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<article lang="de"><title>Neuartige Maschinenelemente in der Fördertechnik und Logistik : Hochfeste, laufende Faserseile</title><articleinfo><authorblurb><para role="author">Dr.-Ing. Wolfram Vogel,<?d-linebreak?>Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Wehking</para><para role="authorinfo">Universität Stuttgart, Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT)</para></authorblurb><abstract lang="de"><para role="abstractDE">Materialflusssysteme und fördertechnische Anlagen und Maschinen lassen sich herunterbrechen auf die Fördermittel, die Groß- und Unterbaugruppen bis hin zu den Basiselementen wie z.B. Tragmittel, Bremse, Kupplung, Zahnrad und Antrieb (Abb. 1). Eine sehr wesentliche sicherheitstechnische Funktion kommt dem Tragmittel zu. Das am häufigsten in verschiedensten Anwendungsfällen wie Kran, Aufzug, Seilbahn, Hebezeugen usw. eingesetzte Tragmittel ist bisher noch mit Abstand das Stahldrahtseil. Dabei wird zwischen vorwiegend auf zug- und zugschwellbeanspruchte Seile und schwellend auf Biegung beanspruchte über Scheiben laufende Seile unterschieden. Im Bereich der modernen Wachstumsbranchen Fördertechnik und Logistik stei­gen die Anforderungen an die Tragmittel Seile hinsichtlich der Lebensdauer, der Ablegereifeerkennung, der Reduzierung der Masse bei gleichzeitiger Steigerung von Bruchkräften, Verzicht auf Schmierung bis hin zu gekoppelten Funktionalitäten aus Kraft übertragen, Bean­spruchung messen, Daten übertragen und Selbstüberwachung des Seils. Die hohen Anforderungen an die nächsten Gene­rationen Tragmittel sind nicht ausschließlich mit Stahl­drahtseilen zu erfüllen. Vielmehr müssen neuartige Maschinenelemente aus spezifischen Materialien mit angepassten Eigenschaften als Tragmittel in der Materialflusstechnik und Logistik Einzug halten. </para></abstract><abstract lang="en"><para role="abstractEN">Material flow systems, conveyors and machines consist of the conveyor, main and sub-components and basic elements such as load-carrier, break, clutch, gearwheel and drive. With regard to security the load-carrier plays a major role. The load-carrier which is most often used in cranes, lifts, cablecars, hoisting gears etc. is the steel wire rope. Here, it is differentiated between ropes which are submitted to tensile and pulsating tensile stresses and ropes which are submitted to pulsating bending stress and run over washers. The modern branch of material handling and logistics puts high requirements on the load-carriers with regard to their longevity, determination of the replacement state of wear, mass reduction in line with improved breaking resistance, abandonment of lubrication up to a coupling of the functions transmission of forces, measuring of stress, data transfer of self-control. These high requirements could not be satisfied by steel wire ropes alone. New machine elements of specific materials and with specific features have to be developed as load-carriers for material flow and logistics.</para></abstract><authorgroup><author><firstname>Wolfram</firstname><surname>Vogel</surname></author><author><firstname>Karl-Heinz</firstname><surname>Wehking</surname></author></authorgroup><biblioid class="uri">urn:nbn:de:0009-12-6906</biblioid><biblioid class="doi">DOI 10.2195/LJ-Not_Ref_d_Vogel_1020042</biblioid><keywordset><keyword>Faserseile</keyword><keyword>Seile</keyword><keyword>Aufzugsseil</keyword><keyword>Kran</keyword><keyword>Treibfähigkeit</keyword><keyword>Ablegereife</keyword><keyword>Aramidfaserseil</keyword><keyword>Treibscheibenaufzüge</keyword><keyword>Atlastau</keyword><keyword>Biegewechsel</keyword><keyword>Biegeversuch</keyword><keyword>Bruchbiegewechsel</keyword><keyword>Maschinenelemente</keyword><keyword>Fördertechnik</keyword><keyword>Karl-Heinz Wehking</keyword><keyword>Wolfram Vogel</keyword><keyword>Universität Stuttgart</keyword><keyword>Institut für Fördertechnik und Logistik</keyword><keyword>IFT</keyword><keyword>Litze</keyword><keyword>Seele</keyword><keyword>WGTL</keyword><keyword>Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik</keyword><keyword>elogistics journal</keyword><keyword>Prof Michael ten Hompel</keyword><keyword>Universität Dortmund</keyword><keyword>Uni