Frühe maschinenraumlose Aufzüge

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Abbildungen 3 und 4: Otis LIM-Aufzug („The LIM Elevator Drive“, EW, März 1991)

Eine kurze Geschichte der Anfänge des bahnbrechenden maschinenraumlosen (MRL) Aufzugs

Die vielleicht am schwierigsten zu schreibende Art von Geschichte ist eine Geschichte zeitgenössischer Ereignisse. Über das offensichtliche Paradox der Gegenüberstellung der Wörter „Geschichte“ und „Zeitgenosse“ im selben Satz hinaus besteht auch das Problem, eine sinnvolle Geschichte von Ereignissen zu entwerfen, für die es keine kritische Distanz gibt. Dieses Fehlen macht es oft schwierig, die relative Bedeutung bestimmter Ereignisse zu bestimmen, was sich wiederum auf die Genauigkeit der erzählten Geschichte auswirkt. Daher sollte die folgende kurze Geschichte der frühen maschinenraumlosen Aufzüge (MRL) mit Vorsicht betrachtet (oder gelesen) werden: Die Einschätzungen von Ereignissen können sich im Laufe der Zeit ändern und mehr Informationen verfügbar werden.

Die Erfindung der MRL-Aufzüge wurde als gleichbedeutend mit der Erfindung des modernen elektrischen Traktionsaufzugs beschrieben. Beide Systeme erforderten von Architekten und Ingenieuren, zu überdenken, wie Aufzüge in ihre Gebäude „passen“. Sie haben auch eine weniger offensichtliche Gemeinsamkeit – beide erforderten ein Überdenken der „Regeln“, die die Aufzugsinstallation regeln. Dieses „Umdenken“ war beim Treibaufzug vielleicht weniger offensichtlich. Seine Erfindung war mehr oder weniger parallel zur Entwicklung der ersten Sicherheitscodes für Aufzüge, die geschrieben wurden, um die sichere Installation und Verwendung dieser neuen Maschinen zu erleichtern. Die Erfindung des MRL-Aufzugs geschah jedoch im Zusammenhang mit ausgereiften Sicherheitsvorschriften für Aufzüge, die auf der Verwendung einer bestimmten Maschine (Traktionsaufzüge) beruhen. Daher erforderte der erfolgreiche kommerzielle Einsatz von MRL-Aufzügen eine Neubewertung bestehender Codes. (Die Verwendung des Plurals „Codes“ spiegelt das Vorhandensein der unterschiedlichen Codes wider, die in Nord- und Südamerika, Europa und Asien verwendet werden.) Zusätzliche Faktoren, die im Fall des Traktionsaufzugs nicht gefunden werden, sind das Vorhandensein eines globalen Marktes und die laufende Gespräche über die Schaffung internationaler oder globaler Sicherheitsstandards. Somit umfasst die Geschichte der MRL-Aufzüge tatsächlich zwei parallele Geschichten: die technische Geschichte dieses neuen Systems und die fortlaufende Geschichte der Sicherheitscodes für Aufzüge.

Die Ursprünge des modernen MRL-Aufzugs sind auch mit der Entwicklung eines weiteren innovativen Systems verbunden: dem Aufzug mit linearem Induktionsmotor (LIM). Das erste Design mit LIM wurde Ende der 1960er Jahre von Karl Kudermann von Kleemanns Vereinigte Fabriken in Stuttgart entwickelt. Die Konstruktion wurde als „Elektrischer Antrieb für Lastenförderer“ am 2,002,081. Juli 21 patentiert (Bild 1971). Der Titel des Patents ist insofern interessant, als er sich auf lastenförderer (Lastenförderer) und nicht auf Aufzüge (Aufzüge) bezieht. Hierin spiegelt sich Kleemanns Hauptfokus auf die Herstellung von industriellen Förderanlagen wider. Nichtsdestotrotz konzentrierte sich Kudermanns Entwurf auf die Verwendung eines LIM, das sich im Gegengewicht befindet, um den Aufzug anzutreiben. Obwohl die schematische Zeichnung des Systems deutlich auf das Fehlen eines Maschinenraums hinwies, wurde dieses Merkmal im Patenttext nicht erwähnt. Dieser Zusatznutzen wurde jedoch im zweiten Patent zu einem LIM-Aufzug erwähnt.

