DE102014005840A1 - Cabin-bound drive for elevators in high-rise buildings - Google Patents

Abstract

An elevator system for transporting persons or loads with a cabin or stage arranged in an elevator shaft, the cabin having four electric motors arranged laterally at the corners below the car or stage, each driving a gear and arranged to be used for the purpose of Transfer power into gear rails mounted inside the elevator shaft. In addition to the tooth rails busbars are mounted, which engage in which mounted on the outer wall of the stage or cabin pantograph and this provide the electric motors, control of the destinations, lighting, ventilation, communication technology, warning signals, etc. with power, the rails and busbars throughout and are mounted without interruption, regardless of the height of a building to the top floor, whereby a ride without interruption and stopovers in unlimited heights is possible.

Description

• – „Burj Khalifa”/Dubai mit 828 Metern das z. Zt. höchste Gebäude,
• – „Kingdom Tower”/SA mit rund 1000 Metern Höhe geplant für 2018

stellt an Architekten und Ingenieure immer neue Anforderungen, die mit den derzeit angewandten Technologien nicht mehr oder nur mit erheblich höherem Aufwand realisiert werden können. Man könnte den Eindruck gewinnen, wer nicht das höchste Gebäude der Welt auf seinem Territorium hat, der zählt nichts – also weiter mit dem Wahnsinn, Wettbewerb um jeden Preis!The urge to build ever higher skyscrapers

• - "Burj Khalifa" / Dubai with 828 meters the z. Currently the tallest buildings,
• - "Kingdom Tower" / SA with about 1000 meters altitude planned for 2018

Constantly places new demands on architects and engineers that can not be realized with the currently used technologies or only with considerably greater effort. One could get the impression who does not have the tallest building in the world on its territory, that counts for nothing - so continue with the madness, competition at any price!

