Lift Report

Basis aller Bemessungsregeln für Seiltriebe sind die Erkenntnisse der Seillebensdauerforschung und die Forderungen nach einer ausreichenden Seillebensdauer und einer zuverlässigen Erkennung der Seilablegereife. Für Hebezeuge erfolgt eine Auslegung von Seil, Scheiben und Trommel nach DIN 15 020, die erstmals die Erkenntnisse der Betriebsfestigkeit berücksichtigte. Dabei werden Nutzungshäufigkeit und -schwere und die Transportart berücksichtigt. Nachteilig ist, dass u. a. nur eine bestimmte Kombination von Seildurchmesser und Scheibendurchmesser bestimmt werden kann. Dies bedeutet eine Einschränkung für den Konstrukteur. Vorschläge für eine variable Auslegung unter Berücksichtigung der Bedingungen im Seiltrieb stammen von Fey2004. Die EN 13 001-3.2 – auch hier ist eine an dem Seiltrieb und der Betriebsfestigkeit orientierten Methode zur Seilauslegung hinterlegt – soll zukünftig die DIN 15 020 ablösen, was aber bisher an begründeten Einsprüchen gescheitert ist.

Im Bereich der Personenfördertechnik sind Bemessungsregeln für die Stahldrahtseile bei Treibscheibenaufzügen, Schachtförderanlagen und Seilbahnen bekannt. Bei Schachtförderanlagen und Seilbahnen sind die Durchmesserverhältnisse von Scheiben zum Seil D/d praktisch festgelegt. Dies trifft bei Seilbahnen in weiten Grenzen auch auf den Seilsicherheitsfaktor Sf zu, der das Verhältnis der von zulässiger Belastung zur Seilmindestbruchkraft bzw. rechnerischen Seilbruchkraft beschreibt. Bei Schachtförderanlagen nimmt der Sicherheitsfaktor mit zunehmender Teufe entgegen den Erwartungen ab. Dies hat wirtschaftliche Gründe,  wobei dieser „Sicherheitsverlust“ durch zusätzliche Maßnahmen bei der Inspektion ausgeglichen wird. In den technischen Regeln für Aufzüge TRA und auch der frühen Fassung der EN 81-1:1994 war ein Durchmesserverhältnis D/d ≥ 40 und Sf ≥ 12 gegen die Seilmindestbruchkraft bzw. praktisch gleichwertig Sf ≥ 14 gegen die rechnerische Seilbruchkraft gefordert. Grenzen für die maximalen Pressungen waren hinterlegt. Nachteilig war, dass eine Kombination (D/d; Sf) festgelegt wurde ohne die Biegefolge der durch Zug, Biegung und Pressung höchstbeanspruchten Seilzone zu berücksichtigen. Die Gefahr bestand, dass Seiltriebe mit kleinen Seillebensdauern möglich waren, bei denen die Ablegereife nicht zuverlässig zwischen zwei Inspektionsintervallen erkannt werden konnte. In der gültigen Fassung der EN 81-1:1998 ist in Anlage N eine Bemessungsregel vorgestellt, bei der für die Biegefolge der höchstbeanspruchten Seilzone, die Scheibendurchmesser und Rillengeometrien eine äquivalente Biegezahl bestimmt und damit ein Sicherheitsfaktor berechnet wird. Zu Grunde gelegt ist eine Fahrtenzahl bis zur Ablegereife (N = 200 000 Fahrten/Jahr für 3 Jahre), so dass auch für stärker frequentierte Aufzugsanlagen die Ablegereife zwischen 2 Inspektionsintervallen erkannt werden kann. Diese Methode greift auf Erkenntnisse aus Fey2000 zu und ist erstmals ausführlich von Schi2002 beschrieben worden.

Mit den Festlegungen in EN 81-1, Anlage N ergibt sich ein Seiltrieb, dessen Lebensdauer begrenzt ist und in vielen Fällen wie z. B. dem Mid- und High-Rise-Bereich als klein empfunden wird. Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die Absicht der Berechnungsmethode vorrangig sicherheitstechnische Ziele verfolgt.

Die Aufzugswelt ist aber vielfältig. Ganz im Gegensatz zu den oben angesprochenen stark frequentierten Anlagen wird im Bereich der Wohnhausaufzüge (auch residential lifts genannt) oder bei bekanntermaßen wenig frequentierten Anlagen die Auslegung nach EN 81-1, Anlage N als noch zu „üppig“ bezeichnet. Für diese Aufzüge liegt es nun nahe, den Seiltrieb so auszulegen, dass D/d-Verhältnisse und Sicherheitsfaktoren verringert werden, um auf der Antriebsseite Kosten zu sparen und die Bauräume zu optimieren. Durch kleinere D/d-Verhältnisse und Seilsicherheiten nimmt aber die Seillebensdauer erwartungsgemäß ab.

Für das Stahldrahtseil des Typs DRAKO 250T d = 6 mm, d = 6,5 mm und d = 8 mm werden für praktisch beliebige Durchmesserverhältnisse von Scheibe zu Seil, Seilsicherheitsfaktoren unabhängig von der Berechnung der EN 81-1 und Formrillen der Treibscheiben die Ablegefahrtenzahlen berechnet. Dies gilt hier für den Fall, dass die höchstbeanspruchte Seilzone über die Treibscheibe und zwei Umlenkscheiben läuft. Es werden sowohl durchgängige Durchmesser bei Treib- und Umlenkscheiben DTreibscheibe = DUmlenkscheibe als auch die Fälle DTreibscheibe ≠ DUmlenkscheibe betrachtet.

Für die Treibscheiben werden Keilrillen von γ = 35° bis γ = 60° und Sitzrillen mit Unterschnittwinkeln φ = 75° bis φ = 105° eingesetzt. Die Abminderungsfaktoren werden entsprechend EN 81-1, Anhang N eingesetzt. Nicht gelistete Abminderungsfaktoren werden durch Extrapolation ermittelt.

In EN 81-1 ist eine Mindestfahrtenzahl bis zur Ablegereife zu Grunde gelegt, die bei den oben genannten Durchmesserverhältnissen Scheibe zu Seil zum Teil nicht mehr erreicht werden können. Ziel ist es nun aufzuzeigen, welche Fahrtenzahlen bis zur Ablegereife zu erwarten sind bei den kleinen D/d-Verhältnissen für verschiedene Seilsicherheiten Sf, verschiedene Formrillen und unterschiedliche Scheibenkombinationen.

Da es sich hier um im Aufzugsbau nicht übliche Parameter handelt, wird auf die sichere Seite gerechnet, z. B. durch Berücksichtigung von Seilkrafterhöhungen aus der ungleichmäßigen Seilspannung, der Reibung, der Beschleunigung etc. Höhere Biegewechselleistungen der DRAKO -Seile gegenüber der Grundgesamtheit nach Feyrer werden „vorsichtig“ berücksichtigt.

Mit dem DRAKO 250T d ≤ 8 mm sind in der Vergangenheit zahlreiche Dauerbiegeversuche durchgeführt worden. Bei den Inspektionen der Seile während der Versuche konnte die Ablegereife stets rechtzeitig vor dem Seilbruch festgestellt werden. Die ermittelten mittleren Ablegebiegewechselzahlen der DRAKO-Seile sind für kleine Sicherheitsfaktoren deutlich größer als die in Fey2000 hinterlegten Werte. Für steigende Seilsicherheiten nimmt dieser Vorteil noch zu.

Für die Berechnungen sind die zu erwartenden statischen Seilzugkräfte pauschal erhöht worden, um Effekte aus der Beschleunigung, der Führung, der Kraftverteilung etc. zu berücksichtigen.

Die Berechnung der mittleren und der statistisch abgegrenzten Ablegebiegewechselzahlen nach Fey2000 basiert auf Dauerbiegeversuchen mit vielen Seilen der gleichen Konstruktion unterschiedlicher Hersteller und Produktionschargen. Die Standardabweichung wird dabei mit ungefähr lgs = 0,3 angegeben. In Dauerbiegeversuchen mit dem Seil Drako 250T d ≤ 8 mm aus verschiedenen Produktionschargen ermittelte Ablegebiegewechselzahlen liefern eine kleinere Streuung von weniger als einem Drittel der oben genannten Standardabweichung.

Die höchst beanspruchte Seilzone läuft im betrachteten Fall z. B. über zwei Umlenkrollen und die Treibscheibe. Die Fahrtenzahl bis zur Ablegereife ist

Das Stahldrahtseil DRAKO 250T ist für Aufzüge innerhalb und außerhalb der Anforderungen der EN 81-1 vorgesehen. Der Sicherheitsfaktor Sf und/oder das Durchmesserverhältnis von Treib- bzw. Umlenkscheibe D/d kann von den Anforderungen der EN 81-1 abweichen. Liegt der Sicherheitsfaktor Sf innerhalb der Anforderungen der EN 81-1, Anhang N, liegt ein normkonformer Aufzug vor. Zusätzliche Maßnahmen für den Betrieb sind nicht notwendig. Liegt der Sicherheitsfaktor Sf außerhalb der Anforderungen der EN 81-1, Anhang N, liegt ein Aufzug mit „reduzierter Fahrtenzahl“ vor. Zusätzliche Maßnahmen für den Betrieb wie z. B. ein sicherer Fahrtenzähler finden Anwendung.

Die zu erwartende Fahrtenzahl kann für den Fall, dass die höchstbeanspruchte Seilzone über die Treibscheibe und zwei Umlenkscheiben läuft (und zwar mit der auf der sicheren Seite betrachteten Biegelänge entsprechend 2 Stockwerkabständen) für verschiedene Durchmesserverhältnisse D/d und Sicherheitsfaktoren Sf nach verfügbaren Graphen abgeschätzt werden. Dabei sind „sortenreine D/d“ und unterschiedliche D/d bei der Treib- und Umlenkscheibe betrachtet worden. Zwischenwerte können mit einer beigestellten Methode interpoliert werden. Der Gültigkeitsbereich der Baumusterprüfbescheinigung G515 ist in Tabelle 1 abschließend zusammengefasst.

Der Bereich der schwach und mäßig frequentierten Treibscheibenaufzüge konnte bisher nur unzureichend mit kostenoptimierten Antrieben bedient werden. Kostenreduzierung auf der Antriebsseite bedeutet stets eine Reduzierung des Durchmesserverhältnisses Scheibe zu Seil D/d. Dieser Reduzierung sind durch die Anforderungen in der EN 81-1 Grenzen gesetzt. Durch die Baumusterprüfbescheinigung G515 von Pfeifer DRAKO vom 21. 08. 2009 und die dort formulierten Zusatzmaßnahmen ist sicherheitstechnisch abgestützt der Weg frei für Anlagen mit praktisch beliebigen Treibscheiben, Durchmesserverhältnissen D/d ≥ 25 und Seilsicherheitsfaktoren, die von der Berechnungsmethode in EN 81-1, Anhang N abweichen.

Fey2000 Feyrer, K.: Drahtseile. Bemessung, Betrieb, Sicherheit. SpringerVerlag 2000

Fey2004 Feyrer, K.: Berechnung der Seillebensdauer in Seiltrieben. Konstruktion (2004) 6, S. 78–81

Mül1952 Müller, H.: Versuche an Drahtseilen und ihre Ergebnisse für den Betrieb. Fördern und Heben 2 (1952) 9, S. 229–234

Schi2000 Schiffner, G.: Anhang N: Ermittlung des Sicherheitsfaktors von Tragseilen. Tagungsband Heilbronner Aufzugstage 2000

DIN 15 020 Hebezeuge. Grundsätze für Seiltriebe, Berechnung und Ausführung. 1974-02

DIN CEN/TS 13 001-3.2 Krane – Konstruktion allgemein – Teil 3.2: Grenzzustände und Sicherheitsnachweis von Drahtseilen in Seiltrieben. Vornorm, 2009-05

EN 81-1 Sicherheitsregeln für die Konstruktion und den Einbau von Aufzügen. Teil 1: Elektrisch betriebene Personen- und Lastenaufzüge, Dt. Fsg. 1998