ABB. 76So funktioniert's
Aufzug: interaktiver Simulator mit Seil und Gegengewicht
Ein voll besetzter Fahrkorb kann fast 2 Tonnen wiegen, doch der Motor muss nur etwa ein Viertel davon heben, weil am anderen Ende der Seile ein Gegengewicht hängt.
Dieses Gerät kann das 3D-Modell nicht anzeigen. Die Schritte des Rundgangs unten lassen sich als Text lesen.
1 / 10 Ein Aufzug im SchnittDas ist ein Personenaufzug mit sechs Haltestellen, von vorn aufgeschnitten. Der Fahrkorb läuft an Schienen in einem Betonschacht, das Gegengewicht daneben, der Antrieb steht in einem Raum darüber. Die Stockwerke liegen 3 m auseinander, also fährt der Fahrkorb von der untersten bis zur obersten Haltestelle 15 m.
Ziehen zum Drehen. Mausrad oder zwei Finger zum Zoomen.
Was das Modell zeigt
Wie funktioniert ein Aufzug oder Fahrstuhl? Bei einem Seilaufzug hängt der Fahrkorb an Stahlseilen, die über eine angetriebene Treibscheibe laufen, und am anderen Ende hängt ein Gegengewicht. Der Motor dreht die Scheibe, die Reibung nimmt die Seile mit, und wird der Fahrkorb zu schnell, klemmt ihn die Fangvorrichtung an den Führungsschienen fest.
Sie steigen im Erdgeschoss in einen Aufzug, drücken die 6, und etwa zehn Sekunden später öffnen sich die Türen 15 m weiter oben. Nichts im Fahrkorb verrät, wie das passiert ist. Keine Winde ist zu hören, kein Seil spannt sich spürbar, und die Fahrt fühlt sich gleich an, ob Sie allein fahren oder mit zwölf anderen Menschen zusammengedrängt. Dieses Exponat öffnet den Schacht, damit Sie sehen, warum.
Das Modell ist ein Treibscheibenaufzug für Personen in gängiger Größe: sechs Haltestellen im Abstand von 3 m, ein Fahrkorb, der 1000 kg wiegt und 1000 kg tragen darf, ein Gegengewicht daneben und ein getriebeloser Antrieb in einem Raum über dem Schacht. Die Tasten des Modells zählen die Haltestellen von 1 bis 6, und die 1 ist die unterste Haltestelle, also das, was in deutschen Gebäuden das Erdgeschoss ist. Nichts davon stammt aus dem Datenblatt eines bestimmten Herstellers. Jede Masse und jedes Maß ist ein Modellwert, im üblichen Bereich gewählt und so, dass sich die Rechnung leicht nachvollziehen lässt. Sie können bis zu 13 Fahrgäste zuladen (je 75 kg), die Ruftasten rechts auf der Bühne drücken, die Türen offen halten, die Nenngeschwindigkeit erhöhen und die Seile durchtrennen. Die Anzeige in der Ecke rechnet jedes Mal Moment, Arbeit pro Fahrt und die Sicherheitswerte neu.
Warum die Seile nicht auf eine Trommel gewickelt werden
Der naheliegende Weg, eine Kiste zu heben, ist, ein Seil daran zu binden und das Seil auf eine Trommel zu wickeln. Frühe Lastenaufzüge taten genau das, und kleine Trommelwinden gibt es noch heute. Das Problem: Die Trommel muss das ganze Seil aufnehmen, und der Motor muss jedes Mal das volle Gewicht von Fahrkorb und Last heben.
Ein Treibscheibenaufzug macht es anders. Die Seile sind an einem Ende am Fahrkorb und am anderen am Gegengewicht befestigt, und dazwischen liegen sie einfach über einem gerillten Rad, der Treibscheibe. Nichts wird aufgewickelt. Dreht der Motor die Scheibe, nimmt die Reibung in den Rillen die Seile mit, sodass der Fahrkorb in die eine Richtung fährt und das Gegengewicht um dieselbe Strecke in die andere. Im Modell hat die Treibscheibe 640 mm Durchmesser, und fünf Seile laufen nebeneinander in ihren Rillen. Daneben spreizt eine kleinere Umlenkrolle die Seile, damit das Gegengewicht neben dem Fahrkorb hängen kann und nicht direkt unter dem Antrieb.
Achten Sie auf die roten Markierungen an beiden Scheiben, während der Fahrkorb fährt. Sie drehen sich genau um den Seilweg geteilt durch ihren Radius, deshalb dreht die kleine Umlenkrolle schneller als die große Scheibe.
Das Gegengewicht trägt den Fahrkorb und etwa die halbe Last
Hier ist die erste Zahl, auf die es ankommt. Das Gegengewicht im Modell wiegt 1450 kg: der leere Fahrkorb (1000 kg) plus 45 % der Nennlast (1000 kg). Veröffentlichte Beschreibungen von Treibscheibenaufzügen nennen dieselbe Regel: Das Gegengewicht entspricht meist dem Fahrkorb plus 40 bis 50 % der Tragfähigkeit.