• 1. Worin bestehen die Hauptprobleme beim Drang nach oben? Technologische Grenzen der derzeitigen Seilzug-Praxis.
• 1.1 Solange Aufzugskabinen noch an Seilen hängen, braucht man riesige Seilwinden und Maschinenräume, die große Flächen in Gebäuden belegen, die andererseits für Büros oder Wohnungen verloren gehen. Eine Frage der Nutzungseffektivität der geschaffenen Etagenflächen. Den derzeitigen Rekord hält ein Antriebsaggregat im „Shanghai Tower” mit 1,6 t Gewicht und einer Leistung von 310 kW/421 PS.
• 1.2 Das Gewicht der Seile. An den Seilen hängt das Leben der Passagiere. Das Gewicht der Stahlseile steigt exponentiell, je länger/höher die Fahrtstrecke wird. Für einen 24-Personen-Aufzug beträgt das Gewicht
• 1.2.1 rund 20 t bei rund 500 m Höhe, aber
• 1.2.2 knapp 100 t bei rund 800 m Höhe. Daraus folgt, dass eine durchgängige Fahrhöhe rund 600 m nicht übersteigen sollte, andernfalls drohen die Seile durch ihr Eigengewicht zu reißen.
• 1.3 Daraus folgt wiederum, dass bei Überschreitung der Bauhöhe von 500/600 m für Besucher und Nutzer der darüber liegenden Etagen ein Umsteigen in ein neues, zusätzliches Aufzugssystem erforderlich ist. Aufwand und Kosten dafür sind etwas geringer als für die Basisstation, weil im oberen Bereich weniger Fahrstühle verkehren als im unteren halben Kilometer.
• 1.4 Weltweit bleiben täglich 1,8 Mio Passagiere stecken (ähnliche Probleme bei Gütertransporten sind unberücksichtigt). Wenn auch über Personenschäden nichts bekannt ist, bleiben der Ärger und Verzögerungen beim Erreichen der Zieletage – geschuldet der relativen Unzuverlässigkeit der Seilzugtechnologie.
• 1.5 Bei Windgeschwindigkeiten ab 50 km/h schwanken Wolkenkratzer unmerklich. Das hat Folgen auch für die Halteseile der Fahrstühle, sie können selbst bedrohlich hin und her schwingen. Zusätzliche Vorrichtungen zur Stabilisierung der Seile waren erforderlich – ein weiteres Beispiel für die Nachteile der Seilzugtechnologie.
• 1.6 Bei 500–600 m Seilzuglänge treten enorme Belastungen der Seile auf. Aus Sicherheitsgründen müssen daher im Abstand von wenigen Jahren die gesamten Seile komplett ausgetauscht werden. Teilreparaturen können nicht durchgeführt werden – also ein erheblicher Kostenaufwand.
• 1.7 Die angeführten Beispiele zeigen, dass es dringend geboten ist, über Alternativen für andere Transporttechnologien nachzudenken. Ich beteilige mich daran mit der nachfolgend beschriebenen Idee, die gänzlich auf die bisher genutzte Seilzugtechnik verzichtet.
• 2 Die neue Aufzugtechnologie.
• 2.1 Jede Kabine erhält ein eigenes Antriebssystem in Form von 4 Elektromotoren. Diese Motoren sind seitlich unter dem Kabinenboden an den Ecken so montiert, dass
• 2.1.1 möglichst wenig Freiraum bleibt zwischen der Schachtwand und der Kabinenwand, weil das eine optimale Fläche für die Kabinengröße erlaubt,
• 2.1.2 sie sich auch gut in den am Boden befindlichen Sockel einfügen und ordnungsgemäß funktionieren und nicht beschädigt werden können (Zugang für Wartungsarbeiten).
• 2.2 Da diese Motoren jeweils nur eine Kabine bewegen müssen, können sie leistungsmäßig wesentlich kleiner ausgelegt sein als die bisherige Großanlage, die alle angebundenen Kabinen bewegt.
• 2.3 Im Aufzugsschacht sind für jeden Motor je eine Zahnschiene fest montiert und zwar in der ganzen Länge/Höhe des Gebäudes. Eine Unterbrechung/Aufstockung nach einigen 100 m ist nicht mehr notwendig.
• 2.4 Die E-Motoren haben Zahnritzel, die in die Zahnschienen greifen und so die Bewegung nach oben oder unten bewerkstelligen.
• 2.5 Die Führung der Kabinen im Schacht kann wie bisher durch die bewährten Gleitschienen erfolgen. Aus Sicherheitsgründen kann auch die 1854 von OTIS erfundene Fangbremse weiter verwendet werden, obwohl ein zwingendes technologisches Erfordernis dafür nicht mehr geboten erscheint. Das Bremsen übernehmen die kabineneigenen Motoren über die Kopplung ihrer Zahnräder mit der Zahnschiene.
• 2.6 Parallel zu den Zahnschienen sind die Stromschienen ebenfalls fest im Schacht montiert und zwar gleichfalls ohne Unterbrechung bis zum Ende der Fahrtstrecke.
• 2.7 An der äußeren Kabinenwand befinden sich vis-a-vis zur Stromschiene die Stromabnehmer zur Versorgung der Motoren, Beleuchtung, Belüftung, Kommunikationstechnik, Warnsysteme usw.
• 3 Zeichnerische Darstellung Die verbale Beschreibung und Darstellung der Vorzüge des neuen Systems werden unterstützt durch zwei Skizzen des Wirkprinzips – a Seitenansicht – b Draufsicht ohne Rücksicht auf maßstäbliche Korrektheit.
• 4 Wesentliche Vorteile der neuen Technologie
• 4.1 Sicherheit Da jede Kabine künftig autark nur für sich und unabhängig von allen anderen Kabinen betrieben und gesteuert wird, entfallen jegliche Risiken des Ausfalls aller oder mehrerer Kabinen im Falle einer Havarie des zentralen Antriebssystems.
• 4.2 Materialkosten
• 4.2.1 Kilometerlange Stahlseile entfallen. Der 632 m hohe „Shanghai Tower” hat insgesamt 106 Lifte, die 128 Stockwerke anfahren. Allein in diesem Gebäude würden mehr als 60 km Stahlseile eingespart.
• 4.2.2 Die Gegengewichte für jede Kabine entfallen ebenfalls.
• 4.2.3 Durch den Wegfall der Stahlseile, Gegengewichte und Seilscheiben bedingt kann auch die Konstruktion der Kabinendächer vereinfacht werden, da sie nicht mehr wie bisher den hohen Belastungen ausgesetzt sind.
• 4.2.4 Die Kosten für die Motoren der zentralen Antriebssysteme entfallen. Außerdem kann der für diese Systeme bisher benötigte Raum effektiver für mehr Büros und Wohnraum genutzt werden.
• 4.2.5 Da keine Stahlseile für die Bewegung der Kabinen existieren, entfällt auch deren Wartung bzw. kompletter Austausch nach wenigen Jahren der Nutzung.

In the following, I will deal exclusively with a partial aspect of these new requirements - the transport technology for elevators.

