduzierter (oder wertkonstruierter) Komponenten in Frage zu stellen.