Warum nicht gleich den vollen Fahrkorb ausgleichen? Weil ein Aufzug selten voll ist. Entspräche das Gegengewicht dem vollen Fahrkorb, müsste der Motor einen leeren Fahrkorb gegen 1000 kg überschüssiges Gegengewicht nach oben ziehen, und außerhalb der Stoßzeiten ist der leere Fahrkorb der häufigste Fall. Der Mittelweg sorgt dafür, dass Fahrkorbseite und Gegengewichtsseite bei sechs Fahrgästen (450 kg) gleich schwer sind und das Ungleichgewicht in keiner Richtung sehr groß wird.
Stellen Sie den Regler „Fahrgäste“ auf 6 und sehen Sie auf die Anzeige. „Fahrkorbseite − Gegengewichtsseite“ steht auf null. In diesem Zustand muss der Motor nur die Reibung überwinden und die Massen beschleunigen. Alles andere gleicht die Schwerkraft am anderen Ende der Seile aus.
Moment und Energie nachrechnen
Das Moment, das der Motor bei gleichförmiger Fahrt liefern muss, ist die unausgeglichene Masse mal g mal Scheibenradius:
T = (m_car + m_load − m_cw) × g × r
Mit 13 Fahrgästen wiegt die Fahrkorbseite 1000 + 975 = 1975 kg, das Ungleichgewicht beträgt also 1975 − 1450 = 525 kg. Bei r = 0,32 m ergibt das 525 × 9,81 × 0,32 = 1648 N·m. Ohne Gegengewicht muss der Motor die ganzen 1975 kg halten: 1975 × 9,81 × 0,32 = 6200 N·m. Der ungünstigste Fall über den gesamten Lastbereich sinkt auf etwa 27 % dessen, was er ohne Gegengewicht wäre.
| Fahrgäste | Fahrkorbseite | Ungleichgewicht | Moment mit Gegengewicht | Ohne |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 1000 kg | −450 kg | −1413 N·m | 3139 N·m |
| 3 | 1225 kg | −225 kg | −706 N·m | 3846 N·m |
| 6 | 1450 kg | 0 kg | 0 N·m | 4552 N·m |
| 9 | 1675 kg | +225 kg | +706 N·m | 5258 N·m |
| 13 | 1975 kg | +525 kg | +1648 N·m | 6200 N·m |
Die Minuszeichen lohnen einen Blick. Bei leerem Fahrkorb ist die Gegengewichtsseite schwerer, also muss der Motor beim Aufwärtsfahren den Fahrkorb zurückhalten, statt ihn zu ziehen. Das Diagramm in der Anzeige zeigt das als rote Linie, die bei sechs Fahrgästen die Null kreuzt, während die graue Linie (ohne Gegengewicht) weit darüber bleibt.
Die Energie folgt demselben Muster. Den vollen Fahrkorb von Haltestelle 1 auf Haltestelle 6 (15 m) zu heben, kostet mit Gegengewicht 525 × 9,81 × 15 = 77 kJ. Ohne kostet es 1975 × 9,81 × 15 = 291 kJ, fast viermal so viel. Gemittelt über alle Lasten von 0 bis 13 Fahrgästen ist der Unterschied noch größer: etwa 39 kJ pro Fahrt mit Gegengewicht gegenüber 219 kJ ohne. Ist die Gegengewichtsseite die schwerere, arbeitet der Motor als Bremse, und ein moderner rückspeisefähiger Umrichter kann einen Teil dieser Energie ins Gebäude zurückspeisen, statt sie in Wärme zu verwandeln.
Warum die Treibscheibe die Seile überhaupt halten kann
Eine Treibscheibe funktioniert nur, weil beide Seilenden an ihr ziehen. Reibung auf einer gekrümmten Fläche kann einen Unterschied der Seilkräfte aufnehmen, aber nur bis zu einem Verhältnis, das exponentiell mit Reibungszahl und Umschlingungswinkel wächst. Seeleute nutzen denselben Effekt, wenn sie eine Leine ein paar Mal um einen Poller legen.
Im Modell beträgt das Seilkraftverhältnis zwischen beiden Seiten 1,45 bei leerem Fahrkorb, 1,00 im Gleichgewicht und 1,36 bei 13 Fahrgästen. Das sind entspannte Werte. Ohne Gegengewicht wäre auf der anderen Seite der Scheibe gar nichts, und ein Treibscheibenantrieb könnte nicht funktionieren. Das Gegengewicht hat also zwei Aufgaben: Es spart Motorarbeit, und es gibt der Scheibe etwas, woran sie greifen kann. Die britischen Aufzugsvorschriften fassen die zweite Aufgabe in einen Satz: Durch Treibscheiben angetriebene Aufzüge müssen so ausgelegt sein, dass die Stabilität der Treibseile auf der Scheibe gesichert ist.