Dortmund</keyword><keyword>Logistik</keyword><keyword>Logistics</keyword><keyword>Materialfluss</keyword><keyword>Material flow</keyword><keyword>Universitaet Dortmund</keyword><keyword>Intralogistics</keyword><keyword>intra logistics</keyword><keyword>intra-logsitics</keyword><keyword>Intralogistik</keyword><keyword>technische Logistik</keyword><keyword>DOI 10.2195/LJ-Not_Ref_d_Vogel_1020042</keyword><keyword>Wolfram Vogel</keyword><keyword>Karl-Heinz Wehking</keyword><keyword>ISSN 1860-5923</keyword></keywordset><subjectset scheme=""><subject></subject></subjectset><legalnotice><title>Lizenz</title><para>Jedermann darf dieses Werk unter den Bedingungen der Digital Peer Publishing Lizenz elektronisch übermitteln und zum Download bereitstellen. Der Lizenztext ist im Internet abrufbar unter der Adresse http://www.dipp.nrw.de/lizenzen/dppl/dppl/DPPL_v2_de_06-2004.html</para></legalnotice><titleabbrev></titleabbrev><volumenum>2004</volumenum><issuenum>Oktober</issuenum><biblioset relation="journal"><issn>ISSN:1860-5923</issn><title>Logistics Journal : nicht-referierte Veröffentlichungen</title></biblioset></articleinfo><section><title><phrase role="GEN_upcast-HEADINGNUMBER">1.	</phrase></title><para role="text">Hierzu ist es notwendig, gezielte Neuentwicklungen durchzuführen. Fingerzeige sind durch den Einsatz von hochfesten, laufenden Faserseilen in verschiedenen sicherheitsrelevanten Anwendungen bereits gegeben. Über die wenigen dazu bisher durchgeführten wissenschaftlichen Untersuchungen zu laufenden Faserseilen in sicherheitsrelevanten Anwendungsbereichen wird im Folgenden berichtet. Zudem werden die Parallelen, aber auch die Defizite der hochfesten Fasereile zu laufenden Stahldrahtseilen aufgezeigt, die im Wesentlichen aus fehlenden experimentellen Reihenuntersuchungen resultieren und einen breiten Einsatz von hochfesten, laufenden Faserseilen in sicherheitsrelevanten Anwen­dungen aber auch komplexen Materialflusssystemen derzeit praktisch noch verhindern. Um solche verbesserten Maschinenelemente „Faserseile“ in der Breite der Anwendungen einsetzen zu können, sind Untersuchungen notwendig, zu denen Zug- und Zugschwellversuche mit verschiedenen Endverbindungen, Dauerbiegeversuche, Treibfähigkeitsversuche aber auch weitergehende Versuche mit besonderen mechanischen Beanspruchungen und unterschiedlichen Umgebungsbedingungen unbedingt notwendig. Intensive Zusammenarbeiten zwischen Herstellern, Anwendern und Forschungsstellen sind dazu unerlässlich.</para><para role="Abbildung" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="109.54mm" fileref="dippArticle-1.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">1</phrase>: Vom Fördermittel zum Bauelement</para></caption></mediaobject></para><para role="heading">Anforderungen an laufende Faserseile</para><para role="text">Bei den laufenden Seilen müssen die sicherheitsrelevanten Anforderungen </para><itemizedlist mark="disc" spacing="normal"><listitem><para role="text">ausreichende Lebensdauer</para></listitem><listitem><para role="text">zuverlässige Erkennung der Seilablegereife, d.h. Erkennung des Zeit­punkts für den Seil­tausch, und zwar rechtzeitig, bevor ein gefährlicher Zu­stand eintritt</para></listitem><listitem><para role="text">bei Treibscheibenantrieben ausreichende Treibfähigkeit </para></listitem></itemizedlist><para role="text">erfüllt werden. Dies gilt in gleichem Maße auch für laufende Faserseile. Weitere Anforderungen, wie die Feder- und Dämpfungseigenschaften der Seile, das Dehnverhalten und die Laufruhe sind hinsichtlich der sicherheitstechnischen An­forderungen untergeordnet, bestimmen aber wesentlich die Gebrauchseigen­schaften, den Komfort und die Akzeptanz der Produkte am Markt.