Ein Beitrag zur Entwicklung von Sicherheitsbauteilen für Seilaufzüge

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Sicherheitsbauteilen für Seilaufzüge. Der Aufzug, wie er heute bekannt ist, verdankt seinen Durchbruch der Erfindung der Fangvorrichtung. Diese wurde bereits in der Mitte des 19. Jahrhunderts vorgestellt. Sie verhindert einen Absturz bei Versagen der Tragmittel. Die Gefahr war zu jener Zeit evident, da die Seile oft aus Hanf und anderen organischen Stoffen geflochten wurden. Eingangs richtet sich der Blick auf die Anfänge der Personenbeförderung mit Aufzügen und auf einen modernen Treibscheibenaufzug mitsamt seinem Sicherheitssystem. In der Grundkonzeption besteht ein Seilaufzug heute noch aus vergleichbaren Komponenten wie zu jener Zeit. Die erste Absturzsicherung für Aufzüge geht auf E.G. Otis zurück. Sein System kommt im wesentlichen auch heute noch zum Einsatz. Die relevanten Komponenten werden beschrieben und deren Funktion erklärt. Es gibt eine Reihe weiterer Maßnahmen - bereits beginnend in der Produktentwicklung, bis hin zur regelmäßigen Wartung und Überprüfung -, die ein hohes Sicherheitsniveau garantieren sollen. Insbesondere wird darauf hingewiesen, wie Versuchsergebnisse mit angehängtem Gegengewicht hinsichtlich der normativen Vorschriften in Freifallsituation zu interpretieren sind. Speziell bei der Durchführung von Tests und Untersuchungen ist das theoretische Verständnis über das Verhalten von Fangvorrichtungen und deren Peripherie notwendig. Trotz aller Sicherheitsmaßnahmen wie Gefahrenanalysen, Baumusterprüfungen, Erstabnahmen und periodischer Überprüfungen passieren immer wieder Unfälle, bei denen Personen zu Schaden kommen. Diese werden analysiert. Das Ziel ist es jedoch, dass es erst gar nicht zu Gefahrensituationen kommt. Eine Einrichtung die beitragen kann Versagen tragender Elemente zu vermeiden ist die sog. Lastwiegeeinrichtung. Es wird die Entwicklung einer solchen Einrichtung beschrieben. Die Besonderheit an diesem Produkt ist, dass die Funktion der Lastmessung in einen Seilfixpunkt integriert ist.<br />Weiters wird die Entwicklung einer kostengünstigen bidirektionalen Fangvorrichtung behandelt.<br />Ein besonderes Merkmal des beschriebenen Produktes ist die Ausführung des Grundkörpers als Federelement. Dadurch ist die Anzahl der Bauteile sowie der Aufwand zur Herstellung relativ gering. Einen Schwerpunkt setzt die Auslegung und Einteilung der Lastbereiche mit nur 10 Varianten (Laststufen) in Auf- und Abwärtsrichtung. Für die zahlreichen Labortests mit Prototypen wurde zur Bestimmung der idealen Fanglasten ein Modell zur Vorhersage der Versuchsergebnisse entwickelt. Die erwartete Gesamtfallstrecke (Start - Auslösung - Stopp) wird auf Basis stückweise-stetiger Linearisierung des charakteristischen Bremskraftverlaufes berechnet. Die Konzeption eines neuen Systems samt Einführung elektronischer Sicherheitsfunktionen stellt den abschließenden Teil dieser Arbeit dar. Hiermit ließen sich neue Funktionen realisieren, die in hohem Maße zur Steigerung der Sicherheit beitragen würden. Als Zwischenschritt wird am Ende dieser Arbeit ein Zwitter aus konventionellem und dem hier vorgestellten Sicherheitskonzept präsentiert, der künftig in neuen Aufzugsanlagen eingesetzt werden wird.<br />

This thesis deals with the development of safety components in rope-elevators. The elevator, as known today, owes its breakthrough to the invention of the safety gear. This device was presented in the middle of the 19th century. It prevents the car from crashing in case of rope break. In this time the danger was always present, because the suspension ropes were made of hemp or other organic materials. The introduction presents a brief history of passenger transport via lifts and a contemporary traction sheave elevator with its safety system. The first safety device against downwards crash refers back to E.G. Otis. In principle his system is still in use today. The relevant components and functions are described. Furthermore there are several means of precaution that shall provide a high level of safety already beginning in the product development and covering periodic revision and checks. In particular methods to interpret the test-results with attached counterweight with respect to code-regulations in free-fall conditions are presented. The theoretical knowledge of the behavior of safety gears and their triggering devices is essential - especially for investigations and tests. Nevertheless, serious accidents still occur and people are harmed, despite precaution means such as risk assessment, type examination, inspection before putting into service and periodic checks. The accidents are analyzed. The major goal is to avoid any safety critical situation. A device which can help to prevent damage of supporting parts is the so called load-weighing-device. The development of this equipment is described. The characteristic feature of this product is the integration of the function into a rope-fixing.<br />Furthermore the development of a cheap bidirectional safety gear is presented. The main body is designed as a spring element. Therefore the number of single parts and the effort of mechanical machining can be kept low. A substantial section is about the design with focus on covering the whole range of use with just 10 variants of load-masses in up- and downwards direction. A mathematical model to predict the test-results with different loads was developed for the huge number of prototype tests in the laboratory. The expected total free-fall distance (start - triggering - stop) is calculated using bit by bit continuous linearization of the braking-force characteristics. The last part describes the conception of a new system including the introduction of safety electronic to elevator business. With this system new safety-functions are possible, in order to increase elevator-safety. At the end of this thesis a combination of the conventional and the above mentioned safety concept is presented as an intermediate step which will find its way into new elevator-systems.