Warum Spezialdrahtseile?

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Standardseile können den gehobenen Anforderungen vieler Seilanwendungen nicht gerecht werden. Höhere Anforderungen an Seillebensdauer, Bruchkraft, Drehstabilität, Flexibilität, Strukturstabilität und Spulverhalten können nur mit Spezialdrahtseilen erfüllt werden. Aus diesen Gründen greifen viele Konstrukteure und Anwender zu verope Spezialdrahtseilen.

Kunststoffzwischenlage

Viele verope Spezialdrahtseile haben eine Kunststoffzwischenlage zwischen der Stahleinlage und den Außenlitzen. Diese Zwischenlage stabilisiert die Seilgeometrie wie ein flexibles Korsett und erhöht so die Seillebensdauer insbesondere unter schwierigen Arbeitsbedingungen. Die Kunststoffzwischenlage verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz und hilft so, Korrosion in der Stahleinlage zu vermeiden. Die elastische Zwischenlage verhindert metallische Berührung zwischen den Außenlitzen und der Stahlseele und verringert so Verschleiß und die Gefahr von Drahtbrüchen im Seilinneren.

Die Kunststoffzwischenlage: • wirkt inneren Drahtbrüchen entgegen • schließt das Schmiermittel ein • schließt Wasser, Verschmutzungen etc. aus • reduziert innere Beanspruchungen • verbessert die Formstabilität des Seiles • absorbiert Schwingungen • verbessert die Laufruhe

Bruchkraft

verope Spezialdrahtseile sind für eine gleichmäßige Lastverteilung und das Erreichen hoher Bruchkräfte ausgelegt. Duktile, mit engen Toleranzen gefertigte Drähte werden zu Seilen mit radial stabilem Querschnitt verseilt. Optimierte Berührungsverhältnisse sorgen für geringe Verseilverluste, und parallel verseilte Drähte und Litzen erhöhen den Metallquerschnitt. Die Verwendung von verdichteten Litzen und ein Hämmern des fertigen Seiles garantieren sehr hohe Füllfaktoren. Konstrukteure von Kranen und Anlagen nutzen diese Merkmale, um bei gleicher Tragkraft Seile mit kleineren Durchmessern einzusetzen. Bei gleichem D/d-Verhältnis können durch die Verwendung von verope Spezialdrahtseilen auch die Durchmesser von Seilscheiben und Seiltrommeln verringert und somit die Herstellungskosten der Geräte deutlich reduziert werden.

➜ Bruchkraft bei Verwendung eines Wirbels

Die in Seilkatalogen angegebenen Mindestbruchkräfte gelten für Drahtseile, deren Enden gegen Verdrehen gesichert sind. Bei Befestigung an einem Wirbel reduziert sich die Bruchkraft nicht drehungsfreier Seile teilweise deutlich. Selbst wenn das Seil unter Nennlast nicht sofort reißen würde, werden einzelne nun überlastete Seilelemente überproportional schnell ermüden. Auch könnten sich sehr schnell Strukturveränderungen wie z.B. Korbbildungen einstellen. Deshalb dürfen nicht drehungsfreie Seile nicht mit Wirbel arbeiten.