</para><para role="heading">Lebensdauer und Ablegereife laufender Faserseile</para><para role="text">Die Welt der Stahldrahtseile kennt für die laufenden Seile praktisch nur Drähte aus unlegierten Kohlenstoffstählen und in Ausnahmen aus Edelstählen. Die Zahl der Konstruktionen bei Stahl­drahtseilen ist vielfältig aber noch überschaubar. Bei den Faserseilen hingegen sind weit mehr Konstruktionen bekannt. Vor allem sind aber viele Faserwerkstoffe im Einsatz, deren Gebrauchs­eigenschaften z.B. durch Fertigungsprozesse und / oder Nachbehandlungen der Fasern und auch des kompletten Seils in sehr weiten Grenzen einstellbar sind. </para><para role="text">Die über Scheiben laufenden Seile werden durch ein Beanspruchungskollektiv, d.h. schwel­lende Biege- und Zugspannungen, aber auch Pressung und Ovalisie­rungsspannungen beansprucht. </para><para role="text">Die Seillebensdauer beim Lauf über Scheiben ist von den Seilparametern wie </para><itemizedlist mark="disc" spacing="normal"><listitem><para role="text">Seilkonstruktion</para></listitem><listitem><para role="text">Seildurchmesser d </para></listitem><listitem><para role="text">Seileinlage</para></listitem><listitem><para role="text">Draht- und Faserfestigkeit</para></listitem><listitem><para role="text">Schmierung, etc. </para></listitem></itemizedlist><para role="text">und zahlreichen Anlagenparametern wie </para><itemizedlist mark="disc" spacing="normal"><listitem><para role="text">Seilzugkraft S</para></listitem><listitem><para role="text">Verhältnis Scheibendurchmesser zu Seilnenndurchmesser D/d</para></listitem><listitem><para role="text">Biegelänge l</para></listitem><listitem><para role="text">Ablenkwinkel</para></listitem><listitem><para role="text">Rillenform</para></listitem><listitem><para role="text">Schrägzugwinkel</para></listitem><listitem><para role="text">Rillenwerkstoff</para></listitem><listitem><para role="text">Art der Biegung</para></listitem><listitem><para role="text">Mehrlagenwicklung</para></listitem><listitem><para role="text">Kombination von Zug- und Biegebeanspruchungen, etc. </para></listitem></itemizedlist><para role="text">abhängig. </para><para role="text">Der Lauf des Seiles ist nur deshalb leicht möglich, weil die Seildrähte und die tragenden Fasern gegeneinander verschiebbar sind. Durch diese Relativbe­wegung tritt aber an den Drähten und den Fasern Verschleiß in verschiedenen Erscheinungsformen auf. Aufgrund des Drahtverschleißes kann selbst bei ge­nauer Kenntnis aller Draht- und Faserspannungen damit die Seillebensdauer nicht berechnet werden. </para><para role="text">Die sicherheitsrelevanten Größen Lebensdauer und Ablegereife, d.h. die Biege­wechselzahlen von Stahldrahtseilen bis zum Bruch der Seile N bzw. bis zum Austausch der Seile rechtzeitig vor dem Seilbruch N<subscript>A</subscript>, können vielmehr nur in Dauerbiegeversuchen ermittelt werden. </para><para role="heading">Dauerbiegeversuche – Seile auf „Seele und Litze“ geprüft</para><para role="text">Der Vergleich in der Überschrift hinkt in keiner Weise. Was beim Menschen für „Herz und Niere“ steht, sind beim Seil die wichtigen Bauteile „Seele und Litze“. Für die Dauerbiegeversuche an Seilen werden Dauerbiegemaschinen eingesetzt, die schematisch in Abbildung 2 dargestellt sind. Das Seil ist in der Dauerbiegemaschine um die Prüf- und die Seiltreibscheibe geschlungen. Durch die oszillie­rende Hin- und Herbewegung der Seiltreibscheibe läuft das Seil auf der Prüfscheibe auf und ab, nimmt dabei die Zustände gerade – gekrümmt – gerade ein und wird damit durch Biegewechsel beansprucht. Während der Dauerbiegeversuche wird die Prüfscheibe über einen Hebel und starre Massen belastet, so dass im Seil eine konstante Zugkraft wirkt. Die Biegefrequenz bei den Dauer­biegeversuchen wird so eingestellt, dass sich die Versuchsseile auf nicht mehr als 50°C erwärmen. Im Labor des Instituts für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart (IFT) werden die Dauerbiegeversuche üblicherweise bei Raumtempe­ratur, trockener Umgebung, Prüfscheiben mit Rundrillen, einem Rillenradius r=0,53 x Seilnenndurchmesser d und einem Rillenöffnungswinkel von 60° durch­geführt, bis das Seil oder mindestens eine Litze ge­brochen ist. Der Einfluss von davon abweichenden Bedingungen wird durch Korrekturfaktoren berücksichtigt, die aus speziellen Laborversuchen und Feldbeobachtungen abgeleitet wurden. </para><para role="text">Während der Dauerbiegeversuche werden die Versuche bei Biegewechseln entsprechend der Normzahlreihe R10 angehalten, um den Seilzustand in regelmäßigen Abständen zu inspizieren. Bei diesen regelmäßigen Inspektionen werden Drahtbrüche auf Bezugslängen ermittelt, Durch­messer gemessen und Seilveränderungen festgehalten, die zur Ermittlung der Ablegereife und Ablege­reifekriterien herangezogen werden. </para><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="103.83mm" fileref="dippArticle-2.