Aufrufe
vor 3 Wochen

f+h fördern und heben 4/2021

f+h fördern und heben 4/2021

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG SERIE WAS SIE ÜBER HOCHFESTE FASERSEILE WISSEN SOLLTEN – TEIL I 44 f+h 2021/04 www.foerdern-und-heben.de

SERIE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Der vorliegende erste Teil der zweiteiligen Serie beschäftigt sich mit den für laufende Anwendungen zum Beispiel Krane oder Regalbediengeräte verfügbaren Seilkonstruktionen und der Normung. Teil II (erscheint in f+h 5/2021) behandelt die bestehende Problematik der theoretischen Abschätzung der Lebensdauer von laufenden hochfesten Faserseilen sowie deren Überwachung und Ablegereife. Hochfeste Faserseile gewinnen in vielen Bereichen der Fördertechnik an Bedeutung, vor allem bei den Hebezeugen. So bieten u. a. die Unternehmen Liebherr [1], Manitowoc [2] und Konecranes [3] bereits teilweise seit Jahren fördertechnische Maschine mit hochfesten Faserseilen an. GRUNDLAGEN Fasermaterial Hochfeste Faserseile bestehen aus hochmodularen Fasern wie hochmodulares Polyethylen (HMPE), Aramide oder Liquid Crystal Polymers (LCP), die im Vergleich zu herkömmlichen Kunstfasern wie Polyester eine überaus gerichtete Molekülstruktur aufweisen (Bild 01). Aufgrund dieser gerichteten Molekülfasern verfügen hochmodulare Fasern und die daraus gefertigten hochfesten Faserseile über zu Drahtseilen vergleichbare Dehnungs eigenschaften und Bruchlasten. In der unsten stehenden Tabelle sind allgemeine Eigenschaften der zuvor genannten und weiteren hochmodularen Fasern in Kombination mit deren Handelsnamen aufgeführt. Aramid war die erste hochmodulare Faser, die entwickelt wurde. Unter dem Markennamen Kevlar wurde diese Faser von Du- Pont in den 1960er-Jahren entwickelt und vertrieben. Als Werkstoff für Faserseile ist Aramid aufgrund der guten Biege- und Knickeigenschaften, der guten Abrasionsbeständigkeit und der einfachen Herstellung geeignet. Allerdings ist die Ultraviolettstrahlungs-Beständigkeit (UB-Beständigkeit) von Aramid eher gering. Daher sollten vor allem bei kleinen Seildurchmessern Kern-Mantel-Konstruktionen zum Einsatz kommen oder es sollte, wenn die Verwendung eines Mantels nicht gewünscht oder die UV-Belastung niedrig ist, eine entsprechende Beschichtung (Coating) aufgetragen werden. Die Entwicklung einer weiteren hochmodularen Faser datiert auf die 1970er-Jahre. Allerdings wurde LCP erst zu Beginn der 1990er-Jahren als Vectran auf den Markt gebracht. LCP weist sehr gute Biegeeigenschaften, eine hohe Abrasionsbeständigkeit und keine Kriechneigung auf. Unter dem Namen Vectran wird eine LCP-Faser für die Seilherstellung vertrieben. Aufgrund der zurzeit noch relativ hohen Herstellungskosten ist Vectran jedoch ein Nischenprodukt für High-Performance-Anwendungen. Neben der hohen Zugfestigkeit und der geringen Dehnung weist LCP weitere herausragende Eigenschaften auf, z. B. eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Faser-Faser-Abrasion. Diese lässt sich für die Faserherstellung durch ein Finish weiter verbessern. Hingegen ist die UV-Beständigkeit eher als gering zu bezeichnen; daher sollten Faserseile aus LCP einen Mantel oder ein entsprechendes Coating haben. PBO (poly(benzoxazol)) ist prinzipiell eine Weiterentwicklung der para-aromatischen Polyamide unter Verwendung einer Flüssigkristall-Polymerlösung. Von allen hochmodularen Faserwerkstoffen weist PBO die höchste Bruchfestigkeit und das größte E- Modul auf, allerdings sind die Herstellungskosten im Vergleich zu den anderen Fasermaterialien die höchsten. Unter dem Namen Zylon wird ein Faserwerkstoff zur Seilherstellung vertrieben. Eine weite Verbreitung hat Dyneema erfahren, das z. B. in den von Liebherr, Manitowoc und Konecranes verwendeten Faserseilen Verwendung findet. HMPE weist die zweithöchste Bruchlast der vier genannten Faserwerkstoffe auf. Nachteilig ist jedoch die hohe Kriechneigung. Kriechen ist ein bei höherer konstanter Belastung auftretender kontinuierlicher Prozess, bei dem sich die Moleküle zum einen geraderichten und zum anderen aneinander 01 Ungerichtete Molekülstruktur herkömmlicher Kunstfasern (l.) und gerichtete Molekülstruktur hochmodularer Kunstfasern (r.) [4] Standardwerte mechanischer Eigenschaften hochmodularer Faserwerkstoffe und Stahl [4] Eigenschaft Einheit Aramid LCP PBO HMPE Stahl Handelsnamen – Twaron, Kevlar, Technora Vectran Zylon Dyneema, Spectra – Dichte g/cm³ 1,45 1,40 1,55 0,98 7,85 Schmelzpunkt °C 500 330 650 150 1 600 Feuchtigkeitsaufnahme bei 65% RH 1 , 20°C % 1 – 7 0 0 0 0 Zugfestigkeit N/ mm² 2 900 3 100 5 700 3 400 2 600 Bruchdehnung % 3,5 3,5 3 3,5 2 E-Modul N/mm² 90 000 80 000 280 000 100 000 160 000 1 RH – Relative Humidity (Relative Luftfeuchtigkeit) Quelle: Autor www.foerdern-und-heben.de f+h 2021/04 45

AUSGABE