Biegewechselfestigkeit und Lebensdauer

verope betreibt die ersten zwei Dauerbiegemaschinen weltweit, die nach einem neuen, revolutionären Konzept gebaut wurden. Das Drahtseil wird in die Prüfmaschine eingebaut und belastet und läuft dann so lange über fünf Seilscheiben hin und zurück, bis es in der Seilmitte reißt. Erst dann beginnt die Analyse des Drahtseils: Auf der linken und auf der rechten Seite der gebrochenen Seilzone, die während des Versuchs über fünf Scheiben hin und zurück gelaufen ist, befinden sich zwei Seilzonen, die nur über vier Scheiben gelaufen und nicht bis zur fünften gekommen sind. Unabhängig davon, welche Bruchbiegewechselzahl im Versuch erreicht wird, haben diese Zonen immer genau 80% dieser Biegewechselzahl ertragen. Diese Zonen und die weiteren Zonen, die nur über drei, zwei, eine oder über gar keine Scheibe gelaufen sind und somit die Seilzustände nach 60%, 40%, 20% und 0% der Seillebensdauer repräsentieren, werden nun für die weitere Untersuchung herausgeschnitten (Abb. 35). Eine der beiden Seilzonen für jeden Zustand wird benutzt, um die Zahl der äußeren Drahtbrüche und die Veränderungen des Seildurchmessers und der Schlaglängen zu ermitteln. Anschließend wird diese Seilzone auseinandergenommen, um auch die Zahl der inneren Drahtbrüche auf der Unterseite der Außenlitzen, auf der Außenseite und im Inneren des Herzseiles und auf einzelnen Litzen zu zählen und um die Veränderungen der Durchmesser des Herzseils und der Außenlitzen und deren Schlaglängen zu messen. Auf diese Weise kann man ermitteln, wie sich die äußeren Drahtbrüche während der Lebensdauer des Seiles entwickeln, wie sich die inneren Drahtbrüche im Laufe der Lebensdauer entwickeln, wie sich eine Kunststoffzwischenlage während der Seillebensdauer verändert und welche Seilelemente als erste versagen. Diese Resultate helfen verope, die Qualität seiner Produkte zu überwachen oder die Geometrie eines neu entwickelten Seiles bereits nach dem ersten Versuch deutlich zu verbessern. Die vergleichbaren 80%-, 60%-, 40%-, 20%- und 0%-Zonen auf der anderen Seite der Bruchstelle werden einem Ganzzerreißversuch unterworfen. Auf diese Weise kann verope ermitteln, wie sich die Bruchkraft, der Elastizitätsmodul und die Bruchdehnung seiner Produkte über der Lebensdauer des Seiles verändern. Ein Drahtseil sollte bei Erreichen der Ablegedrahtbruchzahl eine Bruchkraft aufweisen, die noch etwa so hoch oder sogar noch höher ist als im Neuzustand (Abb. 34).

Abb. 34: Seilbruchkraft in % der Bruchkraft des neuen Seiles in Abhängigkeit von der Seillebensdauer bis Bruch. Bei Erreichen der Ablegereife sollte das Seil noch eine Bruchkraft aufweisen, die nur geringfügig unter der des neuen Seiles liegt.

Abb. 35: Probenentnahme/Seilmuster zur Analyse

Due to the detailed analysis of the several working sections, the development of external wire breaks over the lifetime can be evaluated very precise (figure 42).

Abb. 42: Zahl der sichtbaren (durchgezogene Linie) und der unsichtbaren Drahtbrüche (gestrichelte Linie) in Abhängigkeit von der Seillebensdauer. Nach Beendigung des Dauerbiegeversuches ergibt die Analyse der Seilzonen mit den unterschiedlichen Biegewechselzahlen die markierten Drahtbruchzahlen.

Nach dem Zerlegen der Seilstücke können auch die im Seilinneren auftretenden Drahtbrüche in Abhängigkeit von der Seillebensdauer ermittelt werden (Abb. 43). Bei der Konstruktion veropro 8 ist die Anzahl der sichtbaren Drahtbrüche höher als die nicht sichtbaren.