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">2</phrase>: Skizze einer IFT-Dauerbiegemaschine mit fliegender Prüfscheibe</para></caption></mediaobject></para><para role="text" /><para role="tabelle"><mediaobject><imageobject><imagedata width="103.32mm" depth="93.14mm" fileref="dippArticle-3.jpg" format="JPG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Tabelle <phrase role="GEN_SEQ">1</phrase>: Untersuchte Eigenschaften von laufenden Seilen</para></caption></mediaobject></para><para role="Abbildung" /><para role="text">Die Lebensdauer von Stahldrahtseilen kann für die häufig eingesetzten und die genormten Stahldrahtseile durch die Lebensdauergleichung und -berechnungs­methode für Stahldrahtseile nach [<link linkend="Feyrer00">Feyrer00</link>] in nahezu beliebigen Seiltrieben mit sehr guter Näherung berechnet werden. </para><para role="text">Für laufende Faserseile fehlen diese Möglichkeiten der Berechnung der Seil­lebensdauer in der Breite der sicherheitsrelevanten Anwendungen praktisch voll­ständig, von wenigen punktuellen Ausnahmen [<link linkend="Vogel91">Vogel91</link>-<link linkend="Vogel03">Vogel03</link>; <link linkend="Wehking98">Wehking98</link>; <link linkend="Wehking00">Wehking00</link>] abgesehen. Tabelle 1 zeigt deutlich die Defizite bei der systematischen Untersuchung laufender Faserseile im Vergleich zu den noch üb­licherweise eingesetzten Stahldrahtseilen. </para><para role="heading">Beispiele für Untersuchungen an laufenden Faserseilen</para><para role="heading4">Bruchbiegewechselzahlen</para><para role="text">Die Untersuchungen laufender Faserseile am IFT sind im wesentlichen durch sehr spezielle Fragestellungen der Industrie mittels Drittmittelaufträgen aus den Bereichen Serienhebezeuge, Offshore-Technik, Aufzugbau etc. zurückzuführen.</para><para role="text">Im Bereich der <emphasis role="bold">Serienkleinhebezeuge</emphasis> ist ein Lastenheft für den Einsatz eines Faserseiles in einem Treibantrieb erstellt und eine Gefahrenanalyse durchgeführt worden. Als wesentliche Gefährdungsereignisse sind bei dieser Gefahrenanalyse das Scheuern des Faserseiles an Bauteilen des Hebezeuges und scharfen Kan­ten der Arbeitsumgebung erkannt worden. Für den Treibantrieb bestehend aus der Paarung Faserseil – Kunststoffscheibe war unklar, ob bei allen denkbaren aber relevanten Umgebungsbedingungen die Treibfähigkeit gegeben ist und ein Lastabsturz infolge eines durchziehenden Seiles ausgeschlossen werden kann. Da ein nasses oder zumindest feuchtes Seil z.B. durch Arbeiten bei geöffneten Toren, Kondensation von Wassernebel etc. denkbar ist, wurden Hebevorgänge mit – den Extremfall betrachtend – vollständig gewässerten Seilen durch­geführt. Es konnte festgestellt werden, dass ein Heben der Last mit gewässertem Seil nicht mög­lich ist und – sicherheitstechnisch sehr bedeutend - die zu hebende Masse auch bei abgeschaltetem Antrieb in der Schwebe gehalten wird. Bei laufendem Antrieb dreht die Treibscheibe unter dem Seil durch. Auch nach länge­rem, weit über der Praxis liegendem Durchdrehen der Scheibe konnte in an­schließenden Zugversuchen praktisch kein Bruchkraftverlust des Faserseils fest­gestellt werden. Das untersuchte Serienkleinhebezeug HandyLifter von DEMAG ist nach entsprechenden Messeauftritten, z.B. der Industriemesse Hannover, am Markt erfolgreich etabliert worden. </para><para role="text" /><para role="text">Im <emphasis role="bold">Offshore-Bereich</emphasis> werden für verschiedene Anwendungen, wie dem Verlegen von Unter­wasserkabeln etc., leichte und schwimmfähige – damit den Antrieb verkleinernde - Seile mit hohen Bruchkräften gefordert. Da die Seile im Betrieb über Scheiben laufen und aufgetrommelt werden, sind zudem gute Biege­wechseleigenschaften gefordert. Am IFT ist im Dauerbiegeversuch (Abb. 4) das in Abbildung 3 gezeigte Faserseil geprüft worden. </para><para /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="35.24mm" fileref="dippArticle-4.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">3</phrase>: Faserseil mit tragenden Litzen aus hochfesten Polyethylenfasern Dyneema SK60</para></caption></mediaobject></para><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="55.78mm" depth="83.05mm" fileref="dippArticle-5.