Seilforschung und Produkte für Aufzugsanwendungen

Stahldrahtseile und -scheiben werden untersucht.

von Dr.-Ing. Wolfram Vogel und Lothar Sieber

Stahldrahtseile haben eine wichtige Schnittstelle in Treibscheibenaufzügen. Die Seile beeinflussen die Dimensionierung des Seiltriebes, sowie Kosten, Energieeffizienz, genutzten Schachtraum, Produktion, Montage, Durchmesser und Wartung. Kleinere Seildurchmesser verkleinern die Durchmesser der Zug- und Umlenkrollen. Der Einsatz von Stahldrahtseilen mit einem Durchmesser (d) unter 8 mm und einem Verhältnis von Rollendurchmesser zu Seil (D/d) unter 40 eröffnet neue Möglichkeiten im Aufzugsbau. Stahldrahtseile, die mit Materialien mit höheren Reibungskoeffizienten ummantelt sind, reduzieren den Umschlingungswinkel der Treibscheibe und helfen, scharfe Traktionsrillen zu vermeiden. Flache und schlanke Endverbindungen für Stahldrahtseile haben den Vorteil einer erhöhten Lebensdauer und vermeiden Neigungswinkel an den Umlenkrollen. Darüber hinaus muss die Methode zur Berechnung der zu erwartenden Fahrtenanzahl verbessert werden, insbesondere bei komplexen Seilzügen in der Aufzugsanlage. Von Benannten Stellen ausgestellte Zertifikate sind erforderlich, um die Eignung neuer Produkte in Aufzügen nachzuweisen.

Kleine Seile, kleine Garben

Einer der ersten Schritte bei der Entwicklung kleinerer Seiltriebe in Schleppliften war die von der EN 8-81 geforderte Reduzierung des Seildurchmessers auf unter 1 mm. Bei konstantem D/d nahm der Scheibendurchmesser deutlich ab. Bei einem D/d unter 40 (zB im Prüfungszeugnis KP067-1) ist bei der 4-mm-Drako 25T ein Verhältnis von D/d = 150 und einem Scheibendurchmesser von D = 6 mm möglich. Ein zulässiger D/d = 250 reduziert den Scheibendurchmesser auf D = 24.6 mm für das 160-mm-Seil in gleicher Konstruktion.

Das Zertifikat KP067-1[4] basiert auf Lebensdauerbiegeversuchen, Statistiken und einer genehmigten Lebensdauerberechnung[1], die durch die traditionelle Berechnung der Zugkraft für V-Nuten und Halbrundnuten mit Hinterschnitt abgedeckt wird. Das Ergebnis sind Entscheidungsgraphen (Abbildung 1) für die berechnete und erwartete Anzahl von Fahrten. Die Biegefolge ist eine Biegung über die Zugrolle und zwei Biegungen über die Umlenkrollen. Nach der Tragfähigkeitsberechnung müsste ein Aufzugshersteller die Parameter D/d der Zug- und Umlenkrollen sowie den Sicherheitsfaktor festlegen. Die berechnete Anzahl der Fahrten des KP067-1[4] gespiegelt mit der erwarteten Fahrhäufigkeit ergibt die Seillebensdauer. Die Entscheidungsgraphen gelten für Umlenkrollen aus Stahl und Kunststoff in Zug- und Hydraulikaufzügen.

Lebensdauerberechnung

Beeinflusst durch Rückwärtsbiegungen

Die für das Drako KP067-1-Zertifikat [4] verwendeten Seillebensdauerberechnungen berücksichtigten nur Biegungen in die gleiche Richtung. Bei Rückbiegungen (Bild 2) wird deren Einfluss auf die Seillebensdauer oft unterschätzt. Eine Berechnung der Lebensdauer muss die Biegefolge im am stärksten beanspruchten Seilabschnitt berücksichtigen. Sobald Biegefolge und Elemente bekannt sind, können die Einflüsse der Rückbiegung und der geformten Nut zugeschrieben werden. Für jedes Biegeelement muss eine Anzahl von Biegezyklen berechnet und der Anzahl der Fahrten nach der Schadensakkumulationshypothese der Palmgren-Miner-Regel zugeordnet werden. Bei der Verwendung dieses Biegeelementmodells muss darauf geachtet werden, dass weder die Rückbiegung noch die Formrille zu stark oder zu stark beeinflusst werden, die beide einen extremen Einfluss auf die Seillebensdauer haben. Weitere Zertifizierungen werden auch diese Art des Biegens abdecken.

Kunststoffummanteltes Seil

KP067-1[4] umfasst das Stahldrahtseil D250T in 6 mm, 6.5 mm und 8 mm für D/d ≥ 24.6 und grundsätzlich offene Sicherheitsbeiwerte. Der Einfluss des Produkts auf die Seillebensdauer wird jedoch beeinträchtigt. Nutzen Sie die hier bereitgestellten Zahlen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, was Sie erwartet. KP067-1[4] behandelt Stahldrahtseile mit begrenzten Stahl/Stahl-Reibungskoeffizienten. Um die Reibung zu erhöhen, ist die Verwendung einer Kunststoffabdeckung hilfreich. Vorteile sind eine lange Lebensdauer durch reduzierten Druck, runde Rillen, leiser Lauf und reduzierter Umschlingungswinkel. Das kunststoffummantelte Seil PTX300 ist in KP195[5] mit ausführlichen Anweisungen und Ablegekriterien zertifiziert.

Seilabschluss: T-Buchse

Die in Abbildung 4 gezeigte T-Muffe stellt eine patentierte Endverbindung dar, die eine Installation der Seile ermöglicht. Dies ist besonders bei kleinen Seilen ohne Steigungswinkel wichtig,[3] da die Lebensdauer durch zusätzliche Belastungen und Seilbewegungen nicht beeinträchtigt wird. Zusätzliche Maßnahmen wie Schrauben und Federn helfen, Seilkräfte auszugleichen.

Fazit

Das Stahlseil ist ein interessantes Konstruktionselement von Schleppliften und deckt Montage, Wartung, Sicherheitsanforderungen, Zugkraft und Komfortaspekte ab. Dies ist wichtig und erfordert ein gründliches Verständnis dessen, was nach der Variation nur eines Parameters auftritt. Auf wissenschaftlichen Erkenntnissen basierende Zertifikate helfen, die Seile auch im harten Einsatz sicher zu verwenden.

Referenzen
[1] Feyrer, K. (2002). Drahtseil. Springer-Verlag Berlin.
[2] Vogel, W. „Der Einfluss von Rückwärtsbiegungen in den Seilantrieben von Zugaufzügen.“ Aufzugsbericht 36(2010) 2, S. 14-16.
[3] Vogel, W. & Scheunemann, W. „Sicherheit und Zuverlässigkeit von Seilendverschlüssen in Traktionsaufzügen Geplant.“ Aufzugsbericht 37 (2011) 6.
[4] „Zertifikat über die Konformitätsprüfung KP067-1 – Seilantrieb zur Verwendung als Teil der Maschine für Fahrantriebsaufzüge bzw. Indirekt wirkende Hydraulikaufzüge mit und ohne reduzierter Hubzahl.“ Pfeifer Drako/TÜV SÜD 2011.
[5] „Zertifikat über die Konformitätsprüfung KP195 – Seilantriebe mit Seil mit Kunststoffummantelung zur Verwendung als Teil des Antriebs für Zugaufzüge Typ Drako PTX300.“ TÜV SÜD 2012.