Wie der Fahrkorb entscheidet, wo er als Nächstes hält
Drücken Sie mehrere Tasten am Rufpanel, und der Fahrkorb bedient sie nicht in der Reihenfolge, in der Sie gedrückt haben. Er folgt einer vereinfachten Sammelsteuerung, dem Schema, das die meisten Einzelaufzüge in irgendeiner Form verwenden:
- Weiter in die aktuelle Richtung fahren, solange vorn noch ein Ruf liegt.
- Unterwegs für im Fahrkorb gedrückte Tasten halten und für Außenrufe in derselben Richtung.
- Liegen vorn nur noch Rufe in Gegenrichtung, bis zum entferntesten von ihnen fahren und dann umkehren.
- Ist vorn nichts mehr, umkehren oder mit geschlossenen Türen warten.
Der Rundgang stellt einen typischen Fall ein. Der Fahrkorb steht an Haltestelle 1. Innen hat jemand 5 und 2 gedrückt. An Haltestelle 3 will jemand aufwärts, an Haltestelle 4 jemand abwärts. Der Fahrkorb hält auf dem Weg nach oben an 2, 3 und 5 und fährt dann zurück hinunter zur 4. Der Fahrgast an Haltestelle 4 wartet etwas länger, aber niemand wird in die falsche Richtung mitgenommen. Festplatten bewegten ihre Leseköpfe einst nach derselben Regel, und die Informatik nennt sie bis heute Fahrstuhlalgorithmus.
Die Anzeige listet die geplanten Halte nach dem Wort „nächste“, und die Liste ändert sich, sobald Sie eine Taste drücken. Ein Ruf, für den der Fahrkorb nicht mehr rechtzeitig halten kann (weil er zu nah ist, um mit 1 m/s² sanft zu bremsen), bleibt für die Rückfahrt liegen.
Hochhäuser mit Aufzugsgruppen nutzen aufwendigere Verfahren. Bei der Zielwahlsteuerung geben die Fahrgäste ihr Stockwerk vor dem Einsteigen ein, und die Steuerung fasst Menschen mit nahe beieinanderliegenden Zielen im selben Fahrkorb zusammen.
Türen, die verriegeln, bevor der Fahrkorb fährt
Eine Schachttür, die sich zu einem leeren Schacht öffnet, ist genau die Gefahr, gegen die die Verriegelung da ist. Jede Schachttür im Modell hat ein Schloss am Türkämpfer. Schließen die Türen, fällt ein Haken, ein Kontakt schließt, und die kleine Lampe neben dem Schloss wird grün. Alle sechs Kontakte liegen in Reihe im Sicherheitskreis, sodass eine einzige offene Tür irgendwo den ganzen Aufzug stoppt.
Die britischen Aufzugsvorschriften, die die europäischen grundlegenden Anforderungen übernehmen, sagen es klar: Eine Verriegelungseinrichtung muss im Normalbetrieb jedes Anfahren des Fahrkorbs verhindern, solange nicht alle Schachttüren geschlossen und verriegelt sind, und das Öffnen einer Schachttür verhindern, während der Fahrkorb sich außerhalb der Entriegelungszone bewegt. Schalten Sie „Türen offen halten“ ein und drücken Sie ein anderes Stockwerk. Der Fahrkorb bleibt stehen, die Anzeige sagt warum, und er fährt los, sobald Sie die Türen freigeben und das Schloss schließt.
Was passiert, wenn die Seile reißen
Das ist die Angst, die Menschen in den Aufzug mitnehmen, und sie ist der Grund, warum der Aufzug überhaupt zur Maschine für Personen wurde. Im Modell können Sie alle fünf Seile mit einem Schalter durchtrennen. Der Fall wird mit einem Viertel der echten Geschwindigkeit gezeigt, denn in Wirklichkeit ist alles nach etwa einer halben Sekunde vorbei.
Drei Teile wirken zusammen. Der Geschwindigkeitsbegrenzer sitzt im Triebwerksraum. Sein eigenes Seil bildet eine Schleife hinunter zu einer beschwerten Spannrolle in der Schachtgrube und ist am Fahrkorb festgeklemmt, sodass sich der Begrenzer dreht, wann immer der Fahrkorb fährt. Fliehgewichte darin schwingen mit steigender Geschwindigkeit nach außen. Im Modell löst er beim 1,15-Fachen der Nenngeschwindigkeit aus, also bei 2,01 m/s für 1,75 m/s, und eine Klemme blockiert das Begrenzerseil. Der Fahrkorb fällt noch einen Augenblick weiter, also zieht das blockierte Seil das Gestänge am Fahrkorbrahmen nach oben. Dieses Gestänge hebt die Keile der Fangvorrichtung in den enger werdenden Spalt neben jeder Schiene, und sie klemmen die Schiene, bis der Fahrkorb steht.
Die Rechnung ist kurz. Aus dem Stand fällt der Fahrkorb frei, bis er 2,01 m/s erreicht, das dauert 2,01 ÷ 9,81 = 0,21 s und kostet 2,01² ÷ (2 × 9,81) = 21 cm. Danach bremst die Bremsfangvorrichtung des Modells im Mittel mit 0,6 g, er steht also nach 2,01² ÷ (2 × 0,6 × 9,81) = 34 cm. Insgesamt etwa 55 cm. Das nun freie Gegengewicht fällt auf seinen Puffer in der Grube.