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">4</phrase>: Biegeversuch mit Faserseil auf einer Stahlscheibe</para></caption></mediaobject></para><para role="text">In Abbildung 5 sind die in Dauerbiegeversuchen ermittelten Bruchbiegewechselzahlen N über der durchmesserbezogenen Seilzugkraft S/d<superscript>2</superscript> für die untersuchten Durchmesserverhältnisse D/d doppellogarithmisch aufgetragen. </para><para role="text">Mit zunehmender Seilzugkraft und konstantem Durchmesserverhältnis von Scheibe zu Seil D/d nimmt die Bruchbiegewechselzahl ab. Für eine konstante Seilzugkraft nimmt die Bruchbiegewechselzahl mit größer werdendem D/d, d.h. kleiner werdender Biegespannung in den Filamenten, stark zu. Die Bruchbiege­wechselzahlen lassen sich für kleine und mittlere durchmesserbezogene Seilzugkräfte durch Geraden mit mäßiger Steigung beschreiben:</para><para role="text" /><para role="text"><inlinemediaobject><imageobject><imagedata width="3.18mm" depth="6.0mm" fileref="dippArticle-6.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject></inlinemediaobject>		<inlinemediaobject><imageobject><imagedata width="88.91mm" depth="12.95mm" fileref="dippArticle-7.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject></inlinemediaobject>	(<anchor id="f1" />1)</para><para role="text" /><para role="text">Die Regressionskoeffizienten a<subscript>1</subscript> bis a<subscript>4</subscript> sind mit der Methode der linearen Mehrfachregression speziell für das untersuchte Faserseil abgeleitet worden.</para><para role="Abbildung" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="153.68mm" fileref="dippArticle-8.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">5</phrase>: Bruchbiegewechselzahlen eines Faserseils mit hochfesten Polyethylenfasern „Dyneema SK60“ [<link linkend="Vogel02">Vogel02</link>]</para></caption></mediaobject></para><para role="text">Ab der sogenannten Sprungspannung fallen die Bruchbiegewechselzahlen mit weiter steigender Seilzugkraft schroff ab. Der Dauerbruch geht in einen Gewaltbruch über. In Abbildung 5 sind zusätz­lich die Bruchbiegewechselzahlen eines Stahl­drahtseiles mit bekannt guten Biegewechseleigen­schaften eingezeichnet. Es kann festgestellt werden, dass für kleine Seilzugkräfte die Faserseile den Stahl­drahtseilen überlegen sind. Schon hier lässt sich Relevanz und Chance für laufende Faserseile in Seiltrieben erkennen. </para><para role="text">Zu den wenigen im Dauerbiegeversuch untersuchten Seilparametern, außer der Seilzugkraft S und des Durchmesserverhältnisses D/d, zählt die Schlaglänge der im wesentlichen tragenden Litzen des in Abbildung 3 gezeigten Seils. Mit kleiner werdender Schlaglänge der Litzen und damit zunehmender Gleichmäßigkeit der Aufliegeverhältnisse des Seils in der Rille nehmen die Biegewechsel­zahlen zu (Abb. 6) [<link linkend="Vogel02">Vogel02</link>]. Die Reduzierung der Schlaglänge muss aber ein Kompromiss sein zwischen guten Biegewechseleigenschaften und gewünschten Festigkeits- und Dehnungseigenschaften des Seils. In dieser Untersuchung ist bei einem Durchmesserverhältnis von Scheibe zu Seil D/d=25 die Schlaglänge l =85 mm, d.h. jede Litze liegt 5 mal in der Rille auf, gewählt worden.</para><para role="Abbildung" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="132.3mm" depth="95.52mm" fileref="dippArticle-9.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">6</phrase>: Einfluss der Schlaglänge auf die Seillebensdauer bei dem hochfesten Faserseil aus Polyethylenfasern [<link linkend="Vogel02">Vogel02</link>]</para></caption></mediaobject></para><para role="heading4">Tiefseeforschung </para><para role="text">Bei der Untersuchung der Biegewechseleigenschaften hochfester Polyethylen­faserseile sind die Durchmesserverhältnisse D/d und die Seilzugkräfte in weiten Grenzen variiert worden. Für eine Sonderanwendung in der Tiefsee­forschung und dem sogenannten „deep sea mining“ laufen die Seile unter hohen Zugkräften über sehr kleine Scheiben. Um einen Verlust der teuren Aus­rüstung, die im Tiefseeeinsatz gehoben und gesenkt werden soll, auszu­schließen, sind mit geflochtenen und gedrehten Faserseilen aus hochfesten Polyethylenfasern Dauerbiegeversuche durchgeführt worden für ein konstantes Durchmesserverhältnis D/d, [<link linkend="Vogel98">Vogel98</link>]. </para><para role="text">Die Biegewechselzahlen zeigen den bereits bekannten Verlauf über der Seilzug­kraft, der für die geflochtenen und gedrehten Seile praktisch gleich ist (Abb. 7). Dieser so nicht ohne weiteres zu erwartende Effekt ist begründet in den hohen Biegespannungen infolge der kleinen Scheiben und der kleinen Reibung zwischen den Fasern. </para><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="132.28mm" depth="202.67mm" fileref="dippArticle-10.