• 1. What are the main problems with the urge to move up? Technological limits of the current cable pull practice.
• 1.1 As long as elevator cabins are still hanging on ropes, you need huge winches and engine rooms, which occupy large areas in buildings, which are also lost to offices or apartments. A question of utilization efficiency of created floor areas. The current record holds a drive unit in the "Shanghai Tower" with 1.6 t weight and a power of 310 kW / 421 hp.
• 1.2 The weight of the ropes. The life of the passengers depends on the ropes. The weight of the steel cables increases exponentially, the longer / higher the route becomes. For a 24-person lift is the weight
• 1.2.1 around 20 t at around 500 m in height, but
• 1.2.2 just under 100 t at around 800 m altitude. It follows that a continuous ride height should not exceed about 600 m, otherwise the ropes threaten to tear by their own weight.
• 1.3 It follows, in turn, that if the height of 500/600 m is exceeded, a changeover to a new, additional lift system is required for visitors and users of the floors above. Effort and costs are slightly lower than for the base station, because less elevators operate in the upper area than in the lower half kilometer.
• 1.4 Worldwide, 1.8 million passengers are stuck daily (similar problems with freight transport are disregarded). Although nothing is known about personal injury, the annoyance and delays in reaching the finish level remain due to the relative unreliability of the cable technology.
• 1.5 At wind speeds above 50 km / h skyscrapers fluctuate imperceptibly. This also has consequences for the lashings of the elevators, they themselves can swing threateningly back and forth. Additional ropes stabilization devices were required - another example of the drawbacks of cable technology.
• 1.6 At 500-600 m cable length enormous loads of the ropes occur. For safety reasons, the entire ropes must therefore be completely replaced at intervals of a few years. Partial repairs can not be performed - so a significant cost.
• 1.7 The examples given show that it is imperative to think about alternatives for other transport technologies. I participate in it with the idea described below, which completely renounces the previously used cable technology.
• 2 The new elevator technology.
• 2.1 Each cabin receives its own drive system in the form of 4 electric motors. These engines are mounted laterally under the cabin floor at the corners so that
• 2.1.1 as little space as possible remains between the shaft wall and the cabin wall because this allows an optimal area for the cabin size,
• 2.1.2 they fit well into the base on the floor and function properly and can not be damaged (access for maintenance).
• 2.2 Since these engines have to move only one cabin at a time, they can be designed to be much smaller in terms of performance than the previous large-scale system that moves all connected cabins.
• 2.3 In the elevator shaft, a toothed rail is permanently mounted for each motor, namely throughout the entire length / height of the building. A break / increase after a few 100 m is no longer necessary.
• 2.4 The electric motors have sprockets that grip the toothed rails to move up or down.
• 2.5 The cabins can be guided in the shaft as before by the proven slide rails. For safety reasons, the catch brake invented by OTIS in 1854 can still be used, although a compelling technological requirement no longer seems necessary. The brakes take over the cabin's own engines via the coupling of their gears with the toothed rail.
• 2.6 Parallel to the rack rails, the busbars are also firmly mounted in the shaft, and indeed without interruption until the end of the route.
• 2.7 On the outer wall of the cabin, opposite the busbar, are the pantographs for supplying the motors, lighting, ventilation, communication technology, warning systems, etc.
• 3 Graphic presentation The verbal description and presentation of the advantages of the new system are supported by two sketches of the principle of operation - a side view - b top view without regard to full scale correctness.
• 4 Key benefits of the new technology
• 4.1 Safety Since each cabin will in the future be operated and controlled autonomously only for itself and independently of all other cabins, any risks of failure of all or several cabins in the event of a breakdown of the central propulsion system will be eliminated.
• 4.2 Material costs
• 4.2.1 Kilometer-long steel cables omitted. The 632 m high "Shanghai Tower" has a total of 106 lifts that reach 128 floors. In this building alone, more than 60 km of steel cables would be saved.
• 4.2.2 The counterweights for each cabin are also eliminated.
• 4.2.3 Due to the elimination of steel cables, counterweights and sheaves caused by the construction of the cabin roofs can be simplified because they are no longer exposed to the high loads as before.
• 4.2.4 The costs for the motors of the central drive systems are eliminated. In addition, the space previously required for these systems can be used more effectively for more offices and living space.
• 4.2.5 Since there are no steel cables for the movement of the cabins, their maintenance or complete replacement after a few years of use is also eliminated.

Claims (6)

An elevator system for transporting persons or loads with a car or stage arranged in an elevator shaft, the car or platform having four electric motors laterally located at the corners below the car or stage, each driving a gear and arranged to engage Use of power transmission in tooth rails, which are mounted in the interior of the elevator shaft, wherein in addition to the rack rails are mounted in which engage on the outer wall of the stage or cabin mounted pantograph and this the electric motors, control of the destinations, lighting, ventilation, Provide power to communications, warning signals, etc., with the rack rails and busbars mounted continuously and without interruption, regardless of the height of a building to the top floor, allowing uninterrupted travel and stopover at unlimited heights. Elevator system according to claim 1, characterized in that the elevator system manages completely without cable technology. Elevator system according to claim 1, characterized in that the cabin or stage during the floor-by-floor progress of the operability parallel to the erection of the building is expandable. Elevator system according to claim 1, characterized in that the cabin or stage is guided by slide rails. Elevator system according to claim 1, characterized in that the elevator system in addition to the 1854 invented by the company OTIS catch brake has. Elevator system according to claim 1, characterized in that the braking takes place via the cabin's own electric motors.

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