Die Vorschriften verlangen drei Dinge, die Sie hier sehen. Der Aufzug muss einen Geschwindigkeitsbegrenzer haben. Die Einrichtung, die einen fallenden Fahrkorb anhält, muss von den Seilen unabhängig sein, an denen er hängt. Und sie muss den Fahrkorb mit voller Nennlast und Höchstgeschwindigkeit anhalten können, ohne die Fahrgäste schädlich zu verzögern. Außerdem schreiben sie mindestens zwei unabhängige Seile mit je eigener Befestigung vor und Puffer in der Grube. Die genaue Auslösegeschwindigkeit und den zulässigen Verzögerungsbereich legen die ausführlichen Aufzugsnormen fest. Die hier verwendeten Werte 1,15 und 0,6 g sind Modellwerte in einem üblichen Bereich.
Wie schnell Aufzüge in hohen Gebäuden fahren
Der Geschwindigkeitsregler reicht bis 21 m/s, die Nenngeschwindigkeit, die Hitachi für seinen Aufzug im Guangzhou CTF Finance Centre angibt: 1260 m/min, mit denen er Menschen vom Erdgeschoss in die Hotellobby im 95. Stock bringt, 440 m hoch, in etwa 42 s. Abwärts fährt derselbe Aufzug nur 600 m/min (10 m/s). Davor hielt Taipei 101 den Rekord, dessen Aufzüge 2004 auf 16,83 m/s kamen. Die Doppeldeckaufzüge im Burj Khalifa fahren bis zu 10 m/s.
Schieben Sie den Regler im Modell hoch, und es scheint fast nichts zu passieren. Genau darum geht es. Bei einer Beschleunigung von 1 m/s² braucht ein Fahrkorb v² ÷ a Meter, um zu beschleunigen und wieder zu bremsen. Für 21 m/s sind das 441 m, etwas mehr als die ganze Fahrt in Guangzhou, und deshalb kommt die Zeit auf etwa 2 × √440 = 42 s, passend zu Hitachis Angabe. In unserem 15-m-Schacht erreicht der Fahrkorb nur √15 = 3,9 m/s, bevor er bremsen muss. Schnelle Aufzüge lohnen sich nur in hohen Gebäuden, und selbst dort bestimmen die Komfortgrenzen der Beschleunigung und der Druckwechsel in den Ohren einen großen Teil der Auslegung.
Wo das Modell einfacher ist als ein echter Aufzug
- Das Seilgewicht ist weggelassen. In einem hohen Gebäude wiegen die Seile selbst Hunderte Kilogramm und wandern beim Fahren von einer Seite der Treibscheibe auf die andere, deshalb hängen Aufzüge mit großer Förderhöhe Ausgleichsseile oder -ketten unter Fahrkorb und Gegengewicht.
- Reibung, Motorverluste und die Energie zum Beschleunigen der Massen sind vernachlässigt. Moment und Arbeit in der Anzeige sind nur der Schwerkraftanteil.
- Echte Fahrkurven begrenzen auch den Ruck (die Änderungsrate der Beschleunigung), sodass Anfahren und Halten sanfter sind als die konstanten 1 m/s² hier.
- Die Fangvorrichtung im Modell greift mit festen 0,6 g. Eine echte Bremsfangvorrichtung wird auf die Nennlast eingestellt, und ihre Verzögerung hängt von der Last im Fahrkorb ab.
- Die Steuerung folgt einer einfachen Regel und lässt Türwiederöffnen, Lastmessung (ein echter Aufzug fährt bei Überlast nicht los) und Feuerwehrbetrieb außen vor.
Kurze Geschichte
Die Erfindung, die mit Elisha Otis verbunden ist, ist die Sicherheitsbremse, nicht der Aufzug selbst. Die Otis Elevator Company datiert ihr Geschäft auf den 20. September 1853, den ersten Verkauf eines Aufzugs mit seiner Sicherheitsbremse. 1854 stellte sich Otis auf der Ausstellung der Industrie aller Nationen in New York (der Crystal-Palace-Ausstellung) auf eine hochgezogene Plattform und ließ das Hubseil kappen. Nach der Firmengeschichte sackte die Plattform ein paar Zentimeter ab, dann hielt die Bremse sie, und Otis rief der Menge zu: „Alles sicher, meine Herren, alles sicher.“ Drei Jahre später, am 23. März 1857, ging der erste Otis-Personenaufzug im E. V. Haughwout Building in New York in Betrieb. Otis erhielt im Januar 1861 ein Patent und starb wenige Monate später.
Seitdem sind die Geschwindigkeiten gestiegen. Hitachi erwähnt, dass sein Aufzug von 1968 für das Kasumigaseki Building in Tokio mit 300 m/min fuhr, damals der schnellste Japans; der Aufzug in Guangzhou fährt mehr als viermal so schnell.