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">7</phrase>: Bruchbiegewechselzahlen von gedrehten und geflochtenen Faserseilen bei kleinen Biegeverhältnissen [<link linkend="Vogel98">Vogel98</link>]</para></caption></mediaobject></para><para role="heading4">Schleppen und Festmachen von Schiffen</para><para role="text">Atlastaue, deren Konstruktion mit Litzen und Monofildrähten am ehesten an Drahtseil­konstruktionen erinnern, werden z.B. beim Schleppen und Festmachen von Schiffen, beim Fest­machen einer Zug- und Zugschwellbeanspruchung aber auch einer Biegebeanspruchung aus­gesetzt. Die Biegewechseleigenschaften von Atlastauen (aber nur sehr speziell mit Seilnenndurch­messern d = 50 mm) sind am IFT in wenigen Dauerbiegeversuchen untersucht worden. Auch bei den Atlas­tauen hat sich die bereits gefundene lineare Abhängigkeit der Bruchbiege­wechselzahl von der Seilzugkraft gezeigt. Abbildung 8 zeigt das Ende eines Dauerbiegeversuchs nach dem praktisch vollständigen Bruch des Seiles. </para><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="103.51mm" fileref="dippArticle-11.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">8</phrase>: Dauerbiegeversuch mit Atlastau (Seilnenndurchmesser d=50mm) auf der Dauerbiegemaschine 5 des IFT (maximale Seilzugkraft S = 500 kN) [<link linkend="Vogel02">Vogel02</link>]</para></caption></mediaobject></para><para role="heading4">Aufzugbau</para><para role="text">Für Treibscheibenaufzüge sind Aramidfaserseile der Schindler AG für die An­wendung im Treibscheibenaufzug zugelassen (Abb. 9). Mit den Aramidfaserseilen sind zahlreiche Dauerbiege­versuche auf den Dauerbiegemaschinen des IFT bei verschiedenen Seilzugkräften auf Prüf­scheiben mit Rundrillen mit einem Durch­messerverhältnis bis herunter auf etwa D/d=21 durch­geführt worden [<link linkend="Wehking98">Wehking98</link>], [<link linkend="Vogel03">Vogel03</link>], [<link linkend="Wehking00">Wehking00</link>]. Bei diesen Dauerbiegeversuchen sind Bruchbiegewechselzahlen teilweise bis zum 30-fachen der Bruchbiegewechselzahl eines Stahl­drahtseiles mit guten Biegewechseleigenschaften bei sonst gleichen Versuchsbedingungen erreicht worden (Abb. 10). </para><para role="text" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="132.28mm" depth="98.15mm" fileref="dippArticle-12.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">9</phrase>: Aramidfaserseil für Treibscheibenaufzüge der Schindler AG</para></caption></mediaobject></para><para role="text" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="125.1mm" fileref="dippArticle-13.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">10</phrase>: Biegewechselzahlen von Aramidfaserseilen [<link linkend="Wehking98">Wehking98</link>], [<link linkend="Wehking00">Wehking00</link>]</para></caption></mediaobject></para><para role="heading">Ablegereife</para><para role="text">Die Ablegereife der Seile, d.h. der rechtzeitige Tausch der Seile bevor ein gefährlicher Zustand für Mensch und Maschine entsteht, ist eine wesentliche sicherheitsrelevante Anforderung. Typische Ablegekriterien bei Faserseilen sind beispielhaft Garnbrüche, Litzenbrüche, Quetschungen, Schäden durch Schnitte, aggressive Medien, Durchmesseränderungen etc. Einige dieser Ablegekriterien wie die Seildurchmesseränderung wachsen mit der Zeit.