HochhausbauIm Aufzug durch die Wolkendecke

Fahrstühle sind die Adern großer Hochhäuser. Neue Kabel aus Carbonfasern versprechen leichtere, stabilere Aufzuganlagen und damit noch höhere Wolkenkratzer. von Moritz Kohl

Das Burj Khalifa reicht 828 Meter und 163 Etagen hoch in den Himmel über Dubai. Kein Mensch will da das Treppenhaus nehmen — ohne Aufzug kein Hochhaus.

Doch während Architekten und Ingenieure mit ihren Wolkenkratzern in Asien und Arabien immer höher hinaus wollen, laufen sie Gefahr, sich an einem technischen Detail aufzuhängen: den Seilen der Fahrstühle. Derzeit ziehen große Stahlseile die Kabinen, deren Gewicht exponentiell steigt, je länger der Aufzug wird. Bei 300 Metern wiegt der Stahl noch knapp 18 Tonnen, bei 800 Metern schon 109 Tonnen.

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Das berechnete zumindest der finnische Aufzugherstellers Kone. Der hat jetzt eine neue Technologie präsentiert: Aufzugkabel aus Carbonfasern. Eingebettet in das Kunstharz Epoxid und mit einer dicken Beschichtung ummantelt, sollen diese Kabel aus Kohlenstoff wesentlich leichter und gleichzeitig stabiler sein als Stahlseile. Nach Angaben der Firma Kone würde eine 500 Meter hohe Aufzuganlage so bis zu 45 Prozent leichter und 15 Prozent energieeffizienter. Und sie mache es möglich, noch höher zu bauen.

Schneller rauf und im Sinkflug runter

Schon jetzt fahren Aufzüge nicht das ganze Burj Khalifa hinauf. Dort gibt es auf der 43. und 76. Etage Sky-Lobbys, also Zwischendecks, auf denen die Leute umsteigen und sich in den Rest des Gebäudes verteilen.

Zwar wird es auch im Kingdom Tower in Saudi-Arabien, der über 1.000 Meter hoch werden soll, noch Zwischenstationen geben. Aber die Passagiere werden dank Carbonfaser-Seile schneller ans Ziel kommen. Denn Kabinen, die an leichteren Seilen hängen, können schneller hochfahren, erklärt Peter Weismantle, seines Zeichens Director of Supdetall Buiding Technology für das Büro Adrian Smith + Gordon Gill mit Hauptsitz in Chicago. Weismantle baut derzeit mit am saudischen Kingdom Tower, dessen Aufzüge 630 Meter überbrücken sollen.

Für so ein Projekt brauche man allerdings Eigentümer mit entsprechendem Vermögen und Ego, sagt Weismantle. Was in Deutschland in Hochhäuser investiert wird, sind für ihn Peanuts. Das höchste Gebäude ist der Commerzbank Tower in Frankfurt am Main, mit 259 Metern – das beschert ihm gerade mal Platz 177 auf der Skyscraper-Weltrangliste.

Europa hat wenig Raum für Wolkenkratzer

"Wie in ganz Europa haben wir hier alte, gewachsene Städte", erklärt der Architekturprofessor Johann Eisele von der Uni Darmstadt. "Es ist also meist nur an den Rändern der Stadt überhaupt genug Platz, um Hochhäuser zu bauen, und da ergibt es wenig Sinn." In Planstädten wie New York oder den neueren chinesischen Metropolen, schafft man für die Wolkenkratzer einfach Platz.

Hinzu kommt, dass zunächst die Bauaufsicht ein neues Material genehmigen müsste, bevor es hierzulande einsetzbar wäre. Vorausgesetzt, man wollte im internationalen Wettlauf nach oben überhaupt mitmachen: "Die Zulassung für Hochhäuser ist wohl das komplizierteste, was es im deutschen Bauwesen gibt", sagt Eisele.

Und das heißt: Bis der Stahl durch etwas anderes ersetzt werden könnte, dürften wegen der strengen Brandschutzauflagen zwischen fünf und 20 Jahre vergehen. So wirklich rentieren sich die teuren Kohlenstoff-Kabel derzeit ohnehin nur für extrem hohe Wolkenkratzer.

Nur für Lasten

Schon die alten Ägypter nutzten Seilzüge, um Waren und Baumaterial zu befördern. Damit bauten sie auch die Cheops-Pyramide, die mit ihren 147 Metern von 2750 v. Chr. bis 1311 n. Chr. das höchste Gebäude der Welt war. Doch vor allem im Mittelalter traute man den Aufzügen nicht, sie galten als zu unsicher für Personen. Große Höhen waren außerdem Kirchtürmen vorbehalten. Auch heute noch darf beispielsweise kein Gebäude in Köln den Dom überragen.

Im freien Fall

Das Sicherheitsproblem löste 1853 Elisha Graves Otis. Der Mechanikmeister baute an die Führungsschiene eines Lastaufzugs eine Feder, die den Aufzug auffing, wenn das Seil riss. Er präsentierte seine Erfindung mit einem Stunt: Er ließ das Seil durchschneiden, während er auf dem Aufzug stand. Sein freier Fall wurde durch seine Fangvorrichtung sicher beendet.

Neuer Antrieb

Anfangs wurden die Seile per Dampfmaschine über eine Trommel auf- und abgerollt. Die Seile konnten so aber nur eine begrenzte Länge haben. Irgendwann passte nichts mehr auf die Trommel. Da halfen Treibscheiben: An ihnen wird das Zugseil nicht aufgerollt, sondern nur angelegt. Wenn die Treibscheiben sich drehen, entsteht Reibung, das Seil bewegt sich. Noch heute werden die meisten Personenaufzüge so befördert, nur mit Elektrizität statt Dampfmotor.

In Flugzeugen und Autos werden Carbonfasern schon lange verbaut. "Wir wussten schon vor 20 Jahren davon", sagt Weismantle. "Es war immer eine Preisfrage." Außerdem musste das Material lange Zeit angepasst und getestet werden, um Hitze, Vibrationen und Dehnung auszuhalten.

Der amerikanische Architekt sieht hier großes Potenzial: "Wenn es stimmt, was die Leute von Kone sagen, und die neuen Kabel doppelt so lange halten wie Stahlkabel, lässt sich daraus ein großer ökonomischer Vorteil ziehen. Zurzeit werden alle zwei, drei Jahre alle Kabel ausgetauscht und die Fahrstühle eine Weile außer Betrieb genommen. Das ist mit großen Kosten verbunden."

Mit Carbon ins Weltall fahren?

Einen weiterer Nutzen von Hightech-Aufzügen gibt es in der Welt der Science Fiction. 1979 erschien Arthur C. Clarkes Roman Fahrstuhl zu den Sternen, in dem die Menschheit im 22. Jahrhundert einen Aufzug baut, der Personen und Material zu Satelliten im Weltraum befördert. Im Buch fährt er auf einer mikroskopisch kleinen Faser aus Diamantkristallen, also komprimiertem Kohlenstoff. Ist also das Carbonfaserkabel der erste Schritt zum Weltraum-Aufzug? 

Der Bauingenieur Jens Schneider dämpft diese Hoffnung: "Wenn ich immer stärker an einem Werkstoff ziehe, kommt er, egal wie gut er ist, an seine physikalischen Grenzen: die atomaren Bindungskräfte zwischen Atomen." Auch die neuen leichten Kabel können also nicht unendlich lang werden, ohne zu reißen. Hochhausbauer Weismantle findet den Gedanken in jedem Falle faszinierend. "Wir werden das wohl nicht mehr erleben", sagt er. "Aber wenn die Physik so weit ist und die Wirtschaft mitspielt — warum nicht?"

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Leserkommentare
  1. Da ist aber ganz viel falsch.
    Es ist eine Beschleunigung und heißt deswegen auch Erdbeschleunigung. Deshalb ist die Einheit auch m/s^2.
    Es gilt Kraft = Masse * Beschleunigung.
    Deshalb ist die Geschwindigkeit mit der es bergab geht auch nicht beschränkt, sondern kann theoretisch immer schneller werden.
    Bitte so schnell wie möglich korrigieren.
    Ist sehr peinlich!

    14 Leserempfehlungen
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    Ich find`s nicht peinlich. Ich habe von Physik keine Ahnung, ich hätte es nicht gemerkt und behalten auch nicht, insofern hätte ich auch nichts Falsches weitererzählt. ;)

    ... braucht man für den Expresstransport nach unten auch keinen Lift, sondern nur ein Fenster. :) Wenn wir von der Luftreibung mal absehen.

    • Nately
    • 21. Juni 2013 19:01 Uhr

    > Ich find`s nicht peinlich.

    Ist auch nicht peinlich. Es ist mehr so oberpeinlich, genauer: zum Fremdschämen kläglich.

    > Ich habe von Physik keine Ahnung,

    Das muss sie nicht grämen. Sie sind wahrscheinlich nur eines der vielen Opfer des bundesrepublikanischen Schulsystems, in welchem die mathematisch - naturwissenschaftliche Orientierung zu Gunsten kuscheliger Schwafelfächer in den Hintergrund gedrängt wurde.

    > ich hätte es nicht gemerkt und behalten auch nicht,

    Mit einer ostzonalen, polytechnischen Schulbildung wäre das - auch ohne Abi - kein Problem gewesen.

    > insofern hätte ich auch nichts Falsches weitererzählt. ;)

    Die Nuhrsche Regel so konsequent zu beherzigen, spricht für sie.
    Nun muss nur noch der Herr Redakteur (Volontär?) begreifen, dass er den falschen Job hat.

    • xy1
    • 21. Juni 2013 23:35 Uhr

    Die Geschwindigkeit kann hoch oder niedrig sein, schnell oder langsam kann sie nicht sein. Der sich bewegende Körper kann schnell/langsam sein.
    Analoge Verwechslungen:
    Kalte/warme Temperatur - kalter/warmer Körper
    Billiglohn (wo gibt es eigentlich den Teuerlohn?) - die Arbeitsleistung ist billig
    .......

    9,81m/s2 ist eine Beschleunigung und keine Geschwindigkeit !. Jede Förderanlage im Bergbau fährt über 10m/s abwärts. Die Gewichtsangaben der Tragseile in dem Bericht sind nicht plausibel, viel zu schwer.
    Hier wurde anscheinend ein Bericht online gestellt, der von Kone vorgeschrieben wurde.
    Bei fehlender Sachkunde , sollte eigentlich besser recherchiert werden, damit in einem Onlineblatt (Zeit) nicht so falsche Artikel entstehen. Hoffentlich trifft das nicht auch für andere Sachbereiche zu.

    Ich lese die Zeit gerne, aber nach diesem Bericht ?

    Schade

    • sfgrw
    • 22. Juni 2013 7:29 Uhr

    Sicher gibt es hier unter den Foristen Naturwissenschaftler und Nichtnaturwissenschaftler. Der erste Kommentar hat eine techniklastige Diskussion eingeleitet, die mich nur bis zu den Kommentaren Anfang #20 hat kommen lassen. Wie nun exakt die Fallbeschleunigung berechnet wird oder welche Antriebe verwendet werden ist doch eine reine Expertendiskussion.
    Warum braucht man ausgerechnet in Saudiarabien ein 1000 Meter hohes Haus? Geht es hier um die Kompensation von Minderwertigkeitskomplexen?
    In dem saudiarabischen Megasandkasten kann man problemlos in die Breite bauen. Das ist sicher deutlich billiger. Und dass Deutschland mit Wolkenkratzern auf den hinteren Rängen verweilt, schränkt meine Lebensqualität nicht wirklich ein.
    Wohin eine von Größenwahn gepaart mit Minderwertigkeitsgefühlen geprägte Geisteshaltung führen kann, haben uns die Bewohner der Osterinseln gezeigt.
    1000m in der Wüste. Ich fass' es nicht. An Schwachsinn kaum zu über bieten.

  2. Ich find`s nicht peinlich. Ich habe von Physik keine Ahnung, ich hätte es nicht gemerkt und behalten auch nicht, insofern hätte ich auch nichts Falsches weitererzählt. ;)

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    Wenn ich kein Englisch spreche fällt mir auch der Fehler in: "Waiter, i become a beefsteak." nicht auf. Ist trotzdem beides superpeinlich. Die Geschwindigkeit einer Kraft... Newton rotiert gerade derart, damit könnte man auch einen Lift antreiben.

    Zu Nr. 3/4:

    Müsste man für einen Linearmotor nicht die gesamte Länge des Aufzugschachtes mit einem Band aus Magneten abdecken, ähnlich einer Magnetschwebebahnschiene? Das klingt nicht ökonomisch.

  3. Warum kann man Aufzüge nicht mit Linearmotoren antreiben? Wäre der Energiebedarf zu hoch?

  4. Der Autor schreibt "Neue Kabel aus Carbonfasern versprechen leichtere, stabilere Aufzuganlagen und damit noch höhere Wolkenkratzer."

    Es gibt keinen Grund an den Berechnungen zu zweifeln. Zu schreiben, dass die neue Aufzugstechnologie höhere Gebäude ermöglicht ist jedoch Unsinn.

    Sie ermöglicht es einem Aufzug längere Strecken ohne Zwischenstopp zu überwinden. Lesen Sie den feinen Unterschied?

    Die Firma KONE hat in ihrer Presseerklärung auch keine derartigen Behauptungen aufgestellt. Dort steht "[...] opens up a world of possibilities in high-rise building design [...]" - also neue Möglichkeiten im Design, nicht in der prinzipiellen Möglichkeit in eine bestimmt Höhe zu bauen.

    6 Leserempfehlungen
    • 29C3
    • 21. Juni 2013 18:12 Uhr

    Ich weiß nicht, ob es "nicht geht", denn technisch dürfte das kein Problem sein.(siehe Transrapid...)

    Die Frage ist vermutlich eher - wie immer - Kosten, Kosten, ... zugespitzt formuliert: ein paar Führungsschienen, ein Motor auf dem Dach, und eine Seilwinde kosten ganz sicher weniger.

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    für die vorgreifende Beantwortung meiner Frage :D

  5. Wenn ich kein Englisch spreche fällt mir auch der Fehler in: "Waiter, i become a beefsteak." nicht auf. Ist trotzdem beides superpeinlich. Die Geschwindigkeit einer Kraft... Newton rotiert gerade derart, damit könnte man auch einen Lift antreiben.

    Zu Nr. 3/4:

    Müsste man für einen Linearmotor nicht die gesamte Länge des Aufzugschachtes mit einem Band aus Magneten abdecken, ähnlich einer Magnetschwebebahnschiene? Das klingt nicht ökonomisch.

    3 Leserempfehlungen
    Antwort auf "Peinlich?"
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    Soviel ich weiß, sind die Magnete im Fahrzeug mitsamt der Regelung, nicht im Fahrweg.

  6. " ... große Stahlseile die Kabinen, deren Gewicht exponenziell steigt, je länger der Aufzug wird ... "

    Wessen Gewicht steigt expotentiel an ? Das des Aufzug oder das der Seile ?

    Bei einem Aufzug wie hier kommt es nicht auf die Geschwindigkeit an, sondern auf die Beschleunigung.

    Ein Aufzug mit 109 Tonnen ist nur noch eine einzige Energieveschwendung,
    da ist jede Sparmasname Heuchelei.

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    da sich das Seilgewicht zum Gesamtgewicht addiert und dadurch die Seile größere Durchmesser haben müssen - das wiederum erhöht das Gewicht der Seile und so weiter. Also je länger das Seil, umso schwerer ist das Seil selbst je Meter Länge. Und daher die exponentielle Gewichtszunamhe.

  7. für die vorgreifende Beantwortung meiner Frage :D

    Antwort auf "Aufzug + Linearmotor"

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte Dubai | Saudi Arabien | Asien | Chicago | Frankfurt am Main | New York
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