Lebensdauer von Stahlseilen beim kombinierten Lauf über Treib- und Ablenkscheiben unterschiedlicher Rillenform

Doctoral thesis German OPEN
Berner, Oliver Roger (2011)
  • Related identifiers: doi: 10.18419/opus-4437
  • Subject: Drahtseil , Seiltrieb , Lebensdauer , Treibscheibe , Aufzug <Fördermittel> | 620 | Treibscheibenaufzug , Treibfähigkeit | elevator , rope endurance , rope traction , wire rope

Die Lebensdauer von Stahldrahtseilen in Treibscheibenaufzügen wird von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst. Bei allen Anwendungen, bei denen Seile über Rollen laufen, erfahren die Seile eine Zug- und Biegebeanspruchung, die zu einer Materialermüdung und zu einem Verschleiß der Drähte an der Seiloberfläche und im Inneren der Seile führt. Darüber hinaus findet man bei Treibscheibenaufzügen systembedingt weitere anwendungsspezifische Beanspruchungen, die zu einer zusätzlichen Lebensdauerminderung der Seile führen. Zu diesen zusätzlichen lebensdauerbeeinflussenden Faktoren zählen der Seilschlupf, die hohe Pressungsbeanspruchung in Formrillen von Treibscheiben sowie eine wechselnde Ovalisierung der Seile und der Seilschlupf. Im Rahmen einer ausführlichen Literaturrecherche wird der derzeitige wissenschaftliche Stand der Forschung zum Thema Lebensdauer laufender Stahlseilen und speziell von Aufzugsseilen beschrieben. Im theoretischen Teil der Arbeit erfolgt eine detaillierte Darstellung und Analyse der aufzugspezifischen Schädigungsmechanismen für das Seil. Dazu werden verschiedene Arbeiten zur Beanspruchung laufender Seile in Rundrillen um die Betrachtung der Pressung und Ovalisierung beim Lauf von Stahlseilen in Formrillen erweitert. Anhand der so gewonnenen Erkenntnisse werden die Wechselbeanspruchungen analysiert, die das Seil beim Lauf über eine Kombination aus Form- und Rundrille erfährt. Mögliche Einflussfaktoren, wie die Seilquersteifigkeit, werden dabei ebenfalls betrachtet. Ausgehend von den im Aufzug vorhandenen statischen und dynamischen Seilkraftverhältnissen und auf Basis der geleisteten Reibarbeit wird ein Modell zur Quantifizierung des Seilverschleißes gebildet. Dieses wird anhand von Dauerbiegeversuchen mit und ohne Schlupf verifiziert. In den durchgeführten Versuchen werden sowohl wesentliche seilspezifische Parameter, wie die Seileinlage, als auch zahlreiche Parameter des Aufzugseiltriebs, z.B. Seilscheibengeometrien, variiert, um die Auswirkung auf die Lebensdauer zu untersuchen. Zusätzlich zur Anwendung der bekannten Dauerbiegemaschinen wurde eigens für die Untersuchung der Problemstellung ein Prüfstand für schlupfbehaftete Dauerbiegeversuche entwickelt und aufgebaut. Die methodische Vorgehensweise bei der Durchführung, Inspektion und Auswertung der Dauerbiegeversuche wird erläutert und es werden die bei den regelmäßigen Inspektionen während der Versuchsdurchführung gewonnenen Schadensverläufe und Drahtbruchentwicklungen dargestellt. Durch den Vergleich der Rundrillen-Referenzversuche mit den Versuchsreihen mit Formrille lässt sich der Schädigungsparameter Rillenform isoliert quantifizieren. Zusätzlich kann durch die Auswertung von Doppelscheibenversuche mit Kombinationen von Form- und Rundrillen der Einfluss der wechselnden Seilovalisierung ermittelt werden. Die Versuchauswertung der schlupfbehafteten Dauerbiegeversuche gibt Aufschluss über den Einfluss der Seilkraftverhältnisse und die Minderung der Seillebensdauer durch zusätzlichen Seilschlupf. Im Hinblick auf die Anwendungssicherheit wird die Drahtbruchentwicklung untersucht und erstmals bei Aufzugsseilen der Zusammenhang zwischen der Anzahl äußerlich sichtbarer Drahtbrüche und der verbleibenden Restbruchkraft experimentell ermittelt. Damit konnte die Frage nach der Sicherheit der bestehenden Ablegekriterien geklärt werden. Unter Berücksichtigung der Haupteinflussparameter wurde auf Basis der Versuchsergebnisse ein mehrdimensionaler Regressionsansatz aufgestellt und die Regressionskoeffizienten ermittelt. Für die Auslegung von Aufzugsseilen ist damit ein neuartiger Berechnungsansatz verfügbar, der erstmals die tatsächlichen Pressungsverhältnisse in Formrillen und den Seilschlupf berücksichtigt.
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