Abb. 43: Entwicklung der sichtbaren Drahtbrüche auf der Seiloberfläche und der von außen nicht sichtbaren Drahtbrüche im Seilinneren

Abb. 44: Durchmesserveränderung des Seiles im Biegewechselversuch

Abb. 45: Durchmesserveränderung der Stahlseileinlage im Biegewechselversuch

Biegewechselversuche werden standardmäßig bis zum Bruch einer Litze bzw. des Seiles durchgeführt. Durch das Auswerten der einzelnen Seilsektionen kann der genaue Punkt der Ablegereife bestimmt werden. Hieraus ergibt sich auch die so genannte Restlebensdauer (die Lebensdauer zwischen Ablegereife und Bruch) (Abb. 46). Abb. 47 zeigt einen Vergleich der Biegewechselzahlen bis zum Erreichen der Ablegereife nach ISO 4309 sowie bis zum Bruch für nicht drehungsfreie Seilkonstruktionen unter gleichen Versuchsbedingungen. Abb. 48 zeigt einen Vergleich der Biegewechselzahlen bis zum Erreichen der Ablegereife nach ISO 4309 und bis zum Bruch für drehungsfreie Seilkonstruktionen unter gleichen Versuchsbedingungen.

Abb. 46: Zahl der Biegewechsel bis Ablegereife und bis Bruch

Abb. 47: Zahl der Biegewechsel bis Ablegereife und bis Bruch (nicht drehungsfreie Seile, gleiche Belastung)

Abb. 48: Zahl der Biegewechsel bis Ablegereife und bis Bruch (drehungsfreie Seile, gleiche Belastung)

➜ Seillebensdauer bei Verwendung von Stahlscheiben und Kunststoffscheiben

Die Seillebensdauer wird durch den Scheibenwerkstoff deutlich beeinflusst. Bei Verwendung von Kunststoffscheiben steigt die Biegewechselleistung im Vergleich zu Stahlscheiben deutlich an. Die verbleibende Seilrestlebensdauer nach dem Erreichen der Ablegereife bis zum Bruch des Seiles ist, bezogen auf die Anzahl der Biegewechsel, in etwa gleich, sinkt jedoch prozentual deutlich ab (Abb. 49). Somit muss bei der Verwendung von Kunststoffscheiben die Seilinspektion besonders sorgfältig durchgeführt werden. verope empfiehlt Kunststoffscheiben daher nur für Anwendungen, wo die Seile magnetinduktiv geprüft werden, oder für Anwendungen, wo die Seile im Wesentlichen außen beschädigt werden, wie z.B. bei der Mehrlagenwicklung.

➜ Seillebensdauer von blanken und verzinkten Seilen Ein Vergleich der Biegewechselzahlen von blanken und verzinkten Seilen bis zum Erreichen der Ablegereife nach ISO 4309 und bis zum Bruch zeigt, daß verzinkte Seile in der Regel höhere Lebensdauern erreichen (Abb. 50). Die Zinkauflage bietet bessere “Notlaufeigenschaften” bei verbrauchtem Schmiermittel und schützt vor Reibkorrosion.

Abb. 50: Biegewechselvergleich von blanken und verzinkten Seilen

➜ Seillebensdauer in Abhängigkeit vom Rillendurchmesser

Nach ISO 4309 sollte die Rille der Seilscheibe einen Durchmesser besitzen, der 5% bis 10% größer ist als der Seilnenndurchmesser. Im Laufe der Einsatzzeit wird sich der Seildurchmesser verringern. Das Seil wird sich mit diesem verringerten Durchmesser in die Seilscheibe eingraben und den Rillendurchmesser verkleinern. Deshalb sollte bei der Montage eines neuen Seiles beachtet werden, dass der Rillendurchmesser der Seilscheiben mindestens 1% größer ist als der gemessene Seildurchmesser. Bei zu großem Rillendurchmesser wird das Seil weniger gut unterstützt, und die Flächenpressung erhöht sich. Folglich reduziert sich die Seillebensdauer mit zunehmendem Rillendurchmesser stetig. Ist hingegen der Rillendurchmesser zu klein, wird das Seil gezwängt, und die Seillebensdauer fällt Stahlscheiben extrem ab.

