Ausgabe 5/2009


09/01/09

Lebensdauer von Drahtseilen in Treibscheibenaufzügen


Experimentelle Untersuchung der Seilbeanspruchung in Traktionssystemen mit unterschiedlichen Formrillen

Dipl.-Ing. O. R. Berner, Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking
Die Lebensdauer von Stahldrahtseilen in Treibscheibenaufzügen wird von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst. Bei allen Anwendungen, bei denen Seile über Rollen laufen, erfahren die Seile eine Zug- und Biegebeanspruchung, die zu einer Materialermüdung und zu einem Verschleiß der Drähte an der Seiloberfläche und im Inneren der Seile führt. Darüber hinaus findet man bei Treibscheibenaufzügen systembedingt weitere anwendungsspezifische Beanspruchungen, die zu einer zusätzlichen Lebensdauerminderung der Seile führen. Zu diesen zusätzlichen lebensdauerbeeinflussenden Faktoren zählen der Seilschlupf, die hohe Pressungsbeanspruchung in Formrillen von Treibscheiben sowie eine wechselnde Ovalisierung der Seile.
Kategorie: Fachaufsaetze Ausgabe 5/2009
Erstellt von: Editor

Zielsetzung des am Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) bearbeiteten Forschungsprojekts war das Zusammenwirken der verschiedenen aufzugsspezifischen Schädigungsmechanismen zu analysieren und quantifizieren. Unterstützt durch verschiedene Aufzugs- und Seilhersteller wurde hierzu ein umfangreiches Versuchsprogramm über einen Zeitraum von annähernd fünf Jahren durchgeführt.

Das Forschungsvorhaben Nr. 13 606 N „Lebensdauer von Drahtseilen in Treibscheibenaufzügen bei der Kombination von Rillenprofilen“ wurde im Programm zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert.

Ausgangssituation

Die Lebensdauer und die Schädigungsmechanismen laufender Seile in Einzelscheiben mit Halbrundrillen ohne Traktionsübertragung sind bereits sehr umfangreich von Feyrer [1] erforscht worden. Über die zusätzlichen aufzugsspezifischen Schädigungsfaktoren, gibt es bisher jedoch nur wenige Untersuchungen. Die Dimensionierung von Aufzugsseilen stützt sich bei der Berücksichtigung der spezifischen Beanspruchungen weitestgehend auf eine Untersuchung von Holeschak [2] aus dem Jahr 1987. Um die größere Schädigung der Seile in Treibscheibenaufzügen mit Treibrillen zu berücksichtigen, werden bisher die von Holeschak aus statistischen Erhebungen an realen Aufzügen erarbeiteten Korrekturfaktoren fN3 – welche ausschließlich auf Seilen mit Fasereinlage basieren – herangezogen und damit die nach Feyrer berechnete Lebensdauer von laufenden Seilen in Halbrundrillen reduziert.
Hinzu kommt, dass die voranschreitende technische Entwicklung im Aufzugsbau, mit einem Trend hin zu kompakten getriebelosen Antrieben und modernen Leichtbaukabinen sowie der zunehmende Einsatz von Seilkonstruktionen mit Stahleinlage in der Aufzugsanwendung ebenfalls eine Überprüfung der bestehenden Bemessungsregeln erfordern.
Um die verschiedenen Einflussfaktoren und Schädigungsparameter grundlegend zu untersuchen – auch im Hinblick auf die veränderten Systemparameter – wurde im beantragten Forschungsprojekt für eine detaillierte experimentelle Untersuchung ein Versuchsprogramm mit unterschiedlichen Versuchsreihen entwickelt.
Einflussfaktoren und untersuchte Schädigungsparameter
Seilkonstruktionen
Die von Holeschak [2] abgeleiteten Korrekturfaktoren basieren auf Aufzugsanlagen, die wie damals üblich vorwiegend mit Fasereinlageseilen ausgerüstet waren. Da sich im Zuge der technischen Weiterentwicklung von Aufzugsanlagen auch die Anforderungen an die Aufzugsseile verändert haben und verstärkt eine geringe Dehnung und eine höhere Nennbruchkraft der Aufzugsseile gefordert wird, werden in den letzten 15 Jahren zunehmend Stahleinlageseile mit deutlich aufwendigeren Konstruktionen eingesetzt.
Das Forschungsprojekt untersucht daher neben typischen Fasereinlage-Konstruktionen auch Seile mit Stahleinlage, siehe Tabelle 1, um die unterschiedlichen Konstruktionen hinsichtlich ihrer Lebensdauer zu vergleichen.
Pressungsbeanspruchung
Im Aufzugsbau werden zur Traktionsverstärkung bei einfach umschlungenen Treibscheiben spezielle Formrillen eingesetzt. Die Formrillen werden als unterschnittene Halbrundrillen (rechts) oder Keilrillen (Mitte) ausgeführt, siehe Abb. 1. Dies führt zu einer Erhöhung der Treibfähigkeit aber auch zu einer – im Vergleich zu normalen Halbrundrillen – deutlich höheren Pressungsbeanspruchung der Seile. Die Ablenkscheiben werden hingegen ausschließlich mit Halbrundrillen (links) ausgeführt, wobei der Rillenradius r üblicherweise mit einem Übermaß ausgeführt ist, um ein Klemmen des Seils zu vermeiden.
Wechselnde Ovalisierung
Beim Lauf eines Seiles über die Treibscheibe mit Formrille und über die Ablenkscheibe mit Halbrundrille wird dieses in verschiedene Richtungen ovalisiert. Bisher wurde jedoch nicht untersucht in wieweit dieser Effekt einen Einfluss auf die Lebensdauer der Seile hat.
Seilschlupf
Die unterschiedlichen Massen, die durch das Fahrkorbgewicht mit Nutzlast und durch das Gegengewicht auf beiden Seiten der Treibscheiben wirken, ergeben unterschiedliche Seilzugkräfte auf beiden Seiten der Treibscheibe, Abb. 3. Hinzu kommen dynamische Kräfte bei Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen. Diese Traktionskräfte müssen durch Reibschluss zwischen Treibscheibe und Seil übertragen werden; es entsteht zwangsläufig Schlupf.
Molkow [3] unterscheidet hierbei drei Arten von Schlupf: Dehnungsschlupf, Laufradiusschlupf sowie Gleitschlupf. Durch unterschiedlich große Seilkräfte S1 und S2 auf beiden Seiten der Treibscheibe ändert sich die elastische Dehnung des Seils zwischen dem Auf- und Ablaufpunkt, es entsteht Dehnungsschlupf. Die unterschiedliche Eindringtiefe des Seils in die Rille bewirkt einen Laufradiusschlupf. Gleitschlupf wird bei Anfahr- und Abbremsvorgängen durch die Trägheit der Massen verursacht, wenn diese nicht vollständig durch die Seildehnung kompensiert werden können.
Zielsetzung und Vorgehensweise
Um die unterschiedlichen Schädigungsfaktoren quantifizieren zu können, wurden verschiedene Versuchsreihen entwickelt. Die Versuchsparameter wurden gemäß den Normenvorgaben in der EN 81-1 [4] eingeschränkt und entsprechen somit den Parametern in realen Aufzugsanwendungen. Die Versuche wurden mit einem Verhältnis von Treibscheiben zu Seildurchmesser von D/d = 40 und mit einer statischen Maximalbelastung der Versuchsseile, entsprechend einem minimalen Sicherheitsfaktor ν = 12 durchgeführt.
Der Einfluss unterschiedlicher Rillenformen und wechselnder Seilverformungen auf die Seillebensdauer wurde ohne Traktion und mit S1/S2 = 1 auf den am IFT vorhandenen Dauerbiegemaschinen untersucht. Da mit einfachen Seilbiegemaschinen keine realitätsnahe schlupfbehaftete Dauerbiegeversuche durchgeführt werden können, wurde im Rahmen des Forschungsprojekts ein spezieller Großversuchsstand konzipiert und gebaut [5]. Dieser Versuchsstand wird zur Untersuchung der weiteren, aufzugsspezifischen Parameter Traktion und Schlupf eingesetzt, so dass erstmals reproduzierbare dynamische Dauerbiegeversuche mit unterschiedlichen Seilkraftverhältnissen S1/S2 ≠ 1 durchgeführt werden können.
Versuchsergebnisse
Dauerbiegeversuche auf Einzelscheiben mit Rundrillen als Referenzversuche
Die Datenbasis der Lebensdauergleichung von Feyrer [6] basiert auf Versuchen mit Einzelscheiben und Rundrillen. Zur Einordnung der Versuchsseile in die Datenbasis von Feyrer werden Versuche bis zum Bruch des Seils auf Einzelscheiben mit Rundrille mit D/d=25 und einer bezogenen Seilzugkraft von S/d² = 117 N/ mm² durchgeführt. Entsprechend der DIN 15 020 [7] wurde ein Rundrillenübermaß von 6 % gewählt, was einem Verhältnis von r/d = 0,53 entspricht.
Einfluss des Rundrillenübermaßes auf die Bruchbiegewechselzahl
Mit weiteren Rillenübermaßen von 3 % (r/d = 0,515) und 1 % (r/d = 0,505) wurden die Auswirkungen kleinerer Rillenradien auf die ertragbare Biegewechselzahl untersucht. Auf der Basis der wenigen Versuchsdaten, die im Rahmen sehr langer Versuchszeiten gewonnen wurden, konnte kein signifikanter Einfluss auf die ermittelten Bruchbiegewechselzahlen festgestellt werden. Auf Anregung des Projektbegleitenden Arbeitskreises wurden Versuche mit einem noch größerem – in der Praxis unüblichen – Rillenübermaß von 20 % (r/d = 0,6) durchgeführt. Seile mit Fasereinlage wiesen dabei annähernd gleiche Bruchbiegewechselzahlen wie bei Rundrillenübermaßgrößen von r/d = 0,505 bis 0,53 auf. Bei den Stahleinlageseilen verminderten sich die Bruchbiegewechselzahlen dagegen auf den Faktor fN3(SES) = 0,77. Diese Lebensdauerminderung entspricht annähernd den bereits bekannten Werten für ein Rundrillenübermaß von 20 % nach Feyrer von fN3(SES) = 0,66 [1].
Dauerbiegeversuche mit Formrillen
(Einzelscheiben ohne Treibkraftübertragung)
Die Formrillenversuche, die mit einer relativ geringen Seilzugkraft von einem Zwölftel der Mindestbruchkraft S = Fmin/12 und einem Verhältnis D/d=40 durchgeführt wurden, führten zu extrem langen Versuchszeiten. Die Versuche wurden deshalb nicht bis zum Bruch der Seile, sondern nur bis zum Erreichen der Ablegereife gefahren.
Definition der Ablegekriterien
Für die Ermittlung der Ablegebiegewechselzahl ZAm ist entscheidend, welches Ablegekriterium angewendet wird. Feyrer [8] definiert die Ablegebiegewechselzahl ZAm über den Abstand zur Bruchbiegewechselzahl Zm. Die Ablegebiegewechselzahl ZAm ist bei 80 % der Bruchbiegewechselzahl erreicht. Die entsprechenden Ablegedrahtbruchzahlen auf einer Bezugslänge von 30 x d (BA30) bzw. 6 x d (BA6) stammen aus der Auswertung einer Vielzahl von Dauerbiegeversuchen. Feyrer differenziert im Gegensatz zu den Ablegedrahtbruchzahlen nach DIN 15 020 [7] nicht zwischen Seale- und Warrington- Konstruktionen, dafür unterscheidet er bei den Ablegedrahtbruchzahlen zwischen Seilen mit unterschiedlicher Seileinlage. Bei Stahleinlageseilen sind nach Feyrer erheblich höhere Ablegedrahtbruchzahlen möglich als bei Seilen mit Fasereinlage.
In der Praxis erfolgt die Beurteilung von Aufzugsseilen auf Basis der Ablegekriterien, die in der DIN 15 020 [7] oder ISO 4344 [9] festgelegt sind. Neben der Anzahl äußerlich sichtbarer Drahtbrüche werden weitere Kriterien, wie beispielsweise die Durchmesserreduzierung, als Ablegekriterium herangezogen. Das in der DIN 15 020 festgelegte Kriterium „Seilablage bei einer Durchmesserreduktion um 10 % bezogen auf den Seilnenndurchmesser d“ ist in der ISO 4344 noch schärfer mit 6 % festgelegt. Insbesondere bei dünnen Seilen (d < 8 mm) kommt das Kriterium Seildurchmesserreduktion im Rahmen von Einzelzulassungen in der Praxis häufig zum Tragen. Daher wurde dieses Ablegekriterium in diesem Forschungsvorhaben bei der Auswertung ebenfalls berücksichtigt.
In Tabelle 2 sind verschiedene Ablegekriterien aufgeführt, die bei der Auswertung der Dauerbiegeversuche mit Formrillen und der schlupfbehafteten Dauerbiegeversuche angewendet wurden.
Einzelscheibenversuche mit Formrillen
(Keilrille und Sitzrille) ohne Schlupf
Bei den Dauerbiegeversuchen mit Keil und Sitzrillen wurden regelmäßig sehr hohe Ablegebiegewechselzahlen erreicht. Aufgrund der teilweise extrem langen Versuchsdauern mit bis über 3,5 Millionen Biegewechsel und den damit verbundenen Versuchslaufzeiten von über 3 Monaten konnte das Ablegekriterium BA30 teilweise nur durch Extrapolation ermittelt werden. Die bisher gültigen Korrekturfaktoren zur Lebensdauerminderung in Formrillen nach Feyrer [1] und EN 81-1 [4] wurden bei den 56 Versuchsresultaten mit Formrille nur von 4 Ausreißern unterschritten. Bei den Seilen mit Stahleinlage zeichnete sich, im Vergleich zu den Seilen mit Fasereinlage, eine Tendenz zu kleineren Korrekturfaktoren fN3, d. h. eine stärkere Lebensdauerminderung, ab. Bei den abgelegten Seilen ist ein Seilverschleißfestzustellen, der ausschließlich auf denRadialschlupf beim Auf- und Ablaufen des Seils zurückzuführen ist. Im Gegensatz zu realen Aufzugsanwendungen findet bei den auf den Biegemaschinen durchgeführten Versuchen keine Übertragung von Traktionskräften und damit auch keine Relativbewegung in Tangentialrichtung zwischen Seil und Seilscheibe statt. Die wiederkehrende Belastung des Seils an den gleichen Drahtkuppenberührstellen und die gleichförmige Radialschlupfbelastung führen zu einem starken Verschleiß mit Grübchenbildung an den Rillenflanken. Der Schmierstoff wird verdrängt und kann nicht durch die sonst bei Tangentialschlupf vorhandene Relativbewegung zwischen Scheibe und Seil in die Kontaktstellen nachgeführt werden.
Dauerbiegeversuche mit zwei Scheiben mit unterschiedlicher Rillenform
Beim Lauf eines Seilstücks über eine Formrille und der anschließenden Biegung über eine Halbrundrille können beide Biegewechselzahlen entsprechend Feyrer [1] mit der Schadensakkumulationshypothese von Palmgren und Miner als eigenständige Beanspruchungen zusammengefasst werden. Eine Zusatzschädigung der Seile aufgrund wechselnder Seilovalisierung konnte daher entgegen den Erwartungen nicht nachgewiesen werden.
Schlupfbehaftete Dauerbiegeversuche
Der Prüfstand, der speziell zur Beurteilung des Einflusses von Seilschlupf auf die Lebensdauer von Aufzugsseilen entwickelt wurde, entspricht dem Prinzip eines Aufzugs mit einer Treib- und einer Ablenkscheibe , siehe Abb. 4. Die Fahrkorb- und Gegengewichtsmassen werden durch zwei Fangrahmen mit variablen Prüfmassen G1 und G2 aufgebracht, die sich längs vertikaler Führungsschienen bewegen. Durch ein wechselndes Heben und Senken der Prüfmassen wird ein Aufzugsbetrieb simuliert. Die statischen Seilzugkräfte S1 und S2 lassen sich mit Hilfe der Gewichtsplatten so einstellen, dass die Versuche unabhängig von den verwendeten Seilkonstruktionen und Seildurchmessern immer mit gleicher Seilsicherheit ν = 12 gefahren werden können.
Während in Treibscheibenaufzügen stets eine mehrsträngige Aufhängung vorhanden ist, wird an beiden Prüfstellen des Prüfstandes jeweils nur ein Tragseil verwendet . Auf diese Weise können die benötigten Massen zum Erzeugen der gewünschten Seilzugkräfte relativ klein gehalten werden. Außerdem wird eine Beeinflussung der Versuchsergebnisse durch Zwangschlupf aufgrund unterschiedlicher Laufradien der Seile in den Rillen vermieden. Der Umschlingungswinkel der Treibscheibe betrug 155°.
Treibkraftabhängige Drahtbruchentwicklung
Abhängig von der Fahrdynamik erfährt jeder Abschnitt des Versuchsseils beim Überrollen der Treibscheibe eine spezifische Treibkraft, die sich aus der Seilkraftdifferenz der Seilstücke auf der auf- und ablaufenden Seite der Treibscheibe ergibt. Die individuelle Beanspruchung einer Seilposition x ist dabei unabhängig von der Bewegungsrichtung. In Abb. 5 ist für jede Seilposition x der ermittelte Treibkraftbetrag |FT| für unterschiedliche statische Seilkraftverhältnisse S1/S2 dargestellt.
Bei einem Seilkraftverhältnis S1/S2 = 1 ergibt sich eine symmetrische Beanspruchung des Seils im Bereich der Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen der Gewichte G1 und G2. Hingegen wird bei ungleichem Seilkraftverhältnis die Seilzone zwischen 6000 mm und 8000 mm am stärksten beansprucht. Während der Beschleunigung bei der Aufwärtsfahrt des schwereren Gewichts G1 und der Verzögerung bei der Abwärtsfahrt von G1 läuft dieses Seilstück über die Treibscheibe.
Der Einfluss des individuellen Treibkraftbetrags |FT| auf die Seillebensdauer kann durch einen Vergleich mit der experimentell ermittelten individuellen Seilschädigung, z. B. anhand der auftretenden Drahtbrüche in jedem Seilabschnitt, untersucht werden.
Mit Hilfe einer computergestützten Drahtbrucherfassung konnte eine detaillierte Abbildung der Drahtbruchentwicklung erstellt werden. Hierzu wurde in regelmäßigen Intervallen die gesamte Seillänge visuell kontrolliert und die auftretenden Drahtbrüche elektronisch gespeichert. Die jeweilige Drahtbruchposition wurde mittels Seilwegaufnehmer anhand der Position der Gewichte bestimmt und in einer Datei abgelegt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Auswertung der Drahtbruchzahlen unterschiedliche Ablegekriterien angewendet werden können.
Abb. 6 zeigt exemplarisch für das Seil B die bei den Prüfstandsversuchen beobachtete Drahtbruchentwicklung auf einer Bezugslänge von 30d (B30) und 6d (B6).
Der Versuch wurde mit einer statischen Seilzugkraft S1/S2 = 1,39 und einer Treibscheibe mit 98° Unterschnitt durchgeführt. Die Drahtbruchentwicklung auf den jeweiligen Seilpositionen x korreliert dabei deutlich mit dem in Abb. 5 ermittelten Traktionskraftbetrag |FT|.
Lebensdauerfaktoren bei Formrillen und Treibkraftübertragung
Aus Abb. 6 kann für jede Position x des Seils die individuelle Anzahl der Biegewechsel ZAi bis zum Erreichen der Ablegereife ermittelt werden. Abb. 7 zeigt sechs unterschiedliche Versuche mit dem Seil B. Jeder Punkt im Diagramm repräsentiert einen einzelnen Versuchsseilabschnitt mit einer Länge l = 30 x d. Die erreichte Ablegebiegewechselzahl des Seilstücks ist in dieser Darstellung über dem dynamischen Seilzugkraftverhältnis S1*/S2*, welches das entsprechende Seilstück während der Überrollung der Treibscheibe erfährt, aufgetragen.
Bei der 35°-Keilrille (grün) findet man, unabhängig vom Seilzugkraftverhältnis, relativ kleine Ablegebiegewechselzahlen. Bei dieser Rillenform wird das Seil überwiegend durch die hohe spezifische Pressung in der Keilrille geschädigt, der schlupfbedingte Verschleiß trägt im Vergleich zur Pressung kaum zur Seilschädigung bei. Bei einem sehr großen Seilkraftverhältnis S1*/S2* > 2 steigen die Ablegebiegewechselzahlen sogar leicht an. Dies ist auf die kleiner werdende mittlere Pressungsbeanspruchung zurückzuführen, die sich aufgrund des gering eingestellten Gewichts G2 bei sehr groß gewählten Seilkraftverhältnissen ergibt.
Bei den Versuchen mit 105°-Sitzrille (blau) und 98°-Sitzrille (rot) ist die Seilbeanspruchung niedriger als bei der 35°-Keilrille. Dafür wirkt sich das dynamische Seilkraftverhältnis S1*/S2* deutlich stärker auf die erreichten Ablegebiegewechselzahlen aus. Der Seilschlupf und der damit im Zusammenhang stehende Seilverschleiß haben einen größeren Einfluss auf die Lebensdauer im Vergleich zu den 35°-Keilrillen-Versuchen. Während in der 98°-Sitzrille bei einem Seilkraftverhältnis von S1*/S2* = 1 Ablegebiegewechselzahlen von bis zu 700 000 Biegewechseln erreicht werden, findet man in den Seilabschnitten mit Seilkraftverhältnissen S1*/S2* > 1,45 lediglich Ablegebiegewechselzahlen ZAi < 300 000. Die Abhängigkeit der Seillebensdauer vom Seilkraftverhältnis konnte damit erstmals experimentell quantifiziert werden.
Die bereits bei den Versuchen mit Formrille ohne Treibkraftübertragung beobachtete Tendenz, dass die Lebensdauer von Seilen mit Stahleinlage im Vergleich zu Seilen mit Fasereinlage bei gleicher Seilsicherheit vermindert ist, tritt bei den schlupfbehafteten Dauerbiegeversuchen noch deutlicher auf.
Abb. 8 zeigt für jeden Seilabschnitt die ermittelten Korrekturfaktoren fN3 für die Seile A (blau) und B (grün) in der 35°-Keilrille.
Wendet man – wie in der Praxis üblich – die von der Faser- und Stahleinlage unabhängigen Ablegedrahtbruchzahlen nach DIN 15 020 als Ablegekriterium an, dann fallen die für das Seil B mit Stahleinlage ermittelten Korrekturfaktoren sogar unter den bisher gültigen Wert von fN3 = 0,054 für 35°-Keilrillen.
Für das Seil A mit Fasereinlage erhält man bei Anwendung der DIN 15 020 eine deutlich höhere Lebensdauer.
Auch bei den in Abb. 9 dargestellten Versuchen mit einer 98°-Sitzrille zeigt das Seil B mit Stahleinlage (grün) eine deutlich geringere Lebensdauer im Vergleich zum Seil A mit Fasereinlage (blau).
Bei einem Seilkraftverhältnis von S1*/S2* = 1 liegen beide Seile mit fN3 > 0,45 (Seil A blau) und fN3 > 0,25 (Seil B grün) über dem Korrekturfaktor nach Holeschak von fN3 = 0,12 für eine 98°-Sitzrille. Während Seil A auch im Bereich größerer Seilkraftverhältnisse den bestehenden Korrekturfaktor fN3 = 0,12 für eine 98°-Sitzrille nicht unterschreitet, erreicht Seil B bereits ab einem Seilkraftverhältnis von S1*/S2* = 1,12 fN3-Werte unterhalb dieser Grenze.
Unter den gewählten Versuchsbedingungen zeigen auch andere Litzenkonstruktionen mit Stahlseileinlage eine verminderte Lebensdauer, so unterschreitet z. B. auch das Warrington Seil D teilweise erheblich die bestehenden Korrekturfaktoren. Zur Quantifizierung und statistischen Absicherung dieser Erkenntnisse sollten zusätzliche Reihenversuche mit anderen Seilkonstruktionen und Seildurchmessern durchgeführt werden.
Zusammenfassung
Mit einem speziell entwickelten Prüfstand wurden am IFT Dauerbiegeversuche mit dynamisch wechselnden Seilkraftverhältnissen S1*/S2* ≠ 1 durchgeführt. Damit konnte die in Treibscheibenaufzügen wirkende Seilbeanspruchung erstmals realitätsnah in reproduzierbaren Versuchen untersucht und analysiert werden. Zur Untersuchungder spezifischen Schädigungsmechanismen wurden die Ergebnisse der schlupfbehafteten  Versuche mit den Resultaten verglichen, die mit Dauerbiegemaschinen ohne Traktionskraftübertragung gewonnen wurden. Aus der Analyse der Versuchsergebnisse lassen sich die folgenden Rückschlüsse ziehen:
- Bei Versuchen mit Treibkraftübertragung zeigen die Seile eine deutlich verminderte Lebensdauer gegenüber den Vergleichsresultaten in normalen Dauerbiegemaschinen . Bei einer unterschnittenen 98°-Sitzrille, einem Seilkraftverhältnis von S1*/S2* = 1,2 und α = 155° Treibscheibenumschlingung vermindert sich beispielsweise die Seillebensdauer auf unter 50 % der Laufzeit, die in Prüfständen ohne Traktionsübertragung erreicht wird.
- Neben der Seilschädigung, welche durch die Treibrillenform hervorgerufen wird, hat auch das Seilkraftverhältnis S1/S2 einen sehr großen Einfluss auf die erreichbaren Ablegebiegewechselzahlen. Bei Traktionsseiltrieben mit Rillenformen, die eine relativ geringe Pressungsbeanspruchung hervorrufen (z. B. Rundrillen mit kleinen Unterschnittwinkeln), ist das Seilkraftverhältnis der lebensdauerbestimmende Faktor. Die hier geschilderten neuartigen Versuchs- und Testmöglichkeiten sollten in der Zukunft dazu genutzt werden, bei der Beurteilung der Lebensdauer von Seilen für Treibscheibenaufzüge das Seilkraftverhältnis mit zu berücksichtigen.
Realitätsnahe Ergebnisse, die die tatsächliche Beanspruchung von Seilen in Treibscheibenaufzügen widerspiegeln, können nur anhand von Versuchen mit Treibkraftübertragung ermittelt werden. Beim Einsatz von Leichtbaukabinen für energieeffiziente Aufzüge werden das Seilkraftverhältnis und der Schädigungsfaktor Seilschlupf ebenfalls zunehmend an Bedeutung gewinnen.
- Entgegen den Erwartungen konnte beim Lauf eines Seiles über eine Kombination von Form- und Rundrillen kein signifikanter Einfluss der wechselnden Seilovalisierung auf die Seillebensdauer festgestellt werden.
- Da unabhängig von der Rillenform un der verwendeten Seilkonstruktion stets eine maximale statische Belastung entsprechend Seilsicherheitsfaktor ν = 12 gewählt wurde, ergab sich für die Seile mit Stahleinlage in den Versuchen eine sehr viel stärkere Belastung. Aufgrund der größeren Mindestbruchkraft der Stahleinlageseile wurden die entsprechenden Biegeversuche mit größeren Seilzugkräften und dadurch mit höheren spezifischen Rillenpressungen im Vergleich zu den Fasereinlageseilen durchgeführt. Dieses Versuchsdesign führte zu einer verminderten Lebensdauer der Seile mit Stahleinlage, in einigen Fällen erreichten die Stahleinlageseile nur ein Viertel der Fahrtenzahl der Fasereinlageseile. Bei den Versuchen mit zusätzlicher Traktionsbeanspruchung lagen die Korrekturfaktoren fN3 der Stahleinlageseile sogar regelmäßig unter den derzeit angewendeten Faktoren entsprechend EN 81-1 Anhang N.
Dieses Versuchsdesign deckt sich jedoch mit der gängigen Praxis. Auch in den derzeit gültigen Auslegungsregeln der EN 81-1 Anhang N wird nicht zwischen Faser- und Stahleinlageseilen unterschieden . Die minimal zulässige Seilsicherheit wird unabhängig von der verwendeten Seilkonstruktion bestimmt, obwohl die verwendeten Faktoren auf einer Untersuchung von Aufzugsanlagen mit Fasereinlageseilen beruhen. Die durchgeführten Versuche mit Stahl- und Fasereinlageseilen widerlegen diese Verallgemeinerung. Die Versuchsergebnisse haben vielmehr gezeigt, dass die effektive Seilzugkraft und damit die spezifische Pressung bei der Seillebensdauerprognose in Treibscheibenaufzügen berücksichtigt werden muss.
- Der Trend zu immer kleineren Seildurchmessern sowie die Verwendung von Drähten mit sehr hohen Festigkeiten erfordern weiterführende Untersuchungen hinsichtlich der Zusammenhänge zwischen spezifischer Pressung in Formrillen und der Seillebensdauer. Zukünftige Untersuchungen zur Seillebensdauer in Traktionssystemen sollten daher auch auf entsprechende Seilkonstruktionen mit einem Durchmesser unter 8 mm ausgeweitet werden.
Literatur
[1] Feyrer, K.: Drahtseile – Bemessung, Betrieb, Sicherheit. Berlin: Springer Verlag 2000
[2] Holeschak, W.: Die Lebensdauer von Aufzugsseilen und Treibscheiben im praktischen Betrieb. Universität Stuttgart, Dr.-Ing. Dissertation 1987
[3] Molkow, M.: Die Treibfähigkeit von gehärteten Treibscheiben mit Keilrillen. Universität Stuttgart, Dr.-Ing. Dissertation 1982
[4] DIN EN 81-1: Sicherheitsregeln für die Konstruktion und den Einbau von Aufzügen. Teil 1: Elektrisch betriebene Personen- und Lastenaufzüge, Februar 1999
[5] Berner, O.: Prüfstand für praxisnahe schlupfbehaftete Dauerbiegeversuche. Aufzüge der Zukunft – Visionen, Grenzen und Betrieb. VDI-Bericht Nr.: 1937 (2006)
[6] Feyrer, K.: Bruchbiegewechselzahl von Parallelschlagseilen, Draht 35 (1984) 11, S. 566–570
[7] DIN 15 020: Grundsätze für Seiltriebe, Blatt 1: Berechnung und Ausführung, 1974-02, Blatt 2: Überwachung im Gebrauch, 1974-04
[8] Feyrer, K.: Ablegedrahtbruchzahl von Parallelschlagseilen, Draht 35 (1984) 12, S. 611–615
[9] ISO 4344: Steel wire ropes for lifts – Minimum requirements, Februar 2004
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