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Abbildung 1: „Elektrischer Antrieb für Lastenförderer“ von Karl Kudermann, patentiert am 21. Juli 1971
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Abbildung 2: Rene Ficheux und Marcel Pavozs „Selbstangetriebener Aufzug mit einem Linearmotor als Gegengewicht“, patentiert in den USA am 6. September 1983

Am 30. September 1980 reichten die Ingenieure von Otis France, Rene Ficheux und Marcel Pavoz, eine Patentanmeldung mit dem Titel „Ascenseur Automoteur Utilisant Comme Contrepoids un Moteur Électrique Linéaire“ ein, übersetzt als „Selbstangetriebener Aufzug mit einem Linearmotor als Gegengewicht“. Das französische Patent (Nr. 2,491,045) wurde am 2. April 1982 und ein amerikanisches Patent (Nr. 4,402,386) am 6. September 1983 erteilt. Zwei Versionen der Konstruktion wurden beschrieben und illustriert: eine mit Maschinenraum -Typ Raum und einen, der den Maschinenraum eliminiert (Abbildung 2). Bei letzterem Schema wurde „ein toroidförmiger Elektromotor so angeordnet, dass er auf einer hohlzylindrischen Führungsschiene gleitet und von der Grube bis zur Decke des obersten Stockwerks reicht“. Diese Bauart wurde auch als geeignet für den Einsatz in „Wohngebäuden, in denen Penthouse-Maschinen verboten sind“ beschrieben. Diese Aussage ist der erste, wenn auch indirekte Hinweis auf bestehende Sicherheitsvorschriften.

Die „Innovation“-Kolumne der Dezemberausgabe 1983 von ELEVATOR WORLD enthielt den Text des Patents von Ficheux und Pavoz und die Zeichnung, die das maschinenraumlose Schema darstellte. Auf diese Einführung folgte eine langsame, aber stetige Reihe von Ankündigungen, die Otis' Entwicklung seines LIM-Designs aufzeichneten, die in einem Sonderartikel von EW-Gründer William C. Sturgeon, „The LIM Elevator Drive“, gipfelte, der im März 1991 veröffentlicht wurde. Stör berichtet:

„Die anfängliche LIM-Entwicklung wurde mit Unterstützung von Ernest P. Gagnon vom United Technology Research Center in Farmington, Connecticut, durchgeführt, wo ein Computermodell erstellt und das erste technische Modell gebaut und getestet wurde.“

Das Projekt verlagerte sich nach Frankreich, wo laut Sturgeon „das erste Serienmodell von Leroy-Somer nach Otis-Anforderungen entworfen und gebaut wurde“. Das Modell wurde dann „im Gien-Testturm von Otis France installiert“. Obwohl für diese Ereignisse kein Zeitrahmen angegeben wurde, ist davon auszugehen, dass sie sich Anfang der 1980er Jahre ereigneten und mit der Entwicklung des Patents von Ficheux und Pavoz in Verbindung standen.

Nach dieser anfänglichen Hektik bemerkte Sturgeon: „Der Linearantrieb ist aus den Nachrichten gerutscht.“ Er berichtete jedoch, dass in den späten 1980er Jahren Informationen über den Aufzug "in Form von Ausschnitten aus japanischen Zeitungen" verbreitet wurden, was enthüllte, dass Otis seine Forschungsbemühungen nach Japan verlagert hatte. 1990 wurde der LIM-Aufzug von Otis erstmals öffentlich von Keichiro Nakai von Nippon Otis anlässlich des 40-jährigen Bestehens der Japan Elevator Association präsentiert. Der Aufzug verwendete ein rohrförmiges LIM, das sich entlang einer aluminiumummantelten Stahlsäule bewegte, die die Höhe des Aufzugs verlängerte. Der Motor war im Gegengewicht untergebracht, das auch Bremse, Rollenführungen und Geschwindigkeitssensor enthielt (Bilder 3 und 4). Im Mai 1990 berichtete EW, dass Nippon Otis „den weltweit ersten linearen Aufzugsantrieb im Tokioter Bürogebäude von Bansei Construction Co. installiert. Eine zweite Einheit wird im Mitarbeiterwohnheim von Bansei in Kawasaki installiert“. EW berichtete auch, dass, weil sich das neue Design so stark von herkömmlichen Typen unterschied, jede Installation separat vom japanischen Bauministerium genehmigt werden muss. Obwohl nicht bekannt ist, ob das innovative Antriebssystem oder die Tatsache, dass der „Platz für einen Antriebsmotor am oberen Ende des Schachts“ weggefallen ist, die größten Bedenken auslöste, zeigt diese Aussage die Herausforderung, die der LIM-Aufzug an die japanischen Code-Beamten stellte .