</para><para role="text">Für die in untersuchten hochfesten Polyethylenfaserseile sind bei den regelmäßigen Inspektionen während der Dauerbiegeversuche die Seildurchmesser in den Biegezonen gemessen und dokumentiert worden. In Abbildung 11 ist der relative Seildurchmesser d<subscript>N</subscript>/d<subscript>0</subscript> (d<subscript>0</subscript> ist der Seildurchmesser vor dem Versuch aber unter Zugbelastung) über der Biegewechselzahl N aufgetragen. Der relative Seildurchmesser nimmt mit zunehmender Biegewechselzahl zunächst nur mäßig und kurz vor dem Seilbruch sehr stark ab. Soll die Durchmesserabnahme als Ablegekriterium gelten, muss sie rechtzeitig vor dem Seilbruch erkennbar sein, wobei als angemessene Grenze 80% der Lebensdauer angesehen werden kann. In Abbildung 11 ist zu erkennen, dass die Durchmesserabnahme von 10% bei 80% der Seillebensdauer nur bei kleineren Seilzugkräften und entsprechend hohen Lebensdauern erreicht wird.</para><para role="text">Für den vorliegenden Fall war die Zuverlässigkeit der Ablegereifeerkennung mit einer entsprechenden statistischen Abgrenzung der Ablegebiegewechselzahlen gerade noch ausreichend. Ziel muss es aber sein, für die breite sicherheitsrelevante Anwendung von laufenden Faserseilen in Seiltrieben schärfere Ablegekriterien und -grenzen zu definieren.</para><para role="text" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="196.23mm" fileref="dippArticle-14.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">11</phrase>: Seildurchmesser im Verlauf der Dauerbiegeversuche</para></caption></mediaobject></para><para role="text" /><para role="text">Ein Schritt in die Richtung einer zuverlässigen Erkennbarkeit der Ablegereife, und zwar abge­koppelt von starren Inspektionsintervallen, ist mit den Aramidfaserseilen der Schindler AG für die Anwendung im Treibscheibenaufzug gemacht (Abb. 9). Die Erkennung der Ablegereife des Seiles, und zwar rechtzeitig bevor ein gefährlicher Zustand eintritt, ist wesentlich für den Einsatz in der sicherheitsrele­vanten Anwendung Personenaufzug, aber selbstverständlich auch für andere Anwendungen der Fördertechnik, des Materialflusses und der Logistik. Bei dem Aramidfaserseil sind die tragenden Litzen aus einem Verbund aus Aramidfasern und einem Harz hergestellt und vor mechanischen Beschädigungen und dem schädigendem Einfluss von UV-Strahlung durch einen Polyurethanmantel nach­haltig geschützt. Allerdings sind dadurch visuelle und taktile Inspektionen der tragenden Seillitzen nicht mehr möglich. Zur Erkennung der Ablegereife sind in die Litzen der äußeren Lage kurzdehnende, elektrisch leitende Kohlefasern eingearbeitet, deren Biegewechsel­festigkeit unter der der tragenden Aramidfasern liegt. Die Dehnung der Kohlefasern ist auf der Basis von Dauerbiegeversuchen so eingestellt worden, dass sie früher brechen als die Aramid­fasern, ihre elek­trische Leitfähigkeit verlieren und somit die Ablegereife anzeigen. Die Prüfung der Seile in den Endverbindungen ist bei der gewählten Methode einschlossen. Der Vorteil der Kohlefasern liegt zusätzlich in der Möglichkeit der ständigen Überwachung (auch bei jeder Fahrt), unabhängig von starren, langen Prüf­intervallen. </para><para role="heading">Treibfähigkeit</para><para role="text">Die Treibfähigkeit ist für den sicheren Betrieb von Treibscheibenaufzügen eine wesentliche Komponente. Für den Normalbetrieb, das Beladen des Fahrkorbs und den Nothalt muss eine aus­reichende Treibfähigkeit verfügbar sein. Die Treibfähigkeit des Aramidfaserseils auf Rundrillen ist am IFT auf dem sogenannten Treibfähigkeitsprüfstand untersucht worden (Abb. 12). Dabei sind die Schlupf-Seilkraftverhältniskurven für die realistischen Umgebungsbedingungen – trocken - Wassernebel - wieder getrocknet - untersucht worden. Bei den Treibfähigkeitsversuchen konnte keine zu kleine Treibfähigkeit und kein drastischer Rückgang der Treibfähigkeit durch die simulierten Umgebungsbedingungen festgestellt werden. Die Kombination Rundrille mit Aramidfaserseil in der einfachen Umschlingung stellt eine ausreichend hohe Treibfähigkeit zur Verfügung. Die Treibfähigkeit ist bei dem untersuchten Seil auch nach oben begrenzt. Durch die Begrenzung der maximalen Treibfähigkeit wird bei einer unkontrollierten Fahrbewegung nach oben oder beim ungewollten Aufsetzen des Gegengewichts in der Schachtgrube das Ziehen des Fahrkorbs unter die Schachtdecke verhindert.