Wie die Zahlen geprüft wurden
Alle Werte auf der Bühne stammen aus einem Satz Formeln. Dieselben Formeln wurden von Hand durchgerechnet, und die Ergebnisse stimmen überein für: das Gegengewicht, den Ausgleichspunkt bei sechs Fahrgästen, Moment und Arbeit für 0 und 13 Fahrgäste mit und ohne Gegengewicht, die Seilkraftverhältnisse, die Fahrzeiten, Hitachis 42 s für 440,4 m, Freifall- und Bremsweg sowie fünf Rufabfolgen für die Sammelsteuerung. Alle 54 Handrechnungen stimmen überein.
Leistung ist nicht dasselbe wie Energie pro Fahrt
Ein Motor muss danach ausgewählt werden, wie schnell er Arbeit leisten kann, und nicht nur nach der Energie einer ganzen Fahrt. Stellen Sie sich eine unausgeglichene Masse von 1000 kg vor, die gleichmäßig mit 3 m/s steigt. Das sind Rechenannahmen, nicht die Last und die Geschwindigkeit des Fahrkorbs auf der Bühne. Die Schwerkraft zieht mit 9810 N nach unten. Multipliziert man diese Kraft mit der Geschwindigkeit, ergibt das 29430 W oder 29,43 kW mechanische Leistung. Die Masse um 15 m zu heben kostet 147150 J, also etwa 147 kJ, gleichgültig, ob der gleichmäßige Teil der Fahrt schnell oder langsam ist. Höhere Geschwindigkeit verlangt mehr Leistung, ändert diese Hubenergie aber nicht.
Nun mit den tatsächlichen Massen des Modells. Bei 13 Fahrgästen trägt nur das Ungleichgewicht von 525 kg zur gleichmäßigen Hubleistung bei. Bei 3 m/s braucht es etwa 15,45 kW. Bei den voreingestellten 1,75 m/s sind es etwa 9,01 kW. Beide idealen Fahrten über 15 m übertragen dieselben 77,25 kJ zwischen Motor und bewegten Gewichten. Diese Werte lassen Beschleunigung und Verluste weg, genau wie die Arbeitsanzeige. Sie sind keine empfohlene Motornennleistung und keine Zählerwerte.
Nehmen Sie nur zur Veranschaulichung an, die Umwandlung von elektrischer Eingangsleistung in mechanische Ausgangsleistung hätte beim gleichmäßigen Heben einen Wirkungsgrad von 80 %. Um 15,45 kW an der Treibscheibe zu liefern, wären dann etwa 19,31 kW aus dem Netz nötig. Dieser angenommene Wirkungsgrad wird in diesem Exponat nicht gemessen. Der Jahresverbrauch eines Gebäudes umfasst außerdem Türantrieb, Beleuchtung und Wartezeiten. Man erhält ihn nicht, indem man eine ideale Fahrt mit der Zahl der täglichen Fahrgäste multipliziert, denn Fahrgäste teilen sich Fahrten und die Beladung ändert sich.
Ein ausgeglichener Fahrkorb hat trotzdem Trägheit
Bei sechs Fahrgästen haben die Fahrkorbseite und das Gegengewicht je eine Masse von 1450 kg. Ihre Gewichtswirkungen heben sich an der Treibscheibe auf, aber keine der Massen verschwindet. Beschleunigt der Fahrkorb nach oben, beschleunigt das Gegengewicht nach unten. Beide gewinnen kinetische Energie, der Motor muss also ihre gemeinsamen 2900 kg beschleunigen, obwohl das statische Ungleichgewicht null ist.
Für eine ideale Rechnung bei 1 m/s², ohne Seilmasse und ohne rotierende Trägheit, beträgt die zusätzliche Antriebskraft 2900 N. Beim Treibscheibenradius des Modells von 0,32 m entspricht das einem Beschleunigungsmoment von 928 N·m. Es kommt zum Schwerkraftmoment hinzu, das in diesem ausgeglichenen Fall zufällig null ist. Erreicht dasselbe System 1,75 m/s, enthalten seine beiden translatorisch bewegten Massen zusammen etwa 4,44 kJ kinetische Energie. Das Bremsen muss diese Energie wieder abbauen. Eine echte Maschine beschleunigt außerdem ihren Rotor und ihre Scheiben, und ihr Antrieb hat Strom- und Temperaturgrenzen.
Deshalb darf man das Moment null der Anzeige beim Ausgleich nicht als Versprechen lesen, der Aufzug brauche keinen Motor. Es ist das gleichmäßige Schwerkraftmoment, das null ist. Das Modell trennt diesen einfachen Vergleich bewusst von der Bewegungsrechnung. Die Fahrgastzahl beeinflusst die Momentanzeige, aber das Exponat simuliert keinen Motor, der mit der vorgegebenen Beschleunigung kämpft. In einem echten Aufzug müssen Traktion, verfügbares Motormoment und das zulässige Fahrprofil gemeinsam geprüft werden.