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Abbildungen 3 und 4: Otis LIM-Aufzug („The LIM Elevator Drive“, EW, März 1991)

Otis erkannte, dass Japan nicht das einzige Land war, in dem Beamte vorgestellt, aufgeklärt und schließlich davon überzeugt werden mussten, dass LIM-Aufzüge eine sichere Ergänzung des Marktes sind. Aus diesem Grund startete das Unternehmen in den USA eine Werbe-/Bildungskampagne. Im August 1990 hielt der Otis-Ingenieur George W. Gibson beim 19. Behörden (jetzt NAESA International). Später wiederholte er seine Präsentation auf der Sitzung des ASME A17 Main Committee, die in Mobile, Alabama, stattfand. In seinem Artikel vom März 1991 charakterisierte Sturgeon diese Präsentationen als den Versuch von Otis, „die Teilnehmer über die Grundlagen des Linearantriebs und die Anwendung auf Aufzüge zu indoktrinieren und so den Weg für Diskussionen und letztendliche Akzeptanz dieses modernen Antriebs auf dem US-Markt zu ebnen“. Er berichtete, dass die Fragen zum neuen System „Zugang zur Inspektion, Säulenschwankung, Brandgefahr, Umwelteinwirkung auf den Schachtantrieb, Schwingung des Antriebs/Gegengewichts bei Erdbeben, Betrieb bei Stromausfall oder Feuer, und Sicherheit für das Wartungs-/Inspektionspersonal.“

Zu diesem Zeitpunkt enthielt der aktuelle Code (A17.1-1990) ein leichtes Paradox. Sturgeon stellte fest, dass der Kodex anscheinend „Innovation fördert“. Tatsächlich heißt es in seinem Vorwort: „Wenn ein neuer Ansatz den anerkannten Sicherheitsstandards entspricht, werden Spielraum und Ausnahmen gewährt.“ Gleichzeitig waren ihre Bestimmungen eindeutig restriktiv: So lautete zum Beispiel Regel 101.6 Lage von Maschinenräumen und Kontrollräumen: „Aufzugsmaschinen und Kontrollräume müssen sich über oder neben oder unter dem Aufzugsschacht befinden. Sie dürfen sich nicht im Schacht befinden.“ Diese Sprache wurde 17.1 in den A1985-Code eingeführt. Vor diesem Datum trug Regel 101.6 den Titel „Lagerung von Materialien im Maschinen- und Kontrollraum“, und der vorherige Code bezog sich anscheinend nicht auf den Standort des Maschinenraums und schränkte ihn nicht speziell ein . Wenn diese Lesung richtig ist, stellt sich die Frage: „Warum wurde der Code 1985 geändert?“

"Scheibenanordnung eines selbstfahrenden Aufzugs mit einem Linearmotor am Gegengewicht",
Abbildung 5: Pavoz' "Seilscheibenanordnung eines selbstfahrenden Aufzugs mit einem Linearmotor am Gegengewicht", patentiert am 21. August 1990 ("The LIM Elevator Drive", EW, März 1991)

Sturgeon verwies auch auf ein „neues Patent“ von Marcel Pavoz, das eine Variation des ursprünglichen Schemas von Ficheux und Pavoz betraf. Das neue Design eliminierte „die oben liegenden Seilrollen im Einklang mit der Kabine und dem Gegengewicht. Stattdessen befinden sich die Seilscheiben seitlich der Kabine auf beiden Seiten in einer sogenannten Zügelkupplung“ (Abbildung 5). Das Patent lautete "Seilscheibenanordnung eines selbstfahrenden Aufzugs unter Verwendung eines Linearmotors am Gegengewicht" (US-Patent Nr. 4,949,815, erteilt am 21. August 1990). Pavoz wiederholte im Abschnitt des Patents mit dem Titel „Hintergrundkunst“ die Tatsache, dass die Seilscheiben in der ursprünglichen Konstruktion „nur Führungsscheiben waren. . . [und waren] nicht an einen Antriebsmotor angeschlossen, und es besteht kein Bedarf für einen Maschinenraum, weder über Kopf noch unter der Kabine.“ Er stellte jedoch auch fest:

