Stahldrahtseile fr KraneProbleme und Lsungen

Stahldrahtseile fr KraneProbleme und Lsungen

1 Das Drahtseil als mehrfach redundantes Maschinenelement2 Problem: Lokale Konzentrationen von Drahtbrchen3 Problem: Innere Drahtbrche3.1 Problem: Innere Drahtbrche in einem 6-litzigen Seil mit Stahleinlage3.2 Lsung: 8-litzige Seile mit einer Kunststoffzwischenlage4 Problem: Innere Drahtbrche in konventionellen drehungsarmen Seilen4.1 Intermezzo: Drehungsarme und drehungsfreie Drahtseile4.2 Lsung: Drehungsfreie Spezialdrahtseile mit einem verdichteten Seilkern

und verdichteten Auenlitzen5 Die magnetinduktive Drahtseilprfung6 Problem: Korrosion von Stahldrahtseilen6.1 Lsung 1: Verzinkte Drhte und kunststoffumhllte Stahleinlagen6.2 Lsung 2: Regelmige Nachschmierung7 Problem: Ungengende Lebensdauer von Drahtseilen7.1 Lsung 1: Drahtseile mit hherer Ermdungsfestigkeit7.2 Lsung 2: Optimieren Sie Ihren Seildurchmesser!7.3 Lsung 3: Optimieren Sie Ihren Scheibendurchmesser!7.4 Lsung 4: Vermeidung unntiger Ermdungsbeanspruchung7.5 Lsung 5: Optimieren Sie die Zugschwellfestigkeit durch Reduzierung

des Drahtseildurchmessers!8 Problem: Litzenlockerungen und Korbbildungen8.1 Lsung 1: Seilschmierung8.2 Lsung 2: Stahlscheiben anstelle von Kunststoffscheiben8.3 Lsung 3: Seilscheiben mit greren ffnungswinkeln8.4 Lsung 4: Benutzen Sie Drahtseile mit einer Kunststoffzwischenlage!8.5 Lsung 5: Vermeiden Sie zu enge Seilrillen!9 Problem: Mechanische Beschdigung der Drahtseile auf der Seiltrommel9.1 Lsung 1: Gerillte Seiltrommeln und eine Lebus-Spulung9.2 Lsung 2: Drahtseile in Gleichschlagausfhrung mit verdichteten

Auenlitzen10 Problem: Gute Drahtseile sind teuer.10.1 Lsung: Berechnen Sie die Gesamtkosten!

von Dipl.-Ing. Roland Verreet

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Bild 1:Die Kette. Der Bruch eines Ele-mentes fhrt zum Versagen desGesamtsystems.

Bild 2:Das Drahtseil. Der Bruch einesElementes hat praktisch keinenEffekt.

1 Das Drahtseil als mehrfach redundantes Maschinenelement

Bei der visuellen Inspektion eines Drahtseiles hat der Inspektor 10.000 Drahtbrchegefunden. Nach seiner Meinung ist das Drahtseil noch nicht ablegereif. Knnte errecht haben?Vor der Erfindung des Drahtseiles im Jahre 1834 waren Ketten die gebruchlichstenHebemittel. Ketten haben jedoch einen gewichtigen Nachteil: Ketten sind Reihen-schaltungen von lasttragenden Elementen. Wenn nur ein einziges Kettenglied bricht(Bild 1), versagt das Gesamtsystem und die Last strzt ab.Drahtseile sind Parallelschaltungen von lasttragenden Elementen. Wenn ein Elementeines Drahtseiles bricht, wird die Bruchkraft des Seiles in der Regel um weniger als1% geschwcht (Bild 2), und auch diese Schwchung betrifft nur eine kurze Seilstrecke.Ein Drahtseil ist ein mehrfach redundantes System lasttragender Elemente. In einemredundanten System sind die Elemente, die fr das Funktionieren des Systemsbedeutsam sind, mindestens zweifach vorhanden. So ist z. B. unser Krper in Bezugauf Hren und Sehen redundant. Wenn wir das Sehvermgen auf einem Augeverlieren, knnen wir immer noch sehen. Und wenn wir auf einem Ohr taub werden,knnen wir immer noch hren.Wenn in einem Drahtseil ein Draht bricht, finden sich immer noch ungefhr 250 andereDrhte, die die Last tragen knnen.

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Bild 3:Jeder Drahtbruch bewirkt nur lokal eine geringfgige Herabsetzung derSeilbruchkraft.

Aber was passiert, wenn whrend des Einsatzes eines Drahtseiles immer mehr vondiesen Drhten brechen? Wenn wir die Sehkraft auf beiden Augen verloren haben,knnen wir nicht mehr sehen. Und wenn wir das Hrvermgen auf beiden Ohrenverloren haben, knnen wir nicht mehr hren. Sollte deshalb nicht auch ein Drahtseilsptestens dann versagen, wenn jeder seiner 250 Drhte gebrochen ist?Nein. Es klingt unglaublich, aber ein Drahtseil kann immer noch in einem gutenZustand sein, selbst wenn jeder seiner Drhte 200 mal gebrochen ist!Bild 3 zeigt eine schematische Anordnung der 250 Drhte, aus denen unser Drahtseilaufgebaut ist. Aus Platzgrnden sind lediglich 30 Drhte dargestellt. Entlang derSeillnge ist jeder einzelne der 250 Drhte einmal gebrochen. Jeder Drahtbruch stelltjedoch lediglich eine lokale Verringerung der Bruchkraft des Seiles dar. EinigeMillimeter von seiner Bruchstelle entfernt trgt jeder Draht wieder seinen vollenAnteil an der Last.Wenn wir eine sehr gleichmige Verteilung der Drahtbrche entlang der Seillngehaben, so dass in jedem kurzen Seilstck, sozusagen in jeder Salamischeibe desDrahtseiles, nur ein Drahtbruch gefunden werden kann, wird die Bruchkraft jedereinzelnen dieser Sektionen nur um weniger als 1% geschwcht sein.In einem Zugversuch wrde dieses Drahtseil seine volle, im Katalog ausgewieseneMindestbruchkraft erreichen, obwohl jedes einzelne seiner Elemente einmal gebrochen ist.

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Bild 4: Lokale Konzentration von Drahtbrchen

Trotzdem knnen wir lediglich eine endliche Zahl von Drahtbrchen pro Seillngen-einheit zulassen. Die Ablegedrahtbruchzahl ist in verschiedenen nationalen oderinternationalen Normen und in den Regeln der Klassifikationsgesellschaften als einezulssige Drahtbruchzahl bezogen auf eine Lngeneinheit aufgefhrt, die als Vielfachesdes Seildurchmessers angegeben wird. blicherweise sind die Ablegedrahtbruchzahlenfr eine Lnge von 30 x Seilnenndurchmesser (dies entspricht ungefhr 5 Seilschlag-lngen) und 6 x Seildurchmesser (dies entspricht ungefhr einer Seilschlaglnge)angegeben.Unser Inspektor hat 10.000 Drahtbrche gefunden, aber die Ablegedrahtbruchzahlwar in keinem einzigen Seilstck der Lnge 30 x d oder 6 x d erreicht. SeineEntscheidung, das Drahtseil auf dem Kran zu belassen, war somit korrekt.Dieses Beispiel zeigt, dass unter normalen Bedingungen ein Drahtseil ein sehr sicheresund zuverlssiges Maschinenelement ist.

2 Problem: Lokale Konzentrationen von Drahtbrchen

Einige Tage spter untersucht unser Inspektor das Hubseil eines Schwesterkrans. Erfindet lediglich 15 Drahtbrche, besteht aber darauf, dass das Drahtseil abgelegtwerden mu. Nachdem er auf einem baugleichen Kran 10.000 Drahtbrche zugelassenhat, klingt diese Entscheidung ein wenig seltsam. Kann es sein, dass sich unserInspektor diesmal irrt?Wenn die Drahtbrche sich auf einer sehr kurzen Seillnge konzentrieren (Bild 4), z.B.als Folge einer fehlerhaften Behandlung eines Drahtseiles oder als Folge einermechanischen Beschdigung, addieren sich die Bruchkraftverringerungen infolge derEinzeldrahtbrche innerhalb dieser kurzen Strecke zu einem kritischen Wert. Obwohl

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die brigen 500m des Seiles frei von Drahtbrchen sind, mu deshalb dieses Drahtseilabgelegt werden, weil 5cm in schlechtem Zustand sind.Drahtseile mit lokalen Konzentrationen von Drahtbrchen sind nicht betriebssicher.Die Entscheidung unseres Inspektors, das Drahtseil abzulegen, ist korrekt.

3 Problem: Innere Drahtbrche

Das Hubseil eines dritten, baugleichen Kranes zeigt keinen einzigen ueren Drahtbruch.Dennoch beschliet unser Inspektor nach einer Seiluntersuchung, dass das Hubseilabgelegt werden mu. Warum?Whrend einer visuellen Seilkontrolle kann lediglich der Zustand der Auendrhteeines Drahtseiles begutachtet werden. Der Metallquerschnitt der Aussendrhte einesDrahtseiles betrgt jedoch lediglich 40% des gesamten metallischen Querschnittseines Drahtseiles, und nur die Hlfte der Lnge dieser Auendrhte ist sichtbar (Bild5). Dies bedeutet, dass wir bei einer visuellen Drahtseilinspektion nur den Zustand von20% des metallischen Querschnitts eines Drahtseils begutachten knnen. Bezglichder brigen, nicht sichtbaren 80% des Metallquerschnitts knnen wir lediglich hoffen,dass sie in Ordnung sind.

Visuelle Drahtseilinspektion =20% Gewissheit + 80% Hoffnung

Leider kommt es aber relativ hufig vor, dass sich die sichtbaren 20% des Metallquer-schnitts in gutem Zustand prsentieren, whrend sich im unsichtbaren Teil desDrahtseils eine groe Zahl von Drahtbrchen versteckt. Drahtseile, die innere, aberkeine ueren Drahtbrche aufweisen, sind sehr gefhrlich.

Bild 5:Nur 20% des Metallquerschnittes knnen visuell begutachtet werden.

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3.1 Problem: Innere Drahtbrche in einem 6-litzigen Seil mitStahleinlage

Whrend der Inspektion eines Drahtseils 6x36 Warrington-Seale mit Stahleinlage(Bild 6) konnten keine ueren Drahtbrche gefunden werden. Nachdem das Drahtseilaber von Hand gebogen worden war, zeigte sich, dass jeder einzelne Auendraht imInneren des Seiles gebrochen war (Bild 7).Die berkreuzungsstelle zwischen der Stahleinlage und der Auenlitze ist charakterisiertdurch sehr hohe lokale Spannungskonzentrationen (Bild 8). Deshalb knnen dieAuendrhte der Drahtseile an den Berhrungspunkten mit der Stahleinlage brechen.Die freie Drahtlnge der gebrochenen Drhte in Bild 7 zeigt klar, dass dies hier der Fallgewesen ist.

Bild 7: Zahlreiche Drahtbrche an den Auflagestellen der Auendrhte auf derStahleinlage

3.2 Lsung: 8-litzige Seile mit einer Kunststoffzwischenlage

Bild 9 zeigt den Querschnitt eines 8-litzigen Seiles mit einer Kunststoffzwischenlagezwischen der Stahleinlage und den Auenlitzen (Casar Turboplast). DieKunststoffzwischenlage schliet nicht nur das Schmiermittel in der Stahleinlage einund schtzt diese gegen eine korrosive Umgebung, sie verhindert auch eine direkteAuflage Stahl auf Stahl zwischen den zwei Litzenlagen und verhindert somit die hohenlokalen Pressungen an den Auflagestellen zwischen der Stahleinlage und denAuenlitzen (Bild 10). Auf diese Weise hilft die Kunststoffzwischenlage erfolgreich,Drahtbrche im Seilinnern zu vermeiden.

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Bild 10: Die Kunststoffzwischenlagewirkt wie ein Kissen.