Abb. 51: Einfluss des Rillendurchmessers auf die Seillebensdauer

➜ Seillebensdauer in Abhängigkeit von der Stranglast Die einwirkende Stranglast hat erheblichen Einfluss auf die Seillebensdauer. Während beispielsweise bei einer Stranglast von 2t noch 950.000 Biegewechsel erreicht werden, werden bei einer Stranglast von 4t nur noch 290.000 Biegewechsel erreicht (Abb. 52).

➜ Seillebensdauer in Abhängigkeit vom Scheibendurchmesser Die verwendeten Durchmesser von Seilscheiben und Seiltrommeln beeinflussen die Seillebensdauer deutlich. Während beispielsweise ein Seil beim Lauf über eine Seilscheibe mit einem Durchmesser von 800mm noch über 2.000.000 Biegewechsel erreicht, reduziert sich die Biegewechselleistung durch Halbieren des Scheibendurchmessers auf 400mm auf 290.000 (Abb. 53).

Verformungsverhalten

In vielen Anwendungen ist die genaue Kenntnis des Verformungsverhaltens von Drahtseilen von großer Bedeutung. verope hat in vielen aufwendigen Versuchen die Längs- und Querelastizitätsmoduln, die elastischen und plastischen Dehnungen sowie die Durchmesserreduktionen seiner Produkte ermittelt. Durch die Erstellung eines Kraft-Wegdiagramms können viele technische Parameter des Seiles ermittelt werden (Abb. 54). verope belastet und entlastet die Seile in Stufen und ermittelt hieraus die Dehnung unter Last sowie die bleibende Dehnung nach Entlastung. Aus der Steigung des linearen Bereichs der Belastungskurven wird der Elastizitätsmodul ermittelt. Gleichzeitig wird die Durchmesserreduzierung in Abhängigkeit von der Last gemessen. Die Seile werden bis zum Bruch belastet, um auch die Bruchkraft und die Bruchdehnung ermitteln zu können.

➜ E-Modul

Innerhalb einer Seilkonstruktion variieren die Elastizitätsmoduln geringfügig in Abhängigkeit vom Seildurchmesser, von der Schlagart (Kreuzschlag, Gleichschlag) und von der Drahtfestigkeit (Abb. 55). In der Regel erhöht sich der E-Modul von Drahtseilen im Laufe der Seillebensdauer.

➜ Dehnung

Insbesondere bei Abspannseilen, aber auch bei laufenden Seilen ist eine genaue Kenntnis der Seildehnung im belasteten Zustand und der bleibenden Seilverlängerung nach Entlastung von Bedeutung. verope hat diese Kennwerte für alle Produkte an großen Prüflängen mit hoher Präzision gemessen. Messwerte typischer verope Seilkonstruktionen finden Sie hier. Gerne stellen wir Ihnen für Ihre Auslegungen die Ergebnisse für andere verope Seilkonstruktionen zur Verfügung.

➜ Durchmesserreduzierung

Unter Belastung wird ein Seil länger und dünner. Die Durchmesserreduktion kann das Verhalten bei Mehrlagenspulung nachhaltig beeinflussen. verope hat die Durchmesserreduktionen für alle Produkte gemessen und kann diese bei Bedarf zur Verfügung stellen.

➜ Querdruckstabilität mit und ohne Last

Bei Mehrlagenwicklung werden Drahtseile zusätzlich zu den Zug- und Biegebeanspruchungen auch noch enormen Querkräften ausgesetzt. Damit die Seile diesen Belastungen standhalten und es nicht zu Spulproblemen kommt, ist ein hohes Maß an Querdruckstabilität erforderlich. Auch beeinflusst die Querdruckstabilität das Verformungsverhalten der Seiltrommel. Aus diesem Grund ist es für den Konstrukteur der Seiltrommel wichtig, die Querdruckstabilität in Form des Querelastizitätsmoduls der Seile zu kennen. Als Querdruckstabilität bezeichnet man den Widerstand eines Drahtseils gegen radiale Verformung (Ovalisierung). verope misst die Querdruckstabilität seiner Produkte im unbelasteten (Abb. 60 und 61) und im belasteten Zustand (Abb. 62).

Messung unter Zugkraft Bei der Bestimmung des Querelastizitätsmoduls unter Zugkraft wird das Verformungsverhalten des Seiles unter unterschiedlich hohen Zugkräften und unterschiedlich hohen Querkräften gemessen (Abb. 62). verope hat die Querelastizitätsmoduln für alle seine Produkte ermittelt und stellt sie Konstrukteuren bei Bedarf gerne zur Verfügung.

Drehverhalten Zur Beurteilung des Drehverhaltens von Drahtseilen werden das Seildrehmoment und der Seildrehwinkel gemessen. Zur Messung des Drehwinkels wird ein Seilende an einem leichtgängigen Wirbel befestigt. Während des Versuches wird die Verdrehung des Seiles in Abhängigkeit von der Last gemessen. Die Verdrehung wird in der Regel in Grad pro 1000 x Seildurchmesser angegeben. Zur Messung des Drehmoments werden beide Seilenden gegen Verdrehen gesichert. An einem Seilende wird in Abhängigkeit von der Last das Drehmoment gemessen, mit dem das Seil die Endverbindung verdrehen möchte.

Flexibilität

Die Flexibilität eines Seiles ist ein Maß dafür, wie leicht sich ein Seil um einen vorgegebenen Durchmesser krümmen lässt. Die Flexibilität eines Seiles ist unter anderem abhängig von der Stranglast. Die Flexibilität eines unbelasteten Seiles kann relativ einfach über den Durchhang des Seiles unter seinem Eigengewicht gemessen werden. Hierbei wird der maximale Durchhang des Seiles für verschiedene freie Seillängen (ausgedrückt als Vielfaches des Seildurchmessers) ermittelt (Abb. 67). Die Flexibilität von belasteten Seilen wird als Wirkungsgrad des Seiles beim Lauf über Seilscheiben gemessen.

Wirkungsgrad

Abb. 68 zeigt ein typisches Diagramm eines Seilwirkungsgrades über der Stranglast. In vielen Normen findet man den Hinweis, dass zur Dimensionierung eines Seiltriebes unter Verwendung von Rollenlagern mit einem Wirkungsgrad von 0,98 gerechnet werden soll. Dieser Wert ist in Abb. 68 eingezeichnet. Der Konstrukteur des Seiltriebes benötigt aber zur Berechnung der erforderlichen Antriebsleistung den Wirkungsgrad unter hohen Stranglasten (Bereich B im Diagramm, hier liegt der Wirkungsgrad höher als 0,98), und zur Berechnung des Mindestgewichtes der unbelasteten Hakenflasche den Wirkungsgrad unter relativ niedrigen Stranglasten (Bereich A im Diagramm, hier liegt der Wirkungsgrad deutlich niedriger als 0,98). Um dem Konstrukteur bei der Auslegung zu helfen, misst verope den Seilwirkungsgrad seiner Produkte zum Einen im niedrigen, zum Anderen im hohen Lastbereich mit hoher Genauigkeit (Abb. 69 und Abb. 70).

Als erster Seilhersteller überhaupt hat verope den Seilwirkungsgrad seiner Produkte während der gesamten Seillebensdauer gemessen. Typischerweise verbessert sich zunächst der Seilwirkungsgrad über der Seillebensdauer und fällt später ab, um bei Ablegereife etwa wieder den Ausgangswert zu erreichen. Abb. 71 zeigt ein typisches Beispiel. Bei höheren Lasten liegt der Wirkungsgrad der verope Spezialseile nachweislich bei D/d-Verhältnissen von 20 oder höher oberhalb von 0,99. Deshalb dürfen z.B. bei Verwendung von verschiedenen verope Spezialseilen vom Germanischen Lloyd zertifizierte Krane mit einem Seilwirkungsgrad von 0,99 ausgelegt werden. Für nähere Informationen kontaktieren Sie uns.