Maschinenbremse und Fangvorrichtung haben verschiedene Aufgaben
Im Normalbetrieb bremst der Antrieb den Fahrkorb vor einem Halt ab, und die Maschinenbremse hält die stehende Anlage. Der Geschwindigkeitsbegrenzer und die Fangvorrichtung betreffen eine andere Störung: einen zu schnell fahrenden Fahrkorb. Der Begrenzer erfasst die Bewegung über sein eigenes Seil, die Fangvorrichtung wirkt dagegen auf die Führungsschienen. Die britischen Aufzugsvorschriften (Lifts Regulations) verlangen, dass die Einrichtung gegen freien Fall unabhängig von der Aufhängung des Fahrkorbs ist. Eine Bremse, die nur auf die Treibscheibe wirkt, würde diesen Zweck nicht erfüllen, wenn alle Tragseile gerissen sind.
Der Schienengriff ist kein Befehl, am nächsten Stockwerk zu halten, und keine gewöhnliche Fahrgastbedienung. Ein stehender Fahrkorb kann zwischen zwei Halten stehen und trotzdem eine kontrollierte Befreiung durch fachkundiges Personal erfordern. Die Puffer in der Grube erfüllen am Ende des Fahrwegs eine weitere Schutzaufgabe; sie ersetzen weder den Begrenzer noch die Fangvorrichtung. Die getrennten Teile sind wichtig, weil ein einzelner Ausfall nicht jede Möglichkeit nehmen darf, den Fahrkorb aufzuhalten.
Der Seilschalter auf dem Bildschirm trennt alle fünf Tragseile gleichzeitig, damit dieser Ablauf sichtbar wird. Er schätzt nicht, wie wahrscheinlich ein solches Ereignis ist. Ebenso gilt das Ergebnis von 55 cm nur für die genannten Modellbedingungen, darunter die Anfangsbewegung, die Auslöseschwelle und die angenommene Bremsverzögerung. Es ist kein garantierter Weg für jede Anlage. Nutzen Sie niemals eine Rechnung dieses Exponats, um die Sicherheitseinrichtungen eines echten Aufzugs zu prüfen, einzustellen oder zu testen.
Die Vergleiche auf dem Bildschirm ausprobieren
Stellen Sie Fahrgäste auf 0, lassen Sie die Nenngeschwindigkeit bei 1,75 m/s und rufen Sie von Stockwerk 1 aus Stockwerk 6. Beachten Sie das negative Ungleichgewicht: Der leere Fahrkorb ist leichter als das Gegengewicht. Wiederholen Sie das mit sechs Fahrgästen und dann mit 13. Die Anzeige geht durch null und wird positiv. In jedem Fall fährt der Fahrkorb auf Befehl aufwärts. Das Vorzeichen beschreibt die Richtung der Schwerkraftarbeit des Motors, nicht die Richtung, in die die Fahrgäste fahren wollen.
Vergleichen Sie als Nächstes eine Fahrt von Stockwerk 1 nach 2 mit einer von 1 nach 6. Die Strecken sind 3 m und 15 m. Mit der angenommenen Beschleunigung von 1 m/s² kann die kürzere Fahrt nur etwa 1,73 m/s erreichen, bevor sie bremsen muss. Auch wenn man die Nenngeschwindigkeit auf 21 m/s stellt, fährt diese kurze Strecke nicht mit 21 m/s. Selbst die längere Fahrt erreicht im idealen dreieckigen Geschwindigkeitsverlauf nur etwa 3,87 m/s. Diese Grenzen ergeben sich aus der verfügbaren Strecke, nicht aus einem Fehler des Reglers.
Nutzen Sie zuletzt „Türen offen halten“, bevor Sie ein weiteres Stockwerk anfordern. Lassen Sie los und beobachten Sie, wie die Verriegelung die Fahrt freigibt. Probieren Sie „Seile durchtrennen“ gesondert aus und lassen Sie die Nenngeschwindigkeit auf dem Standardwert, damit sich das Ergebnis mit der Sicherheitsrechnung oben vergleichen lässt. Die Bedienelemente zeigen zwei verschiedene Schutzfunktionen: das Verhindern der Abfahrt bei entriegelter Schachttür und das Aufhalten eines zu schnellen Fahrkorbs. Keine der beiden Handlungen ist eine Aufforderung, außerhalb dieses Modells an Türen oder Sicherheitseinrichtungen zu hantieren.
Fragen
Kann ein Aufzug abstürzen, wenn das Seil reißt?
Ein Treibscheibenaufzug hängt an mehreren unabhängigen Seilen. Sicherheitsvorschriften bemessen sie mit großer Reserve; die kalifornischen Aufzugssicherheitsvorschriften etwa legen für Tragseile einen Mindestsicherheitsfaktor fest, der mit der Seilgeschwindigkeit steigt. Dass alle Seile vollständig reißen, ist sehr unwahrscheinlich. Wird der Fahrkorb aus irgendeinem Grund zu schnell, löst der Begrenzer aus, und die Fangvorrichtung klemmt die Schienen. Im Modell steht der Fahrkorb dann etwa 55 cm unter der Stelle, an der die Seile gerissen sind.
