Über das drehverhalten von drahtseilen - … · Über das drehverhalten von drahtseilen von dipl.-...
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Über das Drehverhaltenvon Drahtseilen
Über das Drehverhalten von Drahtseilenvon Dipl.- Ing. Roland Verreet
1. Einleitung ............................................................................................... 2
2. Das Drehmoment des nicht- drehungsfreien Seiles. ................................. 4
3. Der Verdrehwinkel des nicht- drehungsfreien Seiles. ............................... 6
4. Warum dreht ein drehungsfreies Seil unter einer
äußeren Belastung nicht? ....................................................................... 8
5. Das Drehmoment des drehungsfreien Seiles. ......................................... 10
6. Der Verdrehwinkel des drehungsarmen Seiles. ...................................... 10
7. Der Verdrehwinkel des drehungsfreien Seiles. ....................................... 13
8. Intermezzo: Warum sind Casar Hubseile so drehstabil? ......................... 14
9. Die Stabilität der Hakenflaschen von Kranen......................................... 16
10. Die Stabilität von Systemen mit zwei Hubwerken. ................................. 21
11. Zwillingshubwerk: ein linkes und ein rechtes Seil oder
zwei drehungsfreie Seile? ...................................................................... 23
12. Die Veränderung des Drehmomentes eines Drahtseiles
durch eine gewaltsame Verdrehung. ...................................................... 24
13. Die Verdrehung eines Drahtseiles durch die Seilscheiben. ..................... 26
14. Die Verdrehung eines Seiles durch die Trommel. ................................... 29
15. Die Verdrehung eines Drahtseiles bei der Montage. ............................... 32
16. Warum dürfen nicht- drehungsfreie Drahtseile nicht
mit einem Wirbel arbeiten?.................................................................... 33
17. Warum dürfen Seile der Machart 17•7 und 18•7 nicht
mit einem Wirbel arbeiten?.................................................................... 33
18. Drallaufbau im Seiltrieb durch einen offenen Wirbel.............................. 34
19. Warum dürfen drehungsfreie Seile mit einem Wirbel arbeiten? .............. 37
20. Warum sollten drehungsfreie Seile mit einem Wirbel arbeiten? .............. 37
21. Was ist zu tun, wenn sich trotz Verwendung eines Wirbels
Drall im Seiltrieb aufbaut? .................................................................... 38
22. Sonderthema: Die Kopplung von Greiferseilen ....................................... 40
23. Erste Hilfe ............................................................................................. 43
24. Das richtige Seil für Turmdrehkrane ..................................................... 4425. Das richtige Seil für Teleskopkrane ....................................................... 45
26. Das richtige Seil für Gittermastkrane .................................................... 46
27. Das richtige Seil für Elektrozüge ........................................................... 47
28. Schlußbemerkung ................................................................................. 48
1
1. Einleitung
Um zu ergründen, warum überhauptein Drahtseil das Bestreben hat, sichunter Belastung zu verdrehen, be-trachten wir zunächst ein Bündelvon sechs parallelen Litzen, die umeinen Faserkern angeordnet sind(Bild 1).
Litzen aber gestaucht und daherzum Teil oder sogar vollständig ent-lastet (Bild 2).
Hierbei treten in den Litzen sehrhohe Zugkräfte und große Last-wechsel auf, die zu einem schnellenVersagen des Bündels führen wer-den.
Wenn wir mit Hilfe dieses Bündelseine Last von beispielsweise 6t he-ben, wird jede Litze mit 1t belastetund gedehnt werden. Der Faserkernnimmt keine Zugkräfte auf.
Beim Lauf über eine Seilscheibe wirddas Bündel um seine “neutrale Fa-ser”, seine Achse, gebogen. Hierbeiwerden die außen liegenden Litzenzusätzlich gedehnt und deshalb zu-sätzlich belastet, die innen liegenden
1 • 6t
6 • 1t
Bild 1: LitzenbündelBetrachten wir nun ein Seil mit 6Außenlitzen, die helixförmig um ei-nen Faserkern geschlagen wurden(Bild 3).
Wenn das geschlagene Seil um eineSeilscheibe gebogen wird, liegt jedeLitze streckenweise außen, wo sie ge-dehnt wird, und streckenweise in-nen, wo sie gestaucht wird. Inner-halb der selben Litze erzeugt die Bie-gung somit an einer Stelle eine Deh-nung (und Zugkräfte) und einigeMillimeter weiter eine Stauchung
Bild 2: Längenänderungen der Litzenbeim Biegen eines Litzenbündels
Verlängerung
Verkürzung
Gleiche Längen
Gleiche Längen
2
(und Druckkräfte). Durch leichteVerschiebungen der Litzen aus demStauchungsbereich (wo zuviel Mate-rial ist) in den Dehnungsbereich (woMaterial fehlt) kann ein großer Teildieser durch die Biegung erzeugtenLängenänderungen und Kräfte ab-gebaut werden (Bild 4).
6 • 1t
Bild 3: Geschlagenes Drahtseil
1 • 6t
Aus diesem Grund ist ein geschla-genes Drahtseil einem Litzenbündelbeim Lauf über Seilscheiben in Be-zug auf die Lebensdauer deutlichüberlegen.
Für dieses bessere Biegeverhaltenmuß der Anwender aber einen ho-hen Preis zahlen: Wenn wir mit Hilfedes geschlagenen Seiles nach Bild 3eine Last von 6t heben, wird in jeder
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Litze aufgrund ihrer Neigung zurSeilachse eine Kraft Fa geweckt, diegrößer ist als beim Bündel. Sie be-trägt etwa 1,06t (Bild 5).
Die gleiche äußere Belastung führtalso im geschlagenen Seil zu einerBelastung jeder einzelnen Litze, diehöher ist als beim Bündel.
Bild 5: Kraftkomponenten der Litzen
Bild 4: Spannungsabbau im Seil
Fc=0,35t
Fb=1t
Fa=
1,0
6t
3
ungsspektrum nicht mehr mit einerhinreichenden Genauigkeit durch-zuführen, so daß hier die Drehmo-mente experimentell in Abhängigkeitvon der Last bestimmt werden soll-ten.
Im Hause Casar Drahtseilwerk Saarwerden diese Versuche in folgenderWeise durchgeführt: Das zu prüfen-de Drahtseil wird in der Zugprüf-maschine mit dem einen Ende festeingespannt, das andere Ende wirdin einem Meßkopf verankert, der dasTorsionsmoment in Abhängigkeitvon der Zugbeanspruchung erfassenkann. Durch den Aufbau des Meß-kopfes und die Schaltung der Auf-nehmer werden eventuell auftreten-de Biege- und Temperatureinflüssekompensiert.
Die Konstruktion des Meßkopfes er-laubt eine definierte Verdrehung desSeiles vor Versuchsbeginn, so daßdie Meßkurven auch für verschiede-ne Verdrehungszustände des Seilesermittelt werden können.
Während der gesamten Dauer desBelastungsversuches werden dieMeßwerte für Zugkraft, Drehmo-ment, Seildehnung und weiter inter-essierende Größen, zum Beispiel dereffektive Seildurchmesser oder dieZugbeanspruchung einzelner Dräh-te, erfaßt und in einen Rechner ein-gelesen. Die so erfaßten Daten kön-nen während des Versuches in dergewünschten Abhängigkeit geplottetoder nach Beendigung des Versu-ches ausgewertet werden.
Die wesentlichen Einflußfaktorenauf das Drehmoment eines Draht-seiles sollen nun anhand zweier Bei-spiele erläutert werden:
Schwerwiegender ist aber die Tatsa-che, daß durch eine äußere Kraftnun in jeder Litze eine tangential amSeil angreifende Kraftkomponente Fcgeweckt wird. Diese Kraftkomponen-te bildet mit dem Hebelarm R zumSeilmittelpunkt ein Drehmoment,welches versuchen wird, das Draht-seil um seine eigene Achse zu ver-drehen (Bild 6). Mit den hierdurchentstehenden Problemen befaßt sichdiese Broschüre.
2. Das Drehmoment des nicht-drehungsfreien Seiles.
Die Summe der Produkte aus dentangentialen Kraftkomponenten derLitzenkräfte Fci und ihren Hebelar-men Ri ergibt das Drehmoment ei-nes Drahtseiles. Im Falle des sechs-litzigen Seiles aus Bild 6 errechnetsich das Drehmoment zu:
M = 6 • Fc • R
Bei mehrlagigen Drahtseilen ist dieBerechnung der Drehmomente we-gen der ungenügenden Kenntnis derKraftverteilung über dem Belast-
Bild 6: Das Drehmoment des Seiles
Fc
R
4
Beispiel 1:
Ein Drahtseil vom Durchmesser10mm und ein Drahtseil gleicherMachart vom Durchmesser 20mmwerden mit der gleichen Last beauf-schlagt. Welches Seil entwickelt dashöhere Drehmoment?
Man ist geneigt, voreilig zu antwor-ten, das Seil vom Durchmesser20mm werde das geringere Drehmo-ment aufweisen, da es etwa die vier-fache Bruchlast des dünneren Sei-les hat und deshalb spezifisch erheb-lich geringer belastet wird. In Wirk-lichkeit zeigt aber das stärkere Seilexakt das doppelte Drehmoment desdünneren.
Die Erklärung ist sehr einfach: Dieäußere Last bewirkt in beiden Sei-len wegen der gleichen Seilaufbautenund der gleichen Flechtwinkel diegleichen Kraftkomponenten Fc intangentialer Richtung. Im Seil vomDurchmesser 20mm besitzt jedochdiese Kraftkomponente Fc den dop-pelten Hebelarm (Bild 7). GleicheKraft • doppelter Hebelarm = dop-peltes Drehmoment. Aus diesemSachverhalt kann folgende Regel ab-geleitet werden:
Das Drehmoment einer Seilmach-art wächst linear mit dem Seil-durchmesser.
Für die Praxis bedeutet dies:
Je dünner das Seil, desto dreh-stabiler das System.
Dies ist ein eindeutiger Pluspunktfür Drahtseile mit einem hohenMetallquerschnitt und mit einer ho-hen Drahtnennfestigkeit.
Bild 7: Der Einfluß des Seilnenndurch-messers auf das Drehmoment
Beispiel 2:
Zwei Seile gleichen Durchmesserswerden mit Lasten von 1t und von2t beaufschlagt. Wie beeinflussen dieunterschiedlichen Belastungen dieDrehmomente der Seile?
Die doppelt so große äußere Last er-zeugt im zweiten Seil eine exakt dop-pelt so große Kraftkomponente Fcwie im ersten Seil (Bild 8).
Bei gleichem Hebelarm R ergibt sichhieraus für das doppelt so stark be-lastete Seil exakt das doppelte Dreh-moment. Aus diesem Sachverhaltkann die folgende Regel abgeleitetwerden:
Das Drehmoment eines nicht- dre-hungsfreien Seiles wächst linearmit der äußeren Last.
Fc
R
Fc
2R
5
Wir haben also mittels dieser beideneinfachen Beispiele festgestellt, daßdas Drehmoment eines Drahtseileslinear abhängt vom Seildurchmesserund der äußeren Belastung:
Das Drehmoment ist proportionalzum Produkt Last • Durchmesser
Fc = Fa • sin α
umso größer, je größer der Flecht-winkel α, das heißt, je kürzer dieSchlaglänge des Seiles ist.
Der Einfluß dieser Größen kann ineinem Faktor k zusammengefaßtwerden. k stellt somit eine charak-teristische Größe für die jeweiligeSeilmachart dar.
Unsere Gleichung für das Drehmo-ment eines Seiles nimmt dann fol-gende Form an:
Seildrehmoment =k • Last • Seilnenndurchmesser
M = k • P • d
Bild 9 zeigt die Faktoren k für ver-schiedene Casar Spezialdrahtseile.
Aus dem Bestreben von Gleich-schlagseilen, sich im unbelastetenZustand bei freiem Seilende stark zuentdrallen, wird oft gefolgert, daßdiese Seile auch unter Last bei fe-sten Seilenden ein höheres Drehmo-ment entwickeln. Dies ist nicht im-mer der Fall.
Die Drehmomente von Casar Gleich-schlagseilen liegen in der Regel nied-riger als die Drehmomente von CasarKreuzschlagseilen gleicher Machart.Für DIN- Seile ist häufig das Gegen-teil richtig.
3. Der Verdrehwinkel des nicht-drehungsfreien Seiles.
Ein nicht-drehungsfreies Seil wirdunter Last immer versuchen, seinDrehmoment durch Schlagverlän-gerung, d. h. durch Aufdrehen um
Weiterhin ist das Drehmoment einesSeiles natürlich abhängig von sei-nem Aufbau, das heißt von der Lit-zenzahl und den Macharten der Lit-zen, von den Schlaglängen und vonder Schlagart (Kreuzschlag oderGleichschlag). So ist beispielsweisein einem einlagigen Drahtseil dieKraftkomponente
Bild 8: Der Einfluß der Belastung aufdas Seildrehmoment
2 Fc
R
Fc
R
6
seine eigene Achse, abzubauen.Durch einen Belastungsversuch mitfreier Drehbarkeit eines Seilendeskann der Verdrehwinkel ermitteltwerden, unter dem sich das durchdie jeweilige Last geweckte Drehmo-ment zu Null abgebaut hat.
Casar Drahtseilwerk Saar hat eineVersuchseinrichtung entwickelt, diees erlaubt, neben anderen wichtigenKennwerten wie beispielsweise Zug-kraft und Dehnung auch den Ver-drehwinkel mittels eines Präzisions-potentiometers während der gesam-ten Versuchsdauer zu messen undin einen Rechner einzulesen. Wäh-rend oder nach dem Versuch kön-nen Diagramme mit dem Verdreh-winkel über der Last oder mit demVerdrehwinkel über der Dehnunggezeichnet werden.
Bild 9: Drehmomentfaktoren k verschiedener Casar Spezialdrahtseile
Bild 10 zeigt den Verdrehwinkel proLängeneinheit für verschiedene Seil-konstruktionen bei freier Drehbar-keit eines Seilendes (Belastungs-versuch auf Wirbel).
Der Vergleich eines Kreuzschlag-und eines Gleichschlagseiles derMachart Casar Stratolift ergibt wie-derum für das Gleichschlagseil diebessere Drehstabilität.
Bei freier Drehbarkeit dieser Seile,also beispielsweise bei Befestigungauf einem Wirbel, würde keines die-ser Seile seine Mindestbruchkraft er-reichen. Das Kreuzschlagseil würdebei etwa 75 % seiner Mindestbruch-kraft reißen, das Gleichschlagseilsogar schon bei etwa 40 %. DieserSachverhalt erklärt einen der Grün-de, warum nicht-drehungsfreie Sei-
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Bild 10: Verdrehwinkel unter Last verschiedener Drahtseilkonstruktionen
le nicht mit einem Wirbel eingesetztwerden dürfen: Die wirkliche Sicher-heit im Seiltrieb ist durch die Ver-wendung eines Wirbels mit nichtdrehungsfreien Seilkonstruktionenenorm herabgesetzt.
Bei Be- und Entlastung würden die-se Seile zudem ständig auf- und zu-drehen und wären somit einem star-ken inneren Verschleiß und einerenormen Materialermüdung ausge-setzt.
Dies ist ein weiterer Grund, der denEinsatz eines Wirbels mit nicht-drehungsfreien Seilmacharten ver-bietet.
4. Warum dreht ein drehungsfreiesSeil unter einer äußeren Belastungnicht?
Das Grundprinzip drehungsfreierSeile besteht darin, auf ein Kernseileine gegenläufig geschlagene Außen-lage aufzubringen, deren Drehmo-ment dem des Kernseiles entgegen-gesetzt ist und dieses im Idealfallvöllig zu Null kompensiert.
Bild 11 zeigt das Querschnittsbild ei-nes Seiles der Machart 18•7.
In diesem Seil wirken die in densechs Kernseillitzen durch eine äus-sere Last geweckten TangentialkräfteFc mit dem Hebelarm R in die eine
8
Richtung, die in den zwölf Außen-litzen geweckten Tangentialkräfteentgegengesetzt mit dem Hebelarm2•R.
Da sich hier aber durch die gegen-läufige Verseilung des Kernseiles dieDrehmomente subtrahieren, erhal-ten wir als resultierendes Drehmo-ment
12 • Fc • (2 • R) - 6 • Fc • R= 18 • Fc • R
Rein rechnerisch ergibt sich alsodurch das gegenläufige Schlagen desKernseiles eine Reduktion des Dreh-momentes auf immer noch 60 % desWertes der gleichsinnigen Versei-lung.
Es versteht sich von selbst, daß einDrahtseil mit einem solch großenverbleibenden Drehmoment auf kei-nen Fall drehungsfrei, sondern be-stenfalls drehungsarm sein kann.
Bild 12 zeigt den Querschnitt einesCasar Powerlift.
Unter der Voraussetzung, daß dieLitzen gleichartig beansprucht sind(und sie sollten gleich beanspruchtsein!), und daß somit auch die Kom-ponenten Fc in Tangentialrichtungdes Kernseiles und der Außenlagegleich groß sind, ergibt sich hier einDrehmomentverhältnis von
6 • Fc • R : 12 • Fc • (2 • R)
Das Momentenverhältnis beträgtalso
6 : 24
Wäre das Kernseil in der gleichenRichtung geschlagen wie die Außen-lage, ergäbe sich ein Drehmomentdes Seiles von
12 • Fc • (2 • R) + 6 • Fc • R = 30 • Fc • R
Bild 11: Drahtseil 18•7
Hier erzeugen im Kernseil 21 Litzenein Drehmoment in der einen Rich-
Bild 12: Casar Powerlift
9
tung, während in der Außenlage nur18 Litzen ein entgegengesetztes Mo-ment erzeugen. Den Nachteil ihrerkürzeren Hebelarme kompensierendie Kernseillitzen durch ihre zahlen-mäßige Überlegenheit und ihre hö-heren Metallquerschnitte und dar-aus resultierend durch größere Kraft-komponenten Fc. Auf diese Weisewird es möglich, im Seil für einenextrem großen Lastbereich die Dreh-momente von Kernseil und Außen-lage zu kompensieren.
Im Versuch zeigen Seile der Mach-art Casar Powerlift erst bei Lastenvon mehr als 60% ihrer Mindest-bruchkraft eine schwache Dreh-neigung. Das hier für die Seilmach-art Casar Powerlift Gesagte trifft inanaloger Form ebenfalls für CasarStarlift, Casar Eurolift und CasarPowerplast zu.
5. Das Drehmoment des drehungs-freien Seiles.
Wir haben oben eine Gleichung zurBestimmung des Drehmomentes ei-nes Seiles hergeleitet:
Seildrehmoment= k • Last • Seilnenndurchmesser
M = k • P • d
Die linke Seite der Gleichung, dasDrehmoment, wird genau dann zuNull, wenn einer der drei Faktorender rechten Seite zu Null wird.
Zunächst besagt dies, daß das Dreh-moment Null ist, wenn die äußereLast Null ist. Dies spricht für sich.Ferner wird das Drehmoment Null,wenn der Seildurchmesser Null wird.
Da dann auch die Bruchkraft Nullwürde, hilft uns dies allerdings nichtweiter. Das Ziel für den Hersteller ei-nes drehungsfreien Seiles muß esalso sein, den Faktor k durch ge-schickte Wahl der Seilgeometrie zuNull zu machen.
Bild 13 zeigt die Faktoren k verschie-dener drehungsarmer und dre-hungsfreier Drahtseile in Abhängig-keit von der Last. Wie man sieht istder Versuch, den k- Faktor von 18•7zu Null zu machen, nur sehr unvoll-kommen gelungen. Mit einem Wertfür k von 0,055 entspricht er etwa60% des Wertes nicht-drehungs-freier Seile (und bestätigt damit un-sere obige Rechnung).
Die Werte für Casar Starlift liegen ex-trem niedrig, die Werte von CasarEurolift und Casar Powerlift bewe-gen sich über das gesamte Last-spektrum nahezu ideal um Null.
6. Der Verdrehwinkel des dre-hungsarmen Seiles.
Ein Drahtseil ist dann drehungsarm,wenn sich die durch eine äußere Be-lastung im Seil geweckten Dreh-momente von Kernseil und Außen-litzen nahezu vollständig aufheben.Ein derartiges Seil wird sich bei frei-er Drehmöglichkeit unter Belastungnur geringfügig verdrehen, bis sichein neuer Gleichgewichtszustandzwischen den Drehmomenten vonAußenlage und Kernseil eingestellthat.
Überwiegt beispielsweise das Dreh-moment der Außenlage, so drehtsich das Seil bei freier Drehmög-lichkeit auf und vergrößert die
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Belastung [ % der Mindestbruchkraft ]
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-0.023 6 9 12 15 18 21 24 27 30
17•7 / 18•7 / 19•7
Starlift + Eurolift + Powerlift
Schlaglänge der Außenlage. Gleich-zeitig wird jedoch das gegenläufiggeschlagene Kernseil zugedreht unddie Schlaglänge des Kernseiles ver-kürzt. Die Verlängerung der Außen-lage führt zu ihrer Entlastung undzur Verringerung ihres Drehmomen-tes, die gleichzeitige Verkürzung desKernseiles führt zu dessen zusätzli-cher Belastung und zur Vergröße-rung seines Drehmomentes.
Durch immer weitere Seilverdrehungnimmt das Drehmoment der Außen-lage so lange ab und das Drehmo-ment des Kernseiles so lange zu, bissich ein Momentengleichgewicht ein-gestellt hat.
Wenn bis zum Erreichen dieses Mo-mentengleichgewichtes Seilver -drehungen erforderlich sind, führtdie so erzeugte Verlängerung derAußenlage bei gleichzeitiger Verkür-zung des Kernseiles zu einer Umver-teilung der Kräfte und Drehmomen-te. In dem neu gefundenen Gleich-gewichtszustand ist dann das Kern-seil deutlich überproportional an derLastaufnahme beteiligt.
So finden auch nicht völlig dre-hungsfreie Seile, beispielsweise Sei-le der Macharten 17•7, 18•7, 17•19und 18•19 trotz des im unverdreh-ten Zustand gemessenen sehr hohenDrehmomentes, nach einer gewissen
Bild 13: Drehmomentfaktoren verschiedener Drahtseilkonstruktionen in Ab-hängigkeit von der Belastung
11
Seilverdrehung ein Momentengleich-gewicht. Wie wir aber gesehen ha-ben, ist dieses Gleichgewicht nurmöglich bei einer stark überpropor-tionalen Belastung des Kernseilesund einer stark unterproportionalenBeanspruchung der Außenlitzen.
Dies hat für die Praxis weitreichen-de Folgen: Seile der Macharten 17•7,18•7, 17•19 und 18•19 und ihre ver-dichteten Varianten neigen zu einemstärkeren Verschleiß und zu Draht-brüchen im nicht kontrollierbaren,hochbeanspruchten Kernseil, insbe-sondere an den Stellen, wo die Aus-senlitzen die Litzen des Kernseilesüberkreuzen und zusätzlich hohePressungen auf sie ausüben. DieZerstörung der Seile bei fortschrei-tender Ermüdung erfolgt also zu-
nächst innen und somit von außennicht kontrollierbar.
Gleichzeitig vermitteln aber die al-lein bei einer Sichtkontrolle inspi-zierbaren, kaum beanspruchtenAußenlitzen bei einer Seilinspektionimmer einen guten Eindruck. DieFolge ist, daß mit diesen Seilkon-struktionen häufig Seilbrüche auf-treten, ohne daß sich die für dasAblegen der Seile erforderliche Zahlvon äußeren Drahtbrüchen einge-stellt hätte.
Bei freier Seildrehung kann in einemnicht völlig drehungsfreien Drahtseilein Gleichgewicht der Drehmomentenur durch ein Verwürgen des Kern-seiles hergestellt werden. Dies führtdazu, daß im Belastungsversuch bei
Bild 14: Bruchkräfte verschiedener Drahtseilkonstruktionen im Belastungsversuchmit offenem Wirbel
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frei drehbarem Seilende das starküberproportional belastete Kernseilvorzeitig reißt. Daher erzielen Seileder Macharten 17•7, 18•7, 17•19und 18•19 und ihre verdichtetenVarianten im Ganzzerreißversuchauf Wirbel lediglich maximal 70%ihrer Mindestbruchkraft. Bild 14zeigt die Bruchkräfte verschiedenerSeile im Belastungsversuch mit freidrehbarem Wirbel.
7. Der Verdrehwinkel des dre-hungsfreien Seiles.
Ein Drahtseil ist dann drehungsfrei,wenn sich die durch eine äußere Be-lastung im Seil geweckten Dreh-momente von Kernseil und Außen-litzen exakt aufheben. Ein derarti-
ges Seil wird sich bei freier Dreh-möglichkeit unter Belastung nichtverdrehen.
Bei ausgewogenem Querschnitts-und Hebelarmverhältnis, wie bei-spielsweise bei Casar Starlift, CasarEurolift und Casar Powerlift, zeigtsich bis zu sehr hohen Lasten kei-nerlei Drehbestreben des Seiles. Eswerden nur äußerst kleine Dreh-momente geweckt, die sich bereitsdurch kaum meßbare Drehungenwieder zu Null abbauen können. DieHomogenität der Lastverteilung wirdalso bei diesen Seilen nicht gestört,so daß diese Seile im Ganzzerreiß-versuch bei freier Drehmöglichkeiteines Seilendes ihre volle Mindest-bruchkraft erreichen. Bild 15 zeigtdie Verdrehung von Drahtseilen der
Bild 15: Verdrehwinkel verschiedener Drahtseilkonstruktionen im Belastungs-versuch mit offenem Wirbel
3(1080°)
0 20 40 60 80 100Belastung [ % der Mindestbruchkraft ]
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13
Macharten 18•7, Casar Starlift,Casar Eurolift und Casar Powerliftin Abhängigkeit von der Belastung.
Es sollte hier ausdrücklich erwähntwerden, daß Seile der MachartenCasar Starlift, Casar Eurolift undCasar Powerlift ohne Einbuße anSicherheit mit einem Wirbel einge-setzt werden können. Bei diesen Sei-len wird der Einsatz eines Wirbelssogar empfohlen, damit sich einDrall, der sich im Seiltrieb aufgebauthat, am Wirbel ausdrehen kann.
8. Intermezzo: Warum sind CasarHubseile so drehstabil?
Die Litzen eines Drahtseiles liegenunter einem gewissen Winkel zurSeilachse. Unter Last versuchen dieLitzen, sich in Richtung der Seil-achse auszurichten, indem sie dasDrahtseil um seine eigene Achse ver-drehen.
Der Seilhersteller versucht nun, dasDrahtseil dadurch drehstabil zu ge-stalten, daß er die Außenlitzen desSeiles entgegengesetzt zur Richtungder innenliegenden Litzen verseilt.Dann versuchen nämlich die Außen-litzen das Drahtseil in der einenRichtung, und die innenliegendenLitzen das Drahtseil in der anderenRichtung zu verdrehen.
Die Außenlitzen sind in Hinblick aufdie Seilverdrehung klar im Vorteil,denn sie liegen weiter vom Seil-mittelpunkt entfernt und besitzensomit den größeren Hebelarm.
Wir können dies vergleichen mit ei-nem Wettkampf, bei dem zwei Grup-pen versuchen, ein Drehkreuz in
entgegengesetzten Richtungen zuverdrehen. Es ist ein sehr unfairerWettkampf, denn die eine Gruppegreift außen am Drehkreuz an undhat somit einen erheblich größerenHebelarm als ihre innen angreifen-den Gegner (Bild 16).
Wenn schon bei der gleichen Zahlvon Wettkämpfern innen und außendie innen Kämpfenden keine Chan-ce haben, um wieviel schlimmer wirdes ihnen dann ergehen, wenn außendoppelt so viele Wettkämpfer antre-ten wie innen (Bild 17)?
Dies nämlich sind genau die Verhält-nisse eines Seiles 18•7. Dieses Seilhat 6 innenliegende Litzen, die sichgegen 12 Außenlitzen von gleichemDurchmesser und exakt doppeltemHebelarm behaupten müssen. Der-artige Seile können nur dann halb-wegs drehstabil sein, wenn die in-neren Litzen hoffnungslos überlastetwerden.
Weil sie diese Probleme kennen, ha-ben die Casar- Ingenieure den inne-ren Litzen von Casar Starlift undCasar Eurolift ein wenig unter dieArme gegriffen: bei der Herstellungder Kernseile wird eine große Zahlvon Litzen durch Parallelverseilungsehr kompakt verseilt. Anschließendwird das Kernseil durch eine zusätz-liche Verdichtung, für die Casar eineuropaweites Patent besitzt, nochweiter gestärkt.
Durch diese Maßnahmen wird er-reicht, daß nun der Metallquer-schnitt der Kernseile erheblich grö-ßer ist als der der Außenlitzen. Oder,um in unserem Bild zu bleiben: Hierkämpfen nun viele Athleten mit klei-nem Hebelarm innen gegen wenige
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Bild 17: In einem Seil 18•7 ist der Metallquerschnitt der Außenlitzen doppelt sogroß wie der des Kernseiles.
Bild 16: Die Außenlitzen sind aufgrund des größeren Hebelarms im Vorteil.
Außen Innen
Außen Innen
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Bild 18: In den drehungsfreien Casar- Hubseilen ist der Metallquerschnitt desKernseiles erheblich größer als der Metallquerschnitt der Außenlitzen. Hierdurchwird ein Gleichgewicht hergestellt.
Athleten mit großem Hebelarm aus-sen (Bild 18). Das Ergebnis ist einehervorragende Drehstabilität.
9. Die Stabilität der Hakenfla-schen von Kranen.
Die Stabilität oder das Maß der Ver-drehung einer Hakenflasche vonKranen ist nicht allein von der ge-wählten Drahtseilkonstruktion ab-hängig. Auch die Geometrie der Ein-scherung hat einen erheblichen Ein-fluß. Die verschiedenen Einflußgrös-sen sollen im folgenden anhand ei-ner zweisträngigen Seileinscherungerläutert werden.
Ein Drahtseil wird immer versuchen,sein Drehmoment durch eine Ver-
drehung um seine eigene Achse ab-zubauen. Bei zwei- und mehrsträn-gigen Einscherungen ist dies aberimmer nur möglich, wenn hierbeigleichzeitig auch die Last angehobenwird (Bilder 18 und 19). Die innereEnergie des Seiles wird also umge-wandelt in eine potentielle Energieder Last. Das System wird so langedrehen, bis ein Gleichgewichtszu-stand hergestellt ist.
Je höher also die Last angehobenwerden muß, um den gleichen Ver-drehwinkel der Hakenflasche zu er-zeugen, desto mehr Energie muß dasDrahtseil aufwenden. Je höher alsodie Last zur Erzeugung des gleichenVerdrehwinkels angehoben werdenmuß, desto stabiler wird die Haken-flasche gegen Verdrehen sein.
Außen Innen
16
Bild 19 zeigt zwei Hakenflaschen mitunterschiedlicher Basisbreite, alsomit unterschiedlichem Abstand derbeiden Seilstränge. Beim oberen Sy-stem mit schmaler Basis wird dieLast bei einer Verdrehung der Ha-kenflasche um beispielsweise 180°nur geringfügig angehoben. DasDrahtseil muß also nur eine geringeHubarbeit leisten, bis die Strängezusammenschlagen. Das System mitkleiner Basisbreite (Bild 19 oben) hatdaher nur eine geringe Stabilität.
Bei dem System mit breiterer Basiswird die Last bei der gleichen Ver-drehung der Hakenflasche um 180°deutlich höher angehoben. DasDrahtseil muß hier also eine erheb-lich größere Hubarbeit leisten, bisdie Stränge zusammenschlagen. Das
Bild 19: Einfluß der Basisbreite auf die Stabilität der Unterflasche. Bei großerBasisbreite muß das System beim Verdrehen eine große Hubarbeit leisten.
System mit breiter Basis (Bild 19unten) ist daher erheblich stabiler.
Bild 20 zeigt zwei Hakenflaschen mitgleicher Basisbreite, aber unter-schiedlicher freier Seillänge bzw.unterschiedlicher Hubhöhe. Beimoberen System mit großer Hubhöhewird die Last bei einer Verdrehungder Hakenflasche um beispielswei-se 180° nur geringfügig angehoben.Das Drahtseil muß also nur einegeringe Hubarbeit leisten, bis dieStränge zusammenschlagen. DasSystem mit großer Hubhöhe (Bild 20oben) hat daher nur eine geringeStabilität.
Beim unteren System mit einer klei-nen Hubhöhe wird die Last bei dergleichen Verdrehung der Haken-
17
Bild 20: Einfluß der Hubhöhe auf die Stabilität der Hakenflasche. Bei kleinerfreier Seillänge muß das System beim Verdrehen eine große Hubarbeit leisten.
k, für den noch kein Zusammen-schlagen der Hakenflasche eintritt,kann nach folgender Formel errech-net werden (Bild 21):
k ≤ U • O4.8 • h • d
In dieser Formel sind
k der Drehmomentfaktor desDrahtseiles,
U die Basisbreite an der Haken-flasche (unten),
O die Basisbreite am Kranausleger(oben),
d der Nenndurchmesser des Draht-seiles und
h die Hubhöhe.
Die Drehmomentfaktoren k der
flasche um 180° deutlich höher an-gehoben. Das Drahtseil muß hieralso eine erheblich größere Hub-arbeit leisten, bis die Stränge zusam-menschlagen. Das System mit klei-ner Hubhöhe (Bild 20 unten) ist da-her erheblich stabiler.
Wenn keine zusätzlichen Einflußfak-toren wie Momente durch Wind-lasten oder durch ein Schwenkendes Kranes vorliegen, kann mit Hil-fe einer einfachen Formel die Stabi-lität der Seileinscherung gegen Ver-drehen überprüft werden. Hierbeiwird vorausgesetzt, daß die Hubhöhesehr viel größer ist als die Basis-breite.
Der maximal zulässige Wert für denDrehmomentfaktor des Drahtseiles
18
bei sonst gleichen Bedingungen dasDrehmoment eines Drahtseiles line-ar mit dem Seildurchmesser an-steigt. Für den Konstrukteur ist die-se Tatsache ein weiteres Argumentdafür, einen möglichst kleinen Seil-durchmesser zu wählen.
Es ist beachtenswert, daß in der For-mel die Stranglast des Drahtseilesnicht auftaucht. Dies bedeutet, daßdie Stabilität der Hakenflasche un-ter einer Stranglast von beispielswei-se 1t genauso groß ist wie unter ei-ner Stranglast von 2t.
Dies klingt zunächst unlogisch, weildoch durch eine doppelt so hohe Be-lastung ein doppelt so hohes Dreh-moment im Drahtseil geweckt wird,welches versuchen wird, die Haken-flasche zu verdrehen. Bei dieser Ver-drehung muß dann aber auch diedoppelte Last angehoben und somitdie doppelte Hubarbeit geleistet wer-den.
Natürlich kann man die obige For-mel auch umformen, um die maxi-mal mögliche Hubhöhe berechnen,für die noch kein Zusammenschla-gen der Seilstränge zu befürchten ist:
h ≤ U • O4.8 • k • d
Oder um z. B. die Mindestbreite derBasis (Basis oben = Basis unten) zuberechnen, für die ein System stabilist:
U ≥ k • 4.8 • h • d
Das hier für den Fall einer zwei-strängigen Seileinscherung erläuter-te gilt analog natürlich auch bei drei-und mehrsträngiger Seileinsche-
h
U
d
O
Bild 21: Bemaßung der Hakenflasche
wichtigsten Casar Spezialdrahtseilezeigt Bild 9.
Liegt k deutlich unter dem errechne-ten Wert, ist kein Zusammenschla-gen der Seilstränge zu befürchten.Liegt k zwar niedriger, aber nahe beidem zulässigen Wert, so könnten dieSeilstränge unter Störeinflüssen wieWindlasten oder den beim Schwen-ken des Kranes auftretenden Zusatz-momenten, zusammenschlagen.
Aus der Formel ist ersichtlich, daßdie Stabilität der Hakenflasche umso größer ist
• je kleiner der Drehmomentfaktordes Seiles ist,
• je größer die Basisbreite oben ist,• je größer die Basisbreite unten
ist,• je kleiner die Hubhöhe ist und• je kleiner der Seilnenndurch-
messer ist.
Letzteres ist dadurch bedingt, daß
19
U bzw. O
Zwei Stränge:
Au bzw Ao
Bu bzw Bo
Bu bzw Bo
Bu bzw Bo
U/2bzwO/2
k <U • O
4.8 • h • d
Vier Stränge:
k <U • O
4.8 • h • d
O = (Ao2+Bo2)1/2
Sechs Stränge:
k <U • O
4.8 • h • d
Drei Stränge:
k <U • O
7.2 • h • d
U = (Au2+Bu2)1/2
Au bzw Ao
U/2bzwO/2
O = (Ao2+Bo2•8/3)1/2
U = (Au2+Bu2•8/3)1/2
Bild 22: Berechnung der Stabilität einer Unterflasche für eine 2-, 4-, 6- und 3-strängige Einscherung. Der Index „o“ bedeutet „oben“, der Index „u“ bedeutet„unten“.
20
rung. Hier erfolgt die Berechnungentsprechend den Formeln in Bild22.
In der Regel nimmt die Stabilität ei-ner Seileinscherung gegen Verdre-hen mit zunehmender Strangzahl zu.So ist in einem Zahlenbeispiel diezulässige Hubhöhe für die viersträn-gige Hakenflasche mit quadratischerBasis mit 141m deutlich größer alsdie zulässige Hubhöhe von 100m fürdie zweisträngige Hakenflasche (Bild23).
Wenn wir einen dritten Seilstrang ander Hakenflasche des zweisträngigenSystems befestigen, erhalten wir einedreisträngige Anordnung nach Bild24. Die zulässige Hubhöhe dieserEinscherung ist mit nur 67m deut-lich kleiner als die der zweisträngi-gen Ausführung (Bild 23). Dies liegtdarin begründet, daß hier der dritteSeilstrang im Vergleich zur zwei-strängigen Einscherung keine Ver-größerung der Basis bewirkt, aberdaß nun drei statt bisher zwei Strän-ge versuchen, die Hakenflasche zuverdrehen.
2-
strä
ngi
g
3-
str.
4-
strä
ngi
g
0
50
100
150
Hu
bh
öhe
[m]
Bild 23: Einfluß der Strangzahl auf diemaximal mögliche Hubhöhe
Bild 24: 3- strängige, relativ instabileSeileinscherung
10. Die Stabilität von Systemenmit zwei Hubwerken.
Hubsysteme mit zwei Trommeln wei-sen gegenüber Systemen mit nur ei-ner Trommel einige Vorteile auf. Soarbeiten sie bei gleicher Strangzahlmit der doppelten Hubgeschwindig-keit. In vielen Fällen kann nur durchdie Verwendung zweier Trommelnein einlagiges Spulen gewährleistetwerden. Im Falle einer rechtsgängigund einer linksgängig geschnittenenTrommel mit einem linksgängigenund rechtsgängigen Seil heben sichdie Drehmomente der Seileinsche-rung gegenseitig auf. Ein derartigesHubsystem ist also, selbst bei Ver-wendung von nicht- drehungsfreienSeilen, sehr drehstabil (Bild 25).
Häufig müssen aus konstruktivenGründen durchgehende Seile einge-setzt werden, deren beide Enden aufeiner Trommel befestigt sind. Hier istes für das Drahtseil von Vorteil, wenndie Steigungen beider Trommeln der
21
Bild 27 zeigt eine Doppeltrommel,deren eine Hälfte links- und derenandere Hälfte rechtsgeschnitten ist.Hier tritt beim Hubvorgang keineLastwanderung auf, jedoch wird dasSeil auf der „falsch“ geschnittenenTrommel stark auf Verdrehen bean-sprucht.
Egal welche Schlagrichtung man fürdas Seil wählen würde, für eine derbeiden Trommeln wäre sie nicht pas-send. Eine der beiden Trommelnwürde also immer das Seil stark ver-drehen. Auf Anlagen, wo diese Pro-bleme beobachtet werden, sollte,sofern dies möglich ist, die Aus-gleichsrolle durch eine Wippe ersetztwerden. Dann besteht die Möglich-keit, je ein linksgängiges und einrechtsgängiges Seil aufzulegen, undman erhält einen Seiltrieb wie in Bild25.
In Fällen, wo konstruktiv keine Än-derung möglich ist, kann der Ein-satz einer Seilkonstruktion Casar
Bild 26: Kran mit zwei linksgängigenSeiltrommeln
Seilschlagrichtung entgegengesetztsind. Bild 26 zeigt eine hinsichtlichder Trommelsteigungen korrekteAnordnung mit einer linksgeschnit-tenen Doppeltrommel und einemrechtsgängigen Seil. Der Nachteildieser Anordnung liegt in einemleichten Wandern der Last in Spul-richtung während des Hubvorgan-ges.
Bild 25: Kran mit linksgängigem undrechtsgängigem Drahtseil
Bild 27: Kran mit einer linksgängigenund einer rechtsgängigen Seiltrommel
22
Quadrolift sinnvoll sein. Diese Seil-machart ist auf der einen Seite rela-tiv drehstabil, im Gegensatz zu dre-hungsfreien Macharten aber sehrunempfindlich gegen gewaltsameVerdrehungen.
Der Vollständigkeit halber sei hiernoch erwähnt, daß bezüglich der Ab-lenkwinkel zwischen der Trommelund der ersten Rolle der Hakenfla-sche die Anordnung nach Bild 26erheblich günstiger gestaltet werdenkann als die Anordnung nach Bild27, weshalb ihr in der Praxis dochgelegentlich der Vorzug gegebenwird.
11. Zwillingshubwerk: ein linkesund ein rechtes Seil oder zweidrehungsfreie Seile?
Hinsichtlich der Stabilität der Ha-kenflasche gegen Verdrehen schei-nen Hubwerke mit je einem rechtenund einem linken nicht-drehungs-freien Seil und Hubwerke mit zweidrehungsfreien Seilen gleichwertigzu sein.
Im Hubwerk mit linken und rechtennicht-drehungsfreien Seilen werdenbeim Anheben der Last in beiden Sei-len starke Drehmomente geweckt,die jedoch entgegengesetzt gleichgroß sind und sich daher kompen-sieren. Die Hakenflasche wird sichalso nicht verdrehen.
Im Hubwerk mit zwei drehungsfreienSeilen (diese sind vorzugsweise auchlinksgängig und rechtsgängig) kom-pensieren sich innerhalb jedes derbeiden Seile die Drehmomente vonKernseil und Außenlage, auch hier
wird sich die Hakenflasche nichtverdrehen.
Betrachten wir nun jedoch den Falleiner gewaltsamen Veränderung die-ser Gleichgewichtszustände durcheinen Schwenk des Kranes um sei-ne eigene Achse, durch eine Wind-last oder durch andere Störmomen-te. Wie stark sind nun die durch dieäußere Verdrehung im Seil geweck-ten rückstellenden Momente, die dasSystem stabilisieren?
Bild 28 zeigt die Veränderung derDrehmomente der nicht-drehungs-freien Seilkonstruktion Casar Strato-plast im Vergleich mit den Wertenvon Casar Powerlift. Wie wir sehen,bewirkt die Störgröße in der Seil-konstruktion Casar Powerlift einedeutlich höhere Veränderung desDrehmomentes, die Rückstellmo-mente sind etwa 4 bis 5 mal so hochwie bei dem nicht-drehungsfreienSeil.
Bild 28: Bei gewaltsamer Verdrehung,zum Beispiel beim Schwenken des Kra-nes, entwickeln drehungsfreie Drahtsei-le erheblich größere Rückstellmomenteals nicht-drehungsfreie Drahtseile.
1.2
0.8
0.4
0
-0.4
-0.8 0
Spez. Seilverdrehung [ Grad • mm/m ]
500 500 10001000
Casar Powerlift
aufd
reh
end
zudre
hen
d
Dre
hm
omen
tfak
tor
k [–
]
Seil aufgedreht Seil zugedreht
Casar Stratoplast
23
Bild 29: Die gewaltsame Verdrehung ei-nes Drahtseiles......
Bild 30: ... bewirkt auf der einen Seiteeine Schlagverkürzung (links) und aufder anderen Seite eine Schlagverlänge-rung (rechts).
Hieraus folgt, daß beim einfachenAnheben und parallelen Verfahrenvon Lasten ohne den Einfluß vonStörmomenten die verglichenen Sy-steme gleichwertig sind. Beim Auf-treten von Störmomenten, zum Bei-spiel durch einen Schwenk des Kra-nes, ist jedoch das Hubwerk mit zweidrehungsfreien Seilen dem Hubwerkmit einem linken und einem rech-ten Seil deutlich überlegen.
12. Die Veränderung des Dreh-momentes eines Drahtseiles durcheine gewaltsame Verdrehung.
Bisher haben wir das Drehbestrebenvon Seilen und Seilsystemen unterBelastung behandelt. Sehr häufigbeobachtet man aber auch ein Dreh-bestreben der Seilsysteme im unbe-lasteten Zustand. Diesem Phänomenwollen wir uns nun zuwenden.
Wird ein Seil, welches an beiden En-den gegen Verdrehen gesichert ein-gespannt ist, gewaltsam verdreht, soentsteht auf der einen Seite der Ver-drehung eine Schlagverlängerung,auf der anderen Seite eine Verkür-zung. Dies soll an einem kleinenZahlenbeispiel erläutert werden:
Ein Seil der Länge 200 Schlaglängenist an beiden Seiten verdrehsichereingespannt (Bild 29). Wir fassen dasSeil genau in der Mitte, so daß sichlinks und rechts jeweils 100 Schlag-längen befinden.
Wir verdrehen nun das Seil in derMitte gewaltsam um 5 Umdrehun-gen. Nach diesem Vorgang befindensich auf der linken Seite 100 Schlag-längen plus 5 Seilschläge, die wir
zusätzlich hineingedreht haben, also105 (verkürzte) Schlaglängen.
Auf der rechten Seite befinden sichnun 100 Schlaglängen minus 5 Seil-schläge, die wir herausgedreht ha-ben, also 95 (verlängerte) Schlag-längen (Bild 30). Die Summe derSchlaglängen bleibt, wenn beideEnden des Seiles gegen Verdrehengesichert sind, konstant.
Die stark zugedrehte linke Seite desSeiles hat nun ein extrem im auf-drehenden Sinne wirkendes Dreh-moment aufgebaut, die stark aufge-drehte rechte Seite ein stark im zu-drehenden Sinne wirkendes Mo-ment.
Wie groß sind nun die durch eine vonaußen eingebrachte Verdrehung er-zeugten Drehmomente? Wir werdenfeststellen, daß sich nicht- dre-hungsfreie und drehungsfreie Draht-seile bei einer gewaltsamen Verdre-hung sehr unterschiedlich verhalten.
24
Bild 31 zeigt den Einfluß einer äus-seren Verdrehung auf das Drehmo-ment eines nicht-drehungsfreienSeiles (Casar Stratoplast). Wie mansehr deutlich sieht, ist die Verände-rung des Drehmomentes durch diegewaltsame Verdrehung nicht über-mäßig groß und nimmt mit zuneh-mender Last prozentual stark ab.
Hieraus können wir folgende Regelableiten:
Eine gewaltsame äußere Verdre-hung verändert das Drehmomenteines nicht-drehungsfreien Seilesnur unwesentlich.
Bild 32 zeigt die Veränderung desDrehmomentes durch eine gewaltsa-
me äußere Verdrehung für ein dre-hungsfreies Seil (Casar Starlift).
Während das Drehmoment des un-verdrehten Seiles nahezu Null ist,steigt es bei Verdrehung im aufdre-henden wie im zudrehenden Sinnganz extrem an.
Dies erklärt sich durch den unter-schiedlichen Einfluß der Verdrehungauf das Kernseil und die Außen-litzen:
Beim Aufdrehen des Seiles wird dieSchlaglänge der Außenlage verlän-gert und die des Kernseiles verkürzt,beim Zudrehen des Seiles wird dieSchlaglänge der Außenlage verkürztund die des Kernseiles verlängert. In
Bild 31: Veränderung des Drehmomentfaktors durch gewaltsame Verdrehung beieinem nicht-drehungsfreien Drahtseil. Der Faktor k ändert sich kaum.
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.040 20 40 60 80 100 120 140
Belastung [ kn ]
Dre
hm
omen
tfakto
r k
[
–]
aufgedreht
-40°/m
-20°/m-10°/m
10°/m
20°/m
40°/m
0°/m
Casar Stratoplastø 19/180
zugedreht
25
beiden Fällen aber verhält sich dasKernseil genau entgegengesetzt zuden Außenlitzen.
Hieraus können wir folgende Regelableiten:
Eine gewaltsame äußere Verdre-hung verändert das Drehmomenteines drehungsfreien Seiles ex-trem.
Aus dem hier hergeleiteten Sachver-halt ergibt sich als Konsequenz fürdie Praxis, daß bei der Verwendungvon drehungsfreien Drahtseilen si-chergestellt werden muß, daß dieSeile im Betrieb nicht gewaltsamverdreht werden. Im verdrehten Zu-
stand kann ein sonst völlig dre-hungsfreies Seil höhere Drehmo-mente aufweisen als ein nicht-dre-hungsfreies Seil.
Im folgenden soll besprochen wer-den, welche Mechanismen ein Seilverdrehen und Drall erzeugen, undwie dies vermieden werden kann.
13. Die Verdrehung eines Draht-seiles durch die Seilscheiben.
Um einen ordnungsgemäßen Seil-betrieb zu gewährleisten, ist in derSeilführung darauf zu achten, daßdie Seilstränge möglichst in denScheibenebenen auf die Seilscheiben
0 20 40 60 80 100 120 140
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
10°/m
20°/m
40°/m
-10°/m
-20°/m
-40°/mCasar Starlift
ø19/180
Belastung [ kn ]
Dre
hm
omen
tfakto
r k
[
–]
aufgedreht
zugedreht
Bild 32: Veränderung des Drehmomentfaktors durch gewaltsame Verdrehung beieinem drehungsfreien Drahtseil. Der Faktor k ändert sich sehr stark.
26
auflaufen. In der Praxis lassen sichjedoch oft geringe Ablenkwinkel zwi-schen Seil und Scheibenebene nichtvermeiden. Insbesondere in einermehrsträngigen Seileinscherungläuft das Seil jeweils von Scheibe zuScheibe unter einem gewissen Ab-lenkwinkel auf.
Die Seilablenkung bewirkt, daß dasSeil nicht im tiefsten Punkt der Rilleauf die Scheibe aufläuft, sondern dieScheibe zunächst an einer Flankeberührt und dann in den Rillen-grund hineinrollt (Bild 33).
Bild 34 zeigt die Berührung an derScheibenflanke und die verdrehteLage im Rillengrund für eine Seilab-lenkung von 1°. Wir erkennen, daßbei kleinen Ablenkwinkeln nur klei-ne Seilverdrehungen erzeugt werden.
Bild 35 zeigt die Berührung an derScheibenflanke und die verdrehteLage im Rillengrund für eine Seilab-lenkung von 5°. Wir erkennen, daßbei großen Ablenkwinkeln sehr gros-se Seilverdrehungen erzeugt werden.
Wegen der größeren Wandreibungam Kontaktpunkt ist dieser Effektbei Kunststoffscheiben stärker zubeobachten als bei Stahlscheiben,bei denen noch eher ein Hinab-rutschen in den Rillengrund möglichist. Bei Mehrfacheinscherung addie-ren sich die Wirkungen hintereinan-der angeordneter Scheiben mit Ab-lenkwinkeln, so daß Flaschenzügemit vielen Seilsträngen, vor allem beisehr kurzen Abständen zwischenOberflasche und Hakenflasche, dieSeile sehr stark verdrehen.
Wie bereits erwähnt, kann es daherbei großen Seillängen und vielfacher
Einscherung richtig sein, die Schlag-richtung des Seiles nicht nach derSteigung der Trommel auszuwählen,sondern nach der Richtung der Ein-scherung. Dies gilt um so mehr beiMehrlagenspulung, wo der Einflußder Trommel ohnehin nicht so ent-scheidend ist.
Eine unsachgemäß eingebaute undnicht fluchtende Scheibe kann ins-besondere beim Einsatz von dre-hungsfreien Drahtseilen bewirken,daß die Seile ein starkes Drehmo-ment aufbauen und letztlich durchdie hierdurch erzeugten starken zu-sätzlichen Beanspruchungen zer-stört werden. Wenn die Schadens-ursache nicht genau lokalisiert wer-den kann, ist es oft hilfreich, dasabgelegte Drahtseil hinsichtlich
Bild 33: Hineinrollen des Drahtseiles inden Rillengrund.
27
201030
4050
60708090
201030
4050
60
8090
201030
4050
60
8090
201030
4050
60708090
201030
4050
60708090
201030
4050
60708090
5
4
32
1
Bild 34: Geringe Seilverdrehung bei ei-nem Ablenkwinkel von 1°.
Bild 35: Große Seilverdrehung bei ei-nem Ablenkwinkel von 5°.
eventueller Schlaglängenveränder-ungen zu untersuchen.
Hierzu fertigt man in gleichmäßigenAbständen auf der Seiloberfläche Ab-drücke an, um die Schlaglängen aufdem Papier auszumessen, oder manmißt die Schlaglängen in regelmä-ßigen Abständen direkt auf dem Seil.Eine Darstellung der Schlaglängeüber der Seillänge unterscheidet imDiagramm dann meist sehr deutlichaufgedrehte und zugedrehte Seil-zonen.
Bild 36 zeigt die Schlaglänge einesabgelegten Drahtseiles über der Seil-länge. Während die Schlaglänge übergroße Bereiche dem Sollwert von100% entspricht, ist im Bereich von117m eine deutliche Abweichungvom Sollwert erkennbar. Links vondiesem Punkt sind etwa 20m Seil-länge aufgedreht worden, die Schlag-
länge wurde verlängert. Rechts vondiesem Punkt sind etwa 20m Seil-länge zugedreht worden, die Schlag-länge wurde verkürzt. Hieraus kannabgeleitet werden, daß die Seilzone117m ± 20m unter einem großenAblenkwinkel über eine Seilscheibeläuft. Anhand der Seilführungs-skizze des Kranes kann die verursa-chende Seilscheibe in der Regel re-lativ einfach lokalisiert werden.
Bild 36: Veränderung der Seilschlag-länge durch eine Seilscheibe.
110
100
900 117
Seillänge [m]
Sch
lagl
än
ge [%
]
200
20 1030
4050
60708090
201030
4050
60708090
201030
4050
60708090
201030
4050
60708090
2010 0
0
3040
5060
708090
5
4
32
1
28
Wie wir gesehen haben, besteht beieiner Seilverdrehung durch über-mäßig große Ablenkwinkel die Ge-fahr der Strukturveränderungen vonDrahtseilen. Auch können durcheine derartige Seilverdrehung dieAußenlitzen eines Drahtseiles aufge-dreht und völlig entlastet werden, sodaß die gesamte Last vom Kernseilaufgenommen werden muß. Diesesnun völlig überbeanspruchte Kern-seil wird eventuell vorzeitig versagen,während die Außenlitzen dem Seil-inspekteur einen guten Seilzustandsuggerieren. Dies ist ein äußerst ge-fährlicher Zustand. Daher wird dermaximal zulässige Ablenkwinkel inSeiltrieben allgemein auf 4° limitiert.
Drehungsarme und drehungsfreieDrahtseile mit gegenläufig geschla-gener Stahleinlage reagieren wegendes unterschiedlichen Verhaltens
von Kernseil und Außenlitzen sehrviel empfindlicher auf eine gewalt-same Verdrehung als konventionel-le Drahtseile. Für diese Seile wirddaher der zulässige Ablenkwinkel inder DIN 15020 auf 1,5° limitiert, inder Neufassung der ISO 4308 auf 2°.
Konstrukteure und auch Betreibervon Seiltrieben sind gut beraten,wenn sie sich an diese Beschränkun-gen halten.
14. Die Verdrehung eines Seilesdurch die Trommel.
Auf einer helicoidalen Seiltrommelliegen die Seilrillen unter einem Win-kel α , dem Steigungswinkel derTrommel, zum Trommelflansch (Bild37). Auf die erste Umlenkscheibeläuft das Seil unter einem veränder-
β+α β−αα β
α
β β
Bild 37: Winkel auf der Seiltrommel und an der Umlenkscheibe.
29
lichen Winkel β auf. In Bild 37 wäreder Winkel beispielsweise bei halb-voller Trommel exakt 0°. Bei vollerTrommel hätte der Winkel β seinMaximum.
Das Seil wird an den beiden Flan-schen auf der Trommel um einenWinkel β+α bzw. β-α aus der Rilleabgelenkt. Der maximal zulässigeAblenkwinkel auf Seiltrommeln β+αwird allgemein auf 4° limitiert, fürdrehungsarme und drehungsfreieDrahtseile sogar auf 1,5° (DIN15020) oder 2° (Neufassung der ISO4308). Konstrukteure und auch Be-treiber von Seiltrieben sind gut be-raten, wenn sie sich an diese Be-schränkungen halten.
Die Seilablenkung auf der Trommelführt, wie dies auch oben für die Ab-lenkung auf Seilscheiben erläutertwurde, zu einem Hineinrollen desSeiles in den Rillengrund und damitzu einer kontinuierlichen Verdre-hung des Seiles. Um diese Verdre-hung so klein wie möglich zu hal-ten, und um nicht etwa noch dasAufdrehbestreben des Seiles zu un-terstützen, gilt die Regel:
Eine linksgeschnittene Trommelmuß mit einem rechtsgängigenSeil arbeiten, eine rechtsgeschnit-tene Trommel mit einem links-gängigen Seil.
Eine Verletzung dieser Regel führt zueiner starken Verdrehung des auf-getrommelten Seiles im seilaufdre-henden Sinn (Schlagverlängerung)und zu einer starken Verdrehung desübrigen Seiles im zudrehenden Sinn(Schlagverkürzung) (Bild 38). Beiweiterer Zunahme der Verdrehungbilden sich bleibende Seilschäden, so
zum Beispiel Korbbildungen in deraufgedrehten Seilzone oder heraus-getretene Kernlitzen oder Kernseileim zugedrehten Bereich. Häufig fin-det man sogar beide Schäden im glei-chen Seil: Bild 39 zeigt den Schadenin der aufgedrehten, Bild 40 denSchaden in der zugedrehten Seilzonedes gleichen Drahtseiles.
Neben der Wahl der Schlagrichtungdes Seiles können jedoch auch kon-struktiv die Verhältnisse der Anlageverbessert werden. Es ist einleuch-tend, daß der Winkel β um so klei-ner wird, je weiter der Auflaufpunktder Scheibe von der Trommel ent-fernt ist (Bild 37).
Der größte auftretende Winkel β+αkann dadurch verringert werden,daß die Seilscheibe oder die Trom-mel seitlich versetzt werden. Dies hatnatürlich nur Sinn bei Trommeln miteinlagiger Bewicklung. Zudem isthierbei zu beachten, daß diese Maß-nahme gleichzeitig den Ablenkwinkelauf der Seilscheibe vergrößert.
Bei gleicher Seillänge wird eineTrommel sehr viel schmaler, wennman ihren Durchmesser erhöht. Die-
110
100
900
Seillänge [m]
Sch
lagl
än
ge [%
]200
Bild 38: Veränderung der Seilschlag-länge durch eine „falsch“ geschnitteneSeiltrommel.
30
Bild 39: Längenüberschuß der Außen-litzen, verursacht durch Aufdrehen desDrahtseiles.
Bild 40: Längenüberschuß der Innen-litzen, verursacht durch Zudrehen desgleichen Drahtseiles.
se wegen der höheren Antriebs-momente natürlich teurere Lösungbewirkt nicht nur eine Verkleinerungdes Winkels β, sondern auch einedeutliche Verkleinerung des Winkelsα, da sich der seitliche Versatz aufder Trommel nun auf einen sehr vielgrößeren Umfang verteilt. Der ma-ximal auftretende Winkel β+α wirddurch diese Maßnahme also deut-lich verkleinert (Bild 41).
Weitere Vorteile bieten konstruktivbesonders ausgestaltete Trommel-systeme (beispielsweise Lebus), beidenen über große Bereiche des Um-fangs der Winkel α 0° beträgt undder Versatz in die Nachbarwindun-gen dann auf kurzen Zonen statt-findet.
Im Falle einer Mehrlagenspulungliegt das Seil von Lage zu Lage ab-wechselnd in einer Links- und einerRechtsschraube auf der Trommel.Entsprechend der Regel von der ent-gegengesetzten Schlagrichtung desSeiles müßte diese von Lage zu Lagewechseln. Da dies nicht möglich ist,sollte die Schlagrichtung des Seiles
nach der am meisten beanspruch-ten Seillage ausgewählt werden odersogar, da der Einfluß der Schlag-richtung mit zunehmender Lagen-zahl immer unbedeutender wird,nach der Richtung der Einscherung.
Bild 41: Verkleinerung der Winkel durchVergrößerung des Trommeldurchmes-sers.
β+αβ−α
α β
β β
31
15. Die Verdrehung eines Draht-seiles bei der Montage.
Eine der häufigsten Ursachen fürdas Verdrehen von Seilen in Seil-trieben bleibt nach wie vor der Mon-tagefehler. Bei der Montage vonDrahtseilen, insbesondere von dre-hungsarmen und drehungsfreienSeilmacharten, ist peinlichst genaudarauf zu achten, daß die Seile ohneäußere Verdrehung montiert wer-den. Besonders ist darauf zu ach-ten, daß die Seile bei der Montagenicht seitlich vom Haspel oder Ringabgezogen werden, da dann auf derLänge jeweils eines Haspel- oderRingumfangs je eine Torsion in dasDrahtseil eingebracht wird.
Wie oben geschildert, reagieren dre-hungsfreie Seile wegen der Verspan-nung der inneren und äußeren La-gen besonders empfindlich auf der-artige Montagefehler. Bei Seiltriebenmit drehungsfreien Seilen, die einenWirbel als Endbefestigung besitzen,kann sich eventuell eine bei der Mon-tage eingebrachte Seilverdrehungam Wirbel ausdrehen.
Häufig werden, insbesondere beigroßen Anlagen, neue Seile so mon-tiert, daß sie zunächst einmal an denalten Seilen befestigt werden unddann mit diesen in die Einscherungeingezogen werden. Hierbei ist dar-auf zu achten, daß die Verbindungder Seilenden nicht starr ist, dasonst eventuell das mit Drall behaf-tete alte Seil während des Einzugs-vorgangs beginnt, sich auszudrehenund seinen Drall an das neue Seilweiterzugeben. In diesem Fall wür-de das neue Seil bereits bei der Mon-tage so weit vorgeschädigt, daß esin kürzester Zeit versagen könnte.
Die Verbindung kann mit Hilfe einesbeidseitig eingeschweißten Wirbelsoder beispielsweise durch zwei Lit-zen als Verbindungselemente zwi-schen den Seilenden erfolgen. Letz-tere Möglichkeit hat den Vorteil, daßanhand der Verdrehung der beidenLitzen nach dem Montagevorgangabgezählt werden kann, um wievie-le Umdrehungen sich das abgelegteSeil entdrallt hat (Bild