</para><para role="text" /><para role="Abbildung"><mediaobject><imageobject><imagedata width="158.76mm" depth="105.73mm" fileref="dippArticle-15.png" format="PNG" srccredit="embed" /></imageobject><caption><para role="caption">Abbildung <phrase role="GEN_SEQ">12</phrase>: Treibfähigkeitsversuche mit hochfesten, laufenden Faserseilen</para></caption></mediaobject></para><para role="heading">Zusammenfassung</para><para role="text">In modernen fördertechnischen Maschinen und Materialflusssystemen steigen die Anforderungen an die Tragmittel. Stahldrahtseile, die in den Seiltrieben über Scheiben laufen und/oder aufgetrommelt werden, decken dabei den größten Teil der meist sicherheitsrelevanten Anwendungen ab. Jüngere Untersuchungen des IFT zeigen, dass laufende Faserseile in speziellen Anwendungen eine Alternative zu den Stahldrahtseilen sind. Eine vollständige Substitution der Stahldrahtseile durch die Faserseile wird es aber nicht geben und ist auch nicht sinn­voll. Vielmehr muß der Anwendung entsprechend das Tragmittel zielgerichtet zugeordnet werden. Welche Chancen sich hier eröffnen, ist nicht nur in der vorne zitierten Steigerungen der Lebensdauer von Faserseilen im Vergleich zu Stahldrahtseilen im Aufzugbau zu erkennen. Beispielsweise sind im Anwendungsfall der Kranseile, vor allen im Automobilkranbereich mit Faserseilen bis zu 30% Masseeinsparungen pro laufendem Meter Seil möglich. Da aber hochfeste Faserseile im Aufzugsbereich und im Kranbereich aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen, denen sie ausgesetzt sind, völlig unterschiedliche Konstruktionen haben müssen, ist ein langer Entwicklungs- und Innovationsprozess notwendig. Dieser Entwicklungs- und Innovationsprozess soll durch diese Veröffentlichung beschleunigt werden, da nach Meinung der Autoren großes wirtschaftliches Potenzial und neuartige Alleinstellungsmerkmale gegeben sind.</para><para role="text" /><para role="heading">Literatur</para><para role="Literature" /><informaltable frame="none"><tgroup cols="2"><colspec colname="col1" colwidth="120.4pt" colnum="1" /><colspec colname="col2" colwidth="349.1pt" colnum="2" /><tbody><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Feyrer00" />Feyrer00]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Feyrer, Klaus: Drahtseile. Springer-Verlag Berlin 2000</para></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Vogel91" />Vogel91]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Vogel, Wolfram, Feyrer, Klaus: Hochfestes Faserseil beim Lauf über Seilrollen. Draht 42 (1991) 11, S. 814-818. Englisch: WIRE 42 (1992) 5, S.455-458</para></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Vogel98" />Vogel98]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0"><para role="Literature">Vogel, Wolfram: Dauerbiegeversuche an gedrehten und geflochtenen Faserseilen aus hochfesten Polyethylenfasern. Technische Textilien 41 (1998) 3, S. 126-128. Englisch: Bending tests with high-strength PE fiber ropes. Technical Textiles 41 (1998) 5, E 39-E40</para><para role="litText" /></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Vogel02" />Vogel02]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Vogel, Wolfram: Einfluss der Schlaglänge auf die Lebensdauer laufender hochfester Faserseile. EUROSEIL 121 (2002) 3, S. 57/58</para></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[Vogel02]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Vogel, Wolfram: Atlasseile beim Lauf über Scheiben. EUROSEIL 121 (2002) 4, S. 64/65</para></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Vogel03" />Vogel03]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Vogel, Wolfram: Tragmittel für Treibscheibenaufzüge. LIFT-REPORT 29 (2003) 5, S. 6-18. Englisch: Suspension means for traction elevators. LIFT-REPORT 29 (2003) 5, p. 19-28</para></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Wehking98" />Wehking98]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Wehking, Karl-Heinz: Endurance of high-strength-fibre ropes running over pulleys. OIPEEC Round Table Reading 1998</para></entry></row><row><entry colname="col1" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litID">[<anchor id="Wehking00" />Wehking00]</para></entry><entry colname="col2" valign="top" rowsep="0" colsep="0" align="left"><para role="litText">Wehking, Karl-Heinz: Lebensdauer und Ablegereife von Aramidfaserseilen in Treib­scheibenaufzügen der Schindler AG. Interner Forschungsbericht, Dezember 2000, Ebikon/Schweiz</para></entry></row></tbody></tgroup></informaltable><para role="text" /></section></article>