Lift Report

Der Seildehnungsmodul beschreibt das Dehnungsverhalten von Stahldrahtseilen in Seillängsrichtung unter dem Einfluss von mechanischen Beanspruchungen. Der Seildehnungsmodul wird aus der Seilkraft -Seildehnungskennlinie aus statischen Zugversuchen ermittelt. Diese Seilkraft- Seildehnungskennlinien sind ausgeprägt nichtlinear. Der Seildehnungsmodul ist deshalb keine Konstante und von einer Vielzahl an Seil- und Beanspruchungsparametern abhängig. Zu diesen Parametern mit wesentlichem Einfluss auf den Seildehnungsmodul zählen die Seilkonstruktion, die Seileinlage, die Spannungsniveaus in den Be- und Entlastungszyklen und der Gebrauchszustand der Seile. Eine Unterscheidung erfolgt in Tangenten- und Sekantenseildehnungsmodule. Dabei wird unterschieden nach den Tangentenseildehnungsmodulen

ET,auf(σZ) - aus der Tangente bei beliebiger Spannung an der Belastungskurve und

ET,ab(σZ, σob) - aus der Tangente bei beliebiger Spannung an der Entlastungskurve unter Berücksichtigung der Umkehrspannung σob von der Be- zur Entlastungskurve

und nach den Sekantenseildehnungsmodulen

ES(0, σob) - aus der Sekante zwischen der unteren Spannung σunt = 0 einer beliebigen Spannung σob und

ES(σunt, σob) - aus der Sekante zwischen zwei beliebigen Spannungen σunt und σob unter der Voraussetzung einer Spannungsumkehr bei σob.

Eine Darstellung der verschiedenen Definitionen der Seildehnungsmodule stammt von FeyJah1990, Bild 1.

Von Bedeutung im Aufzugsbau ist im Betrieb der Sekantendehnungsmodul ES(σunt, σob). Der Seildehnungsmodul ES(0, σob) ist untergeordnet, lässt aber eine Abschätzung der Dehnung in der kurzen Einbauphase zu. In FeyJah1990 sind die Seildehnungsmodule aus zahlreichen Zugversuchen mit 6- und 8-litzigen Stahldrahtseilen mit unterschiedlichen Einlagen und Gebrauchszuständen dargestellt worden. Die Seildehnung zwischen den Spannungen σunt und σob ist

Die Konstanten A, B und C sind in Fey2000 für 6- und 8-litzige Seile mit bis zu 3 Drahtlagen im neuen und im vorbelasteten Zustand getrennt nach Be- und Entlastung hinterlegt. Seilkraft-Seildehnungskennlinien werden regelmäßig bis zu festen Umkehrspannungen ermittelt. Der für den Aufzugsbau wichtige Seildehnungsmodul zwischen zwei Spannungen mit Belastungsumkehr bei σob wird unter der Voraussetzung gleicher Dehnungen in der Be- und Entlastung εauf (σob ) = εab (σob ) im Belastungsumkehrpunkt berechnet. FeyJah1990 haben festgestellt, dass eine Entlastungskurve an beliebiger Stelle der Belastungskurve durch eine Streckung der Entlastungskurve durch den Umkehr- und den Nullpunkt erfolgen kann. Die Konstante Bab wird durch Iteration bestimmt und in Babob überführt. Der Seildehnungsmodul in dieser Zwischenentlastung ist

bzw.

Wegen der Komplexität der Methode zur Bestimmung des Seildehnungsmoduls zwischen zwei Spannungen nach einer Spannungsumkehr, sind für ausgewählte Spannungspaare die Seildehnungsmodule berechnet und aufgelistet worden, Fey2000.

Für aktuelle Seile und/oder von der Liste in Fey2000 abweichenden Seilen sind getrennte Messungen der Seilkraft-Seildehnungskennlinien und Bestimmung der Dehnungsmodule notwendig. Zu diesen Seilen zählen auch 9-litzige Seilkonstruktionen wie das Drako 300T und 300TX und/oder Seile mit verdichteten Litzen. Bei diesen Zugversuchen wird die Seilzugkraft kontinuierlich bis zu etwa 10 % der Seilmindestbruchkraft erhöht. Die Dehnung wird gemessen und aufgezeichnet. Nach der Entlastung der Seile auf den Ausgangswert werden 10 Zyklen mit einer Belastung bis 50 % der Seilmindestbruchkraft mit anschließender Entlastung durchgeführt. Abschließend wird erneut auf 10% der Seilmindestbruchkraft belastet und entlastet mit gestuften Messungen der Seildehnungen. Bild 2 zeigt die Seilkraft-Seildehnungskennlinien für ein Drako 300T im neuen Zustand und nach der Schwellbeanspruchung. Es kann festgestellt werden, dass die Verläufe nach der Belastung steiler verlaufen, d. h. der Seildehnungsmodul steigt. Zudem treffen die Be- und Entlastungskennlinie wunschgemäß bei dem Ausgangswert zusammen, d.h. die bleibende Anfangsdehnung wird nach kurzer Zeit bei diesen Seilen nicht mehr erhöht. Damit ergeben sich für aufzugstypische Bedingungen bei einer Aufzugsanlage mit einer Förderhöhe von H = 400 m eine Dehnung von deutlich weniger als 2 mm je Zuladungseinheit von q = 100 kg.

Bei festgelegten Spannungen σunt und σob können angepasste Zugversuche mit den entsprechenden Zwischenentlastungen durchgeführt werden. Für bereits verfügbare Messungen und beliebige Spannungen σunt und σob kann zur Bestimmung der Seildehnungsmodule zwischen zwei Spannungen mit Spannungsumkehr eine vereinfachte Methode verwendet werden, die in Vog1996 zur Beschreibung der Federraten und Dämpfungsparameter bei druckbelasteten Gummifedern mit stark nichtlinearer Kennlinie diente. Diese Methode kann hier auf die Seilkraft-Seildehnungskennlinien übertragen werden. Im Versuch werden sogenannte Urbe- und Urentlastungskurven ermittelt.  Bei von den Maximalkräften abweichenden, kleineren Kräften wird die aktuelle Entlastungskennlinie durch horizontales und vertikales Schieben der Urentlastungskennlinie bestimmt. Vorausgesetzt wird, dass die aktuelle Entlastungskennlinie durch den Umkehr- und den Nullpunkt der Urbelastungskurve läuft.

In Zeiten zunehmender Verknappung von Rohstoffen und Energieressourcen ist der Begriff der Energieeffizienz in aller Munde. Die Möglichkeiten der Steigerung der Energieeffizienz im Bereich der Aufzugstechnik sind vielfältig und nicht auf die elektrischen und elektronischen Baugruppen beschränkt. Dünne Seile, kleine Treibscheiben mit kleinen Abtriebsmomenten, konsequenter Leichtbau wo möglich, Verbesserung der Schachtwirkungsgrade durch optimierte Installation, verringerte Reibung zwischen bewegten und stehenden Teilen der Aufzugsanlage sind nur einige Beispiele für den Beitrag der „Mechanik“ zur Energieeffizienz. Die Schnittstelle zum Seildehnungsmodul liegt dabei in der Reduzierung der translatorisch bewegten Seilmassen.

Durch Weglassen eines Seiles erhöht sich die Spannung in den verbleibenden Seilen. Der Betriebspunkt bewegt sich auf der Seilkraft-Seildehnungskennlinie nach oben in den steileren Bereich. Der Seildehnungsmodul steigt. Die Seileinfederung unter sonst gleichen Bedingungen nimmt ab. Der Verzicht auf ein Tragseil ist bei gleicher Seilkonstruktion z. B. durch Erhöhung der Drahtnennfestigkeit möglich wie dies bei dem Drako 300TX (Drahtnennfestigkeit R=1960 N/mm²) vorliegt. Mit zunehmender Förderhöhe nimmt die Seilmasse zu. Bei einer Förderhöhe von typischen HighRise-Anwendungen von etwa 400 m bedeutet der Verzicht auf ein Oberseil eine Massenreduzierung von etwa 10–15 %. Hinzu kommt, dass gegebenenfalls eine Einsparung bei den Ausgleichsseilen möglich wird. Zusammengefasst bedeutet dies geringere Erstkosten, kleinere Betriebskosten und geringere Einfederungen. Die Seilanzahl kann bei einem Einsatz des Drako 300TX reduziert werden. Die Spannung in den Seilen steigt wie auch die Pressung zwischen Seil und Rille. Die Lebensdauer der Seile müsste abnehmen. Dies trifft für mäßige Förderhöhen zu, bei denen der Wegfall von Seilmasse noch untergeordnet ist. Bei typischen HighRise-Anwendungen bei denen Förderhöhen bis 400 m keine Seltenheit sind, ist die Massenreduzierung bedeutend. Die Seilkraft reduziert sich. Der Seildehnungsmodul bleibt nahezu unbeeinflusst. Vergleichsrechnungen mit dem Drako 300T (R=1570 N/mm²) mit n-Seilen und dem Drako 300TX (R=1960 N/mm²) mit (n-1)-Seilen führt wegen der geringeren Seilmasse und dem Einfluss der Drahtnennfestigkeit zu einer vergleichbaren oder in einem Fall einer HighRise-Anlage mit 400 m Förderhöhe sogar zu einer Lebensdauersteigerung von etwa 10 %.

Üblicherweise werden im Aufzugsbau für gehobene Ansprüche bewährte Stahldrahtseile mit unabhängig verseilter Seileinlage eingesetzt. Diese Seile weisen hohe Lebensdauern bei sehr guten Laufeigenschaften auf und sind aufgrund des Kreuzschlags der tragenden Elemente tolerant gegenüber Montageimperfektionen. Seile mit parallel verseilter Stahleinlage sind u.a. durch erhöhten Aufwand bei der Montage – die in eine Richtung geschlagenen Außenlitzen und die Litzen der Einlage neigen zum Verdrehen auch schon unter Eigenlast – bisher nur in speziellen Anwendungen eingesetzt worden. Seile mit doppelparalleler Einlage geben aber auch Raum für Entwicklungen in Aufzugsseiltechnik. In einer ersten groben Nährung für die Seilkraftverhältnisse kann angesetzt werden, dass das Verhältnis Fahrkorbmasse zu Zuladung F/Q=1 und die Seilsicherheiten zwischen leerem und voll beladenem Fahrkorb bei 50 % Nutzlastausgleich ohne Berücksichtigung sonstiger Massen 12 ≤ Sf ≤ 24 ist. Mit den Ergebnissen von Fey2000 kann festgestellt werden, dass der Seildehnungsmodul von neuen Seilen mit parallel verseilter Seileinlage etwa 10 % größer ist als bei unabhängig verseilter Seileinlage. Für gebrauchte Seile schmilzt dieser Unterschied allerdings auf weniger als 5 % zusammen. Vor dem Hintergrund Dehnungen, Schwingungen, Energieeffizienz beim Nachregeln etc. sollen diese Möglichkeiten der doppelparallelen Konstruktion genutzt werden. Unterstützt und tragbar wird dies durch die zunehmende Montagegüte und der erweiterten Kenntnis der Eigenschaften der Seile mit parallel verseilter Seileinlage, insbesondere bei sog. High-Rise-Projekten.

Das Drako 250T, ein bewährtes Stahldrahtseil mit unabhängig verseilter Stahl Stahleinlage, erhält nun Gesellschaft in Form des Drako 250TPC, Bild 3. Bei diesem 8-litzigen Seil sind die Dimensionen der Außenlitzen und des Seilkerns harmonisch aufeinander abgestimmt. Zur weiteren Erhöhung der Lebensdauer und der Verbesserung der Laufruhe werden die Litzen verdichtet. Der Seildehnungsmodul unter aufzugstypischen Seilkraftverhältnissen erreicht Seildehnungsmodule in der angesprochenen Größenordnung. DieWeiterentwicklung auch mit anderen Konstruktionen und Technologien ist in vollem Gang.

Zur Steigerung der Lebensdauer und der weiteren Toleranz gegenüber Montageimperfektionen können bereits verfügbare Seilkonstruktionen mit Ummantelungen der Stahleinlagen versehen werden, Bild 4.

Der Seildehnungsmodul ist vor dem Hintergrund der aufzugstypischen Bedingungen diskutiert und seine Ermittlung aus gemessenen Seilkraft-Seildehnungskennlinien gezeigt worden. Vor dem Hintergrund Energieeffizienz, Seildehnung, Kosten und Seillebensdauer sind Seilkonstruktionen vorgestellt und verglichen worden.