Lift Report

Pfeifer DRAKO Drahtseilwerk GmbH hat bereits auf der interlift 2007 Stahldrahtseile mit Nenndurchmessern d = 4 mm und d = 5 mm der Seilserie STX vorgestellt, die eine Entwurfsmusterprüfbescheinigung des TÜV Süd besitzen. Die Bescheinigung gilt für Aufzugsanlagen mit Treibscheiben mit Keilrillen von γ = 40° bis γ = 50° und Umlenkscheiben mit Rundrillen mit einem Durchmesserverhältnis D/d = 40. In einer Weiterentwicklung sind aber die Scheibendurchmesserverhältnisse aus den oben genannten Gründen Kosten, Platzbedarf und nutzbare Grundfläche auf D/d = 30 herabgesetzt worden. Im Folgenden wird über die umfangreichen Entwicklungsarbeiten mit den STX-Seilen mit Seilnenndurchmesserd = 4 mm berichtet, die mit Keilrillen (D/d = 40) und Umlenkscheiben (D/d = 30) eingesetzt werden. Die Entwicklungsarbeiten werden dabei stets am Systemgedanken gespiegelt. Dies bedeutet de facto, dass der Seilhersteller nicht mehr nur das Seil allein liefert, sondern viel mehr dem Aufzugshersteller bzw. dem Inverkehrbringer Komponenten und Ver- fahren an die Hand geben muss, um die zukunftsweisenden dünnen Stahldrahtseile zu einem sicheren Systemelement zu machen.

Stahldrahtseile sind beim Lauf über Scheiben einem Kollektiv von Beanspruchungen wie primären und sekundären Zugspannungen, Biegespannungen, Pressungen und Torsionsspannungen aber auch Verschleiß durch Relativbewegungen zwischen Seil und Scheibe und der Drähte untereinander ausgesetzt. Gerade wegen des Verschleißes kann die Lebensdauer der Stahldrahtseile selbst bei genauer Kenntnis der Drahtspannungen nicht berechnet, sondern muss durch Dauerbiegeversuche ermittelt werden. Die dazu eingesetzten Dauerbiegemaschinen, die Vorgehensweise bei den Versuchen und die statistische Auswertung sind in [1] ausführlich beschrieben. Es kann festgehalten werden, dass das Durchmesserverhältnis von Scheibe zu Seil und die Seilzugkraft neben der Biegelänge, der Drahtnennfestigkeit und dem Seildurchmesser wesentlichen Einfluss auf die Seillebensdauer haben. Diese Parameter sind deshalb auch zentraler Bestandteil in der sogenannten Feyrer’schen Seillebensdauergleichung, mit der die Ergebnisse der Dauerbiegeversuche, d. h. die ermittelten Bruch- und die Ablegebiegewechselzahlen beschrieben werden können. In [1] sind normierte bzw. häufig eingesetzte Seilkonstruktionen untersucht und ausgewertet worden. Zudem ist in [1] eine Methode vorgestellt mit der die Streuung der Versuchsergebnisse berücksichtigt wird. Für spezielle Seilkonstruktionen wie z. B. das STX 4 von Pfeifer DRAKO können die vorhandenen Versuchsergebnisse nicht ohne weiteres übernommen werden. Vielmehr müssen in angepassten Dauerbiegeversuchen mit realitätsnahen Versuchsparametern wie Durchmesserverhältnis D/d, Rillenform etc. die entsprechenden Grundlagen für die Lebensdauergleichung neu geschaffen werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Stahldrahtseil STX 4 erfreulicherweise hinsichtlich der Lebensdauer höhere und hinsichtlich der Streuung kleinere Werte liefert als die in [1] vorgestellten Seile vergleichbarer Konstruktion.

Das STX4-Seil, dessen technische Daten in Tabelle 1 zusammengefasst sind, wird zukünftig bevorzugt in Aufzugskonfigurationen eingesetzt bei denen das höchstbeanspruchte Seilstück über die Treibscheibe mit Formrille und zwei Umlenkscheiben mit Rundrille läuft. Beispielhaft ist im Folgenden herausgegriffen, welche Lebensdauern erwartet werden dürfen, wenn eine Treibscheibe mit Keilrille mit einem Keilwinkel von γ = 40° bis 50° bei D/d = 40 (Scheibendurchmesser D = 160 mm) und zwei Umlenkscheiben mit Rundrille und D/d = 30 (Scheibendurchmesser D = 120 mm) eingesetzt werden . Mit den genannten Scheibenparametern sind Dauerbiegeversuche durchgeführt worden. Bild 1 zeigt die Dauerbiegemaschinen im Technical Competence Center von Pfeifer DRAKO in Mülheim a. d. Ruhr. Diese Dauerbiegemaschinen sind praktisch identisch mit den in [1] beschriebenen Maschinen. Auf eine detaillierte Beschreibung wird deshalb verzichtet und auf die Literatur verwiesen. Wesentlich ist aber an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass während der Dauerbiegeversuche Drahtbrüche in den Biegezonen auf Bezugslängen von l = 6 x Seilnenndurchmesser d und l = 30 x Seilnenndurchmesser d gezählt und der Seildurchmesser gemessen wurden. Als Ablegekriterien für die Stahldrahtseile STX 4 sind 12 Drahtbrüche auf l = 30 x d, 6 Drahtbrüche auf l = 6 x d und eine Durchmesserreduzierung von 6 % (verschärft gegenüber DIN 15 020 mit dort 10 % gegenüber dem Seilnenndurchmesser) herangezogen worden.

Die Versuchsparameter bei den Dauerbiegeversuchen sind so eingestellt worden,dass die Versuchsdauern in vernünftigen Grenzen gehalten werden aber auch der Informationsgehalt für die spätere Aufzugsanwendung nicht verloren geht. Für die Versuche mit den Keilrillen sind Sicherheiten von S_f = 10 gewählt worden. Diese Sicherheiten kommen in der späteren Anwendung nicht vor, d. h. die Ergebnisse aus den Dauerbiegeversuchen müssen hochgerechnet werden. Gleiches gilt für die Versuche mit den Rundrillen, die mit relativ kleinen Sicherheiten S_f < 8 durchgeführt wurden. Ein Vergleich mit den von Feyrer ermittelten Biegewechselzahlen mit ähnlichen Seilkonstruktionen, den untersuchten Seilsicherheiten und D/d-Verhältnissen zeigt, dass das STX4- Seil bis zu viermal höhere Ablegebiegewechselzahlen erreicht. Für die weitere Berechnung der zu erwartenden Fahrtenzahlen bis zur Ablegereife wird aber auf die sichere Seite gerechnet mit kleineren Steigerungsfaktoren.

Für die Fahrtenzahlberechnung werden die Ablegebiegewechselzahlen der Stahldrahtseile STX4 in der Rund- und der Keilrille herangezogen unter der Annahme, dass das höchstbeanspruchte Seilstück über die Treibscheibe mit Keilrille (D/d = 40) und über zwei Umlenkscheiben mit Rundrille (D/d = 30) in gleichsinniger Biegung läuft, Bild 2.

Mit der Schadensakkumulationshypothese nach Palmgren-Miner ist die zu erwartende Fahrtenzahl

Vorgesehen ist z. B. der Einsatz von 12 parallelen Seilen bei den Massen von Fahrkorb F = 800 kg, Zuladung Q = 630 kg und Hängekabel HK = 30 kg. Die Seilsicherheit ist dann S_f = 21,1. Die Forderungen nach EN 81-1 an die Seilsicherheit sind damit erfüllt . Um zu zeigen welche Lebensdauern zu erwarten sind, auch wenn die Seilanzahl und damit die Seilsicherheit herabgesetzt wird, sind verschiedene Berechnungen bis zu S_f = 12 durchgeführt worden. Dies soll zum einen zeigen, welche Grenzen das System hat, aber auch welche Standzeiten bei bekannten Personenförderströmen zu erwarten sind. Für die Seilsicherheit S_f = 21,1 ist dabei eine Fahrtenzahl bis zur Ablegereife zu erwarten, die über der Grundlage der EN 81-1, Anhang N mit 600 000 Fahrten liegt.

Das Stahldrahtseil hat eine zentrale Rolle im Aufzug. Dieser Aufgabe wird es seit über 100 Jahren als Tragseil gerecht. Die aktive Rolle im Zusammenspiel mit dem Antrieb spiegelt nur einen Aspekt wider. Weitere Themengebiete sind in Bild 3 dargestellt.

Für den Seilanwender können durch das Seil und zusätzliche Komponenten vielfältige Probleme gelöst werden. Neben dem in einigen Fällen bereits praktizierten Konfektionieren der Seile (Ablängen, nichtlösbare Endverbindungen anbringen, Zubehör beifügen etc.) können weitere Hilfestellungen für

und vieles mehr geleistet werden.

Neue Aufzugskonzepte erfordern eine Risikoanalyse, in deren Bearbeitung z. B. der Nachweis sicherer Tragmittel fällt. Bei Seilen außerhalb der gängigen Normen (DIN EN 12 385-5, ISO 4309) ist ein Nachweis der äquivalenten Sicherheit zu führen. Liegt hierzu eine entsprechende Bescheinigung von anerkannten Benannten Stellen vor, so  entfällt eine aufwändige Prüfung für den Aufzugshersteller. Hierzu leistet Pfeifer  DRAKO seit vielen Jahren aktive Unterstützung für die Aufzugshersteller.

Für die Montage stehen weitere Hilfsmittel zur Verfügung. Einerseits können die Seile auf modularen Mehrfach-Haspeln (Bild 4) angeliefert werden, andererseits existieren Installations- und Führungs- Clips zur vereinfachten Handhabung des Seil-Paketes.

Die bisher im Aufzugsbau eingesetzten Endverbindungen nach DIN EN 13 411 sind für die bisherigen Seildurchmesser bewährt und in einer Vielzahl von Anlagen im Einsatz.

Für kleinere Seildurchmesser und die damit realisierbaren kompakten Antriebslösungen sind diese bisherigen Endverbindungen zu groß. Der erforderliche Bauraum zum Befestigen der Seile erzwingt eine Aufweitung der Seile zu den Befestigungspunkten hin. Eine geradlinige Seilführung ist nicht möglich, der resultierende Schrägzug reduziert die zu erwartende Lebensdauer der Seile. Aus diesem Grund eingesetzte Seilklemmen aus z. B. Hartholz blockieren aber andererseits einen Längenausgleich der Seile, Bild 5.

Neue, kompakte Endverbindungen (Bild 6) erlauben einen Schrägzug freien Seilverlauf. Zusätzlich bietet das Befestigungssystem eine sehr einfache und zeitsparende Möglichkeit der Seilinstallation. Durch variable Abstände der Seile zueinander in den Endverbindungen können diese in der gesamten Aufzugsanlage parallel zueinander geführt werden. Justageschrauben erlauben ein exaktes Einstellen der Seilspannungen. Auch das Kürzen der Seile nach dem ersten betriebsbedingten Setzen ist wie bisher möglich.

Eine hohe Anzahl von Seilen stellt für die Einstellung der gleichmäßigen Seilspannung eine Herausforderung dar. Hierzu bieten sich unterschiedliche Hilfsmittel und Werkzeuge an. Ein besonders effizientes Messgerät zeigt Bild 7. In nur einem Einstellvorgang werden alle Seile auf die gleiche Seilspannung eingestellt. Ein Messen einzelner Seile mit anschließendem Justieren und eine nachfolgende Prüfung der Ergebnisse, ggf. in mehreren Wiederholungen, ist nicht mehr zwingend notwendig.

Die Berechnungen der verschiedenen Aufzugskonfigurationen führen nahezu zwangsläufig zu unterschiedlichen Seilanzahlen. Eine hierzu entwickelte modulare Treibscheibe lässt sich zum einen bedarfsgerecht konfigurieren und zum anderen ist ein bedarfsweiser Treibscheibenwechsel in wenigen Handgriffen durchgeführt.

Für den laufenden Betrieb sind Seile im Hinblick auf die Ablegereife in fest definierten Intervallen zu überprüfen. Mit zunehmend kleinerem Seildurchmesser empfehlen sich alternative Methoden zu den bisher angewandten Methoden wie „Zählen der gebrochenen Drähte“ und „Messung des Seildurchmessers“.

Wesentlich – und ein wenig unter den grundlegenden Anforderungen verborgen – liegen Details wie gleichmäßige Seilspannung innerhalb der parallel angeordneten Seile und die Streuung der Seileigenschaften innerhalb einer Charge aber auch über einen längeren Beobachtungszeitraum. Hinzu kommt, dass der Seilhersteller auch auf Fragen antworten muss, welchen Einfluss der Einsatz von Kunststoffumlenkrollen auf die Seillebensdauer aber vor allem die Ablegereifeerkennung der Seile hat. Beispielhaft wird hier die Streuung herausgegriffen. Aus einer Fertigungscharge des STX4-Seiles von ca. 8000 m sind an unterschiedlichen Stellen 5 Seilproben für Dauerbiegeversuche herausgegriffen worden. Die Dauerbiegeversuche sind hintereinander auf der gleichen Dauerbiegemaschine mit konstant gehaltenen Versuchsparametern durchgeführt worden. Die ermittelten Ablegebiegewechselzahlen sind in ein Wahrscheinlichkeitspapier eingetragen worden, Bild 8. Es kann festgestellt werden, dass die Ablegebiegewechsel zahlen sehr gut mit der logarithmischen Normalverteilung beschrieben werden können. Die Streuung bzw. die Standardabweichung – gekennzeichnet durch den steilen Verlauf der Ausgleichsgeraden – ist mit lgs = 0,038 relativ klein und liegt am unteren Rand der in [1] angegebenen Streuungen für mehrere Versuche mit einer Charge.

Der zunehmende globale Wettbewerb erzwingt und ermöglicht neue Systemansätze. Neben alternativen Tragmitteln etablieren sich in zunehmendem Maße Konzepte neuer Systeme, die das bewährte Tragmittel Stahldrahtseil ergänzen und aufwerten. Die Reduktion der mechanischen und logistischen Schnittstellen für z.B. den Aufzugsbauer ermöglicht diesem eine kostengünstige und zeitoptimierte Produktentwicklung.