Warum hat ein Aufzug ein Gegengewicht?
Es gleicht den Fahrkorb plus etwa die halbe Nennlast aus. Das senkt das Motormoment und die Energie pro Fahrt, und es sorgt für Seilkraft auf beiden Seiten der Treibscheibe, damit die Seile greifen. Im Modell senkt es das Moment im ungünstigsten Fall von 6200 auf 1648 N·m.
Warum ist das Gegengewicht nicht so schwer wie ein voller Fahrkorb?
Weil Aufzüge meist teilweise leer fahren. Ein Gegengewicht, das auf etwa die halbe Last ausgelegt ist, hält das Ungleichgewicht bei den häufigsten Lasten klein. Ein voller und ein leerer Fahrkorb belasten den Motor dann ungefähr gleich stark und in entgegengesetzter Richtung.
Braucht ein Aufzug aufwärts oder abwärts mehr Energie?
Das hängt von der Last ab. Ein voller Fahrkorb aufwärts und ein leerer abwärts lassen beide den Motor arbeiten, weil die schwerere Seite gehoben wird. Ein leichter Fahrkorb aufwärts oder ein voller abwärts lässt die Schwerkraft die Arbeit tun, und der Motor wirkt als Bremse. Rückspeisefähige Antriebe geben einen Teil dieser Energie zurück.
Warum fährt der Aufzug manchmal an meinem Stockwerk vorbei?
Haben Sie die Abwärtstaste gedrückt und der Fahrkorb fährt gerade aufwärts, fährt er an Ihrem Stockwerk vorbei und holt Sie auf dem Rückweg ab. Das ist die Sammelregel bei der Arbeit. Rufe, für die der Fahrkorb zu nah ist, um sanft zu halten, bleiben ebenfalls für die nächste Fahrt liegen.
Fährt der Aufzug mit offenen Türen?
Nein. Jede Schachttür hat einen Verriegelungskontakt, und der Fahrkorb darf erst losfahren, wenn alle geschlossen und verriegelt sind. Die auf dieser Seite zitierten Vorschriften machen das für Aufzüge im Vereinigten Königreich und in der EU zur gesetzlichen Pflicht.
Welcher Aufzug ist der schnellste der Welt?
Hitachi gibt für seinen Aufzug im Guangzhou CTF Finance Centre eine Nenngeschwindigkeit von 1260 m/min (21 m/s) aufwärts an, 2019 von Guinness World Records anerkannt. Er legt 440 m in etwa 42 s zurück und fährt mit 10 m/s abwärts.
Wie viel Leistung braucht es, 1000 kg mit 3 m/s zu heben?
Ohne Verluste und Beschleunigung 29,43 kW. Das ist eine hypothetische unausgeglichene Masse. Mit dem Gegengewicht des Modells und 13 Fahrgästen beträgt das Ungleichgewicht 525 kg, die entsprechende gleichmäßige mechanische Leistung also etwa 15,45 kW.
Heißt perfekter Ausgleich, dass man den Motor weglassen kann?
Nein. Bei sechs Fahrgästen gleicht sich die Schwerkraft aus, aber beide bewegten Massen haben weiter Trägheit. Anfahren, Reibung überwinden und das Anhalten steuern braucht einen Antrieb. Die angezeigte Null ist nur das gleichmäßige Schwerkraftmoment.
Ist das Ergebnis beim Durchtrennen der Seile eine Sicherheitsgarantie für einen echten Aufzug?
Nein. Der Bremsweg hängt von der Anfangsgeschwindigkeit und von den im Modell angenommenen Einstellungen für Begrenzer und Fangvorrichtung ab. Echte Einrichtungen müssen nach den geltenden Sicherheitsvorschriften ausgelegt, geprüft und gewartet werden.
Begriffe
- Fahrkorb: der Teil, der die Fahrgäste befördert, eine Kabine in einem Stahlrahmen.
- Gegengewicht: das Gewicht am anderen Ende der Seile, meist Fahrkorb plus 40 bis 50 % der Nennlast.
- Treibscheibe: das gerillte Rad am Motor, das die Seile durch Reibung bewegt.
- Umlenkrolle: ein nicht angetriebenes Rad, das die Seile spreizt, damit Fahrkorb und Gegengewicht getrennt hängen.
- Nennlast: die größte Last, für die der Aufzug ausgelegt ist, im Modell 1000 kg.
- Nenngeschwindigkeit: die Geschwindigkeit, für die der Aufzug ausgelegt ist, im Modell 1,75 m/s.
- Geschwindigkeitsbegrenzer: die Einrichtung, die die Geschwindigkeit erfasst und ihr eigenes Seil blockiert, wenn der Fahrkorb zu schnell wird.
- Fangvorrichtung: Keile oder Rollen am Fahrkorbrahmen, die die Führungsschienen packen, wenn das Begrenzerseil sie zieht.
- Verriegelung: Schloss und Kontakt einer Schachttür, die den Fahrkorb stillhalten, bis die Tür geschlossen und verriegelt ist.
- Puffer: das Feder- oder Ölpolster in der Schachtgrube unter Fahrkorb und Gegengewicht.
- Sammelsteuerung: eine Regel, die Rufe in Fahrtrichtung bedient, bevor der Fahrkorb umkehrt.
- Zielwahlsteuerung: ein System, bei dem Fahrgäste ihr Ziel vor dem Einsteigen eingeben und einem Fahrkorb zugeteilt werden.
Quellen
- Otis Elevator Company, Our history: a story of innovation and progress (1853 first sale, 1854 Crystal Palace demonstration, 1857 Haughwout Building, 1861 patent). https://www.otis.com/en/us/our-company/history (checked 2026-10-17)
- National Inventors Hall of Fame, Elisha Graves Otis (elevator brake, US Patent 31,128; died 8 April 1861). https://www.invent.org/inductees/elisha-graves-otis (checked 2026-10-17)
- Design of Weight Cart for Elevator Balance Coefficient Test, ICCIR '22 proceedings, ACM 2022 (balance coefficient of traction lifts 0.4 to 0.5 under GB 7588-2003; the publisher page answers scripted requests with 403). https://doi.org/10.1145/3548608.3559238 (checked 2026-10-17)
- California Code of Regulations, Title 8, Section 3107, Factors of Safety for Suspension Wire Ropes (minimum factor of safety for suspension ropes, rising with rope speed). https://www.dir.ca.gov/title8/3107.html (checked 2026-10-17)
- UK legislation, The Lifts Regulations 2016, Schedule 1, essential health and safety requirements (interlocks, free fall device independent of the suspension, overspeed governor, two ropes, buffers, friction pulleys). https://www.legislation.gov.uk/uksi/2016/1093/schedule/1 (checked 2026-10-17)
- European Commission, Lifts (scope of the Lifts Directive 2014/33/EU: lifts faster than 0.15 m/s). https://single-market-economy.ec.europa.eu/sectors/mechanical-engineering/lifts_en (checked 2026-10-17)
- EU-OSHA, Directive 2014/33/EU: lifts and safety components for lifts. https://osha.europa.eu/en/legislation/directive/directive-201433eu-lifts-and-safety-components-lifts-recast (checked 2026-10-17)
- Hitachi, Hitachi's elevator delivered to Guangzhou CTF Finance Centre received a Guinness World Records title as the world's fastest (2019; 1,260 m/min up, 600 m/min down, 440.4 m, about 42 s, 1,600 kg). https://www.hitachi.com/en/press/articles/2019/09/0927 (checked 2026-10-17)
- Hitachi, Hitachi reaches 1,260 m/min, the world's fastest speed with ultra-high-speed elevator (2017; governor for different up and down speeds). https://www.hitachi.com/en/press/articles/2017/06/0602 (checked 2026-10-17)
- Academia Sinica, Institute of Statistical Science, TAIPEI 101 (2004 world records including the fastest elevators at 1,010 m/min, that is 16.83 m/s). https://www3.stat.sinica.edu.tw/2007symp/taipei101.htm (checked 2026-10-17)
- Toshiba Elevator and Building Systems, TAIPEI 101 (1,010 m/min ultra-high-speed elevator). https://www.toshiba-elevator.co.jp/elv/infoeng/projects/taiwan/02.html (checked 2026-10-17)
- Otis, SkyRise brochure, 2017 (Burj Khalifa double-deck elevators at 10 m/s). https://www.otis.com/documents/256045/10848749/Skyrise-brochure--jan-2017-.pdf/07d77263-38b1-5d10-5f3b-e05957410f4b (checked 2026-10-17)
- Remzi and Andrea Arpaci-Dusseau, Operating Systems: Three Easy Pieces, chapter Hard Disk Drives, University of Wisconsin-Madison (SCAN, sometimes called the elevator algorithm). https://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/file-disks.pdf (checked 2026-10-17)
- Daniel Baker and William Haynes, Engineering Statics: Open and Interactive, 9.5 Flexible Belts (T₊/T₋ = e^(μβ), rope wrapped round a bar). https://engineeringstatics.org/Chapter_09-flexible-belt-friction.html (checked 2026-10-17)
- Georgia State University HyperPhysics, Torque. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/torq.html (checked 2026-10-17)
- Georgia State University HyperPhysics, Work. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/work.html (checked 2026-10-17)
- Calculations on this page: m_cw = m_car + 0.45 × rated, T = Δm·g·r, W = Δm·g·h, t = h/v + v/a (or 2√(h/a) when h < v²/a), v_trip = 1.15 × v, d_fall = v_trip² / 2g, d_stop = v_trip² / (2 × 0.6 g).
Themenpfad 3 von 7
Fragen aus einem gewöhnlichen Tag