„In einigen Gegenden der Welt verlangen Sicherheitsvorschriften, dass im Schacht keine obenliegenden Seilrollen direkt über dem Kabinendach installiert werden. Die Einhaltung dieser Vorschriften führt zu einer sehr komplexen Seilanordnung, die typischerweise zwei am Kabinenrahmen unterhalb des Kabinenbodens angebrachte Seilscheiben erfordert, und wobei ein Seilverhältnis von 2:1 verwendet wird. Diese Anordnung ist kompliziert und kostspielig, da zusätzliche Seilscheiben und ein Übermaß an Seil erforderlich sind.“

Diese Aussage ist ein Beweis dafür, dass Pavoz und damit Otis versucht haben, ihr ursprüngliches Design so zu verbessern, dass es leichter von den aktuellen Sicherheitsvorschriften akzeptiert werden kann.

Während der LIM-Aufzug von Otis nicht den erhofften kommerziellen Erfolg erzielte (die höheren Kosten wurden nicht durch die erwarteten Baukosteneinsparungen ausgeglichen), löste er in den 1990er Jahren eine Innovationswelle aus, die sich auf die Entwicklung maschinenraumloser Aufzüge konzentrierte. Die Geschichte des Strebens von KONE nach einem MRL-Design wurde 2006 von Harri Hakala in einem Papier mit dem Titel „10th Anniversary of MRLs“ skizziert, das auf dem 2. Europäischen Aufzugskongress in Heilbronn vorgestellt wurde. (Das Papier wurde im Lift Report, Ausgabe 6, 2006 erneut veröffentlicht.) Hakala erklärte, dass das Interesse der Industrie an diesem neuen System bis 150 die Verfolgung von etwa 1995 LIM-Aufzugs-bezogenen Patenten veranlasste.

KONE begann Ende 1991 mit der Untersuchung von LIM-Antrieben. Ende 1992 hatte sich der Fokus jedoch auf die Entwicklung einer „Kombinationsreibungsantriebs- und Rotationsmaschine“ im Gegengewicht verlagert. Obwohl dieser Ansatz aus Bedenken hinsichtlich der Wartung des Antriebs aufgegeben wurde, blieb das Konzept der Verwendung eines Flachmotors bestehen und wurde zu dem, was Hakala als "eine Art motorisierte Treibscheibe" bezeichnete, weiterentwickelt. Wie in einem der frühen Patente zu dieser Konstruktion diskutiert und dargestellt, hatte der Antrieb ein flaches Profil und befand sich nahe der Oberseite des Schachtes (Abbildung 6). Der erste „laufende Prototyp“ wurde 1993 gebaut, und Mitte 1994 lief ein Prototyp im Originalmaßstab im KONE-Forschungszentrum in Hyvinkää, Finnland.

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Abbildung 6: Esko Aulanko, Jorma Mustalahti und Harri Hakala, „Traction Sheave Elevator“, patentiert am 4. Juli 1995

Wie bei Otis gab es auch bei KONE eine parallele Initiative zur technischen Entwicklung, die darauf abzielte, die Einschränkungen der aktuellen europäischen Sicherheitsvorschriften für Aufzüge zu überwinden. In seiner Präsentation von 2006 skizzierte Hakala das Problem:

„Mitte der 1990er Jahre hatten die meisten Länder ihre eigenen Sicherheitscodes, die normalerweise von einer allgemeinen Norm wie IEC oder DIN modifiziert wurden. Es war auch üblich, behördliche Inspektionen durchführen zu lassen, bevor ein Aufzug für die öffentliche unbeaufsichtigte Nutzung zugelassen wurde. . . . Auch die Bedeutung des Standards war unterschiedlich. In einigen Ländern waren Normen nur technische Empfehlungen, während sie in anderen Teil der Gesetzgebung waren. Innerhalb der EU ging die Entwicklung in Richtung eines gemeinsamen Standards. Es gab bereits harmonisierte Europäische Normen (EN 81-1 und EN 81-2), die jedoch optional waren; Länder könnten auch ihre eigenen Standards setzen. . . . Normen lieferten recht detaillierte technische Anforderungen für Aufzüge und waren de facto Konstruktionsregeln für Aufzugshersteller, wie sie von Inspektoren genannt wurden. In Absatz 6.1.2 heißt es beispielsweise:

„‚Die Maschine und die dazugehörige Ausrüstung müssen sich in einem speziellen Raum befinden, der aus massiven Wänden, Decke und Tür und/oder Falle besteht.' Es bestand jedoch die Möglichkeit, vom Standard abzuweichen. In Absatz (prEN 81-1) 0.0.4 heißt es: „Wenn aus Gründen der Übersichtlichkeit von einer Konstruktion gesprochen wird; dies sollte nicht als die einzig mögliche Konstruktion angesehen werden; jede andere Lösung, die zum gleichen Ergebnis führt, kann angewendet werden, wenn sie im Betrieb gleichwertig und mindestens ebenso sicher ist.“ Diese Option überließ den Lieferanten die Verantwortung, die gleiche Sicherheit wie im Kodex angegeben nachzuweisen. Daher wurde es selten genutzt und musste für jedes Land oder sogar jeden gelieferten Aufzug wiederholt werden.“

Die Lösung von KONE basierte auf der erwarteten Umsetzung einer von Hakala so genannten „neuen Aufzugsrichtlinie“, die am 31. Dezember 1997 in Kraft treten sollte , andere EU-Mitglieder mussten es akzeptieren.“ KONE begann daher 1994 mit den „niederländischen Behörden“ zusammenzuarbeiten, und am 3. März 1995 wurde der erste MonospaceTM-Aufzug, der im KONE-Bürogebäude in Voorsburg, Niederlande, installiert wurde, „zur Nutzung zugelassen“ und die „offizielle Produkteinführung fand“ statt in Brüssel im März 1996“ (Abbildung 7).

Der Monospace-Aufzug von KONE
Abbildung 7: Monospace-Aufzug von KONE (KONE Corporate Annual Report 1996)

Der innovative Geist, der die Entwicklung des LIM-Aufzugs von Otis und des Monospace-Aufzuges von KONE förderte – und das Ziel, kommerziell rentable MRL-Aufzüge herzustellen – durchdrang die Branche in den 1990er Jahren und zu Beginn des neuen Jahrhunderts, Mitsubishi Electric, Otis, Schindler, ThyssenKrupp Elevator, Toshiba und andere hatten neue MRL-Aufzugskonstruktionen eingeführt. Und Bemühungen, Sicherheitscodes so zu ändern und neu zu schreiben, dass sie Innovationen aufnehmen (und vielleicht sogar fördern), bleiben im 21. Jahrhundert ein wichtiges Diskussionsthema.

Ihr Autor ist sich bewusst, dass diese kurze (vielleicht „teilweise“ ist ein besserer Begriff) Geschichte der MRL-Aufzüge viele Lücken aufweist und dass zusätzliche Unternehmensgeschichten der MRL-Entwicklung in den 1990er Jahren unser Verständnis der Entwicklung dieses revolutionären Systems verbessern würden. Ein kritisches fehlendes Stück ist das, was man sich als „Patentgenealogie“ vorstellen kann, die die wichtigsten Patente identifiziert, die in Hunderten von MRL-bezogenen Patenten gefunden wurden. Und obwohl Ihr Autor über die frühe Geschichte des A17.1-Codes geschrieben hat, ist es klar, dass zusätzliche Geschichten zu amerikanischen, europäischen und asiatischen Sicherheitscodes erforderlich sind, um den Kontext der vergangenen und gegenwärtigen Debatten zu verstehen. Informationen zu einem dieser Themen sind per E-Mail Ihres Autors willkommen: [E-Mail geschützt].

Dr. Lee Gray, Professor für Architekturgeschichte und Senior Associate Dean des College of Arts + Architecture an der University of North Carolina in Charlotte, hat mehr als 200 monatliche Artikel über die Geschichte des vertikalen Transports (VT) geschrieben ELEVATOR WORLD seit 2003. Er ist außerdem Autor von From Ascending Rooms to Express Elevators: A History of the Passenger Elevator in the 19th Century. Er fungiert auch als Kurator von theelevatormuseum.org, erstellt von Elevator World, Inc.

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