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f+h fördern und heben 5/2021

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f+h fördern und heben 5/2021

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG SERIE WAS SIE ÜBER HOCHFESTE FASERSEILE WISSEN SOLLTEN – TEIL II Der erste Teil (siehe f+h 4/2021) der zweiteiligen Serie beschäftigte sich mit den für laufende Anwendungen zum Beispiel Krane oder Regalbediengeräte verfügbaren Seilkonstruktionen und der Normung. Im abschließenden Teil stehen die Themen theoretische Abschätzung der Lebensdauer von laufenden hochfesten Faserseilen sowie deren Überwachung und Ablegereife im Fokus. 01 Biegewechsel bis Bruch [-] Einfluss der Seilkonstruktion und des Faserwerkstoffes auf die Seillebensdauer [4] 3.500.000 3.000.000 2.500.000 2.000.000 1.500.000 1.000.000 500.000 0 Vectran Geflecht mit Mantel Dyneema Geflecht mit Mantel Vectran Wire Rope Construction Dyneema Wire Rope Construction Warrington- Seale 8-litzig (gerechnet) Bei Drahtseilen besteht seit Jahrzehnten die Möglichkeit, die Lebensdauer per Lebensdauerformel abzuschätzen [1], [2]. Die verfügbaren Methoden basieren auf einer Vielzahl an Biegeversuchen. Eine entsprechende Datenbasis ist für hochfeste Faserseile jedoch (noch) nicht vorhanden. Allerdings wurden einige Ansätze entwickelt, denen entweder die Lebensdauerformel von Feyrer oder völlig neue Ansätze zugrunde liegen [3]. Auch der Autor hat solch einen neuen Ansatz erforscht, der ebenfalls in [3] aufgeführt ist. Am Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) wurden in den vergangenen Jahren eine Vielzahl von Untersuchungen zum Thema Lebensdauer von hochfesten Faserseilen durchgeführt. Im Rahmen dieser Analysen fanden klassische Lebensdauerversuche auf Biegemaschinen und Untersuchungen hinsichtlich der Einflüsse auf die Lebensdauer eines hochfesten Faserseils statt. Im Folgenden werden einige Erkenntnisse aus diesen Arbeiten vorgestellt. EINFLUSS SEILKONSTRUKTION UND FASER Die Seilkonstruktion und der Faserwerkstoff sind mit die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Seillebensdauer. In vom Autor durchgeführten Untersuchungen [5] wurden geflochtene und gelegte Faserseile aus Dyneema und Vectran mit den gleichen Parametern (D/d=20 und Sicherheitsfaktor 3,5) im Biegeversuch getestet. In Bild 01 sind die Ergebnisse zusammengefasst. Die gelegte Konstruktion aus Vectran erreichte hierbei eine im Mittel um ca. 9,6-fach höhere Lebensdauer bis zum Bruch gegenüber der geflochtenen Konstruktion aus dem gleichem Werkstoff. Bei Dyneema war die Lebensdauer der gelegten Variante ca. 3,3-fach höher als die Lebensdauer der geflochtenen Konstruktion. Vergleicht man zusätzlich die Faserwerkstoffe untereinander, lässt sich feststellen, dass das Offene Geflecht

SERIE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG aus dem Werkstoff Vectran eine ca. 2,5-fach höhere Lebensdauer aufweist als das vergleichbare Dyneema-Seil. Bei der Seilkonstruktion Wire Rope Construction ergaben die Untersuchungen des Vectran-Seils eine ca. 7,4-fach höhere Lebensdauer. Seile aus dem Werkstoff Technora haben eine Lebensdauer, die erfahrungsgemäß zwischen diesen beiden Werkstoffen liegt. Je nach gewählter Seilkonstruktion kann die Faserseillebensdauer bei dieser Parameterkombination die von Drahtseilen her bekannten Werte erreichen. 02 Einfluss der Gegenbiegung auf die Seillebensdauer [5] Biegewechsel bis Bruch 100.000 10.000 EINFLUSS GEGENBIEGUNG Der Einfluss der Gegenbiegung zeigt Bild 2. In [5] wurden zwei verschiedene Seilkonstruktionen mit dem Faserwerkstoff Vectran getestet: ein Offenes Geflecht und eine Kern-Mantel-Konstruktion mit gelegtem Kern, jeweils mit einem Seildurchmesser von 6 mm. In den Versuchen wurde eine konstante Seilzugkraft verwendet, variiert wurde der Achsabstand. Die Ergebnisse zeigen, dass der Achsabstand in den Grenzen, in denen er verändert wurde, keinen Einfluss auf die Lebensdauer hat. Generell ist allerdings davon auszugehen, dass sich die Lebensdauer der getesteten Faserseile durch Gegenbiegung um den Faktor 3 reduziert. EINFLUSS UMSCHLINGUNGS- WINKEL Der Einfluss des Umschlingungswinkels, mit dem ein Seil um eine Seilscheibe läuft, zeigt Bild 03. Hierbei lässt sich bei Faserseilen aus dem Werkstoff Vectran ein ähnliches Verhalten wie bei Drahtseilen beobachen. Bei größeren Umschlingungswinkeln verbleibt die Lebensdauer auf einem konstanten Niveau und fällt bei kleiner werdenden Winkeln zuerst ab. Bei einem Winkel von ca. 40° nimmt die Lebensdauer dabei ein Minimum an und steigt bei noch kleineren Winkeln wieder stark an. Bei geflochtenen Seilen aus Dyneema kann solch ein Einbruch der Lebensdauer bei kleineren Umschlingungswinkeln nicht beobachtet werden, jedoch steigt auch hier die Lebensdauer bei kleineren Winkeln stark an. EINFLUSS BIEGELÄNGE 03 04 Biegewechsel bis Bruch 1.000 Achsabstand MegaTwin Gegenbiegung VectraOne Gegenbiegung MegaTwin Gleichsinnige Biegung VectraOne Gleichsinnige Biegung 10d Einfluss des Umschlingungswinkels auf die Seillebensdauer [6] 100.000 10.000 Bruchbiegewechselzahl N gerade – gebogen – gerade 1.000.000 100.000 10.000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Umschlingungswinkel α 30d Drahtseil Vectran Dyneema Einfluss der Gegenbiegung auf die Seillebensdauer [5] 1.000 10d 30d 60d 100d Biegelänge MegaTwin Vectran VectranOne Die Biegelänge lässt sich als eine statistische Größe ansehen. Fehlstellen, die durch die Faserherstellung und/oder die Seilherstellung bedingt sind, wirken sich lebensdauermindernd aus, da an diesen Fehlstellen die Fasern bzw. das Seil bevorzugt reißen werden. Hierbei gilt der Zusammenhang: Je größer die Biegelänge ist, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit, dass Fehlstellen auf dieser Länge vorkommen werden. Des Weiteren berühren bei größeren Biegelängen die Litzenkuppen eines Seils öfters die Seilscheibe, sodass der Verschleiß zunimmt. Bild 04 zeigt die Ergebnisse für Biegeversuche mit unterschiedlichen Biegelängen zweier Vectran-Seile, ein Kern-Mantel-Seil und ein Offenes Geflecht. Je größer die Biegelänge, desto geringer fällt die Lebensdauer der Faserseile aus. www.foerdern-und-heben.de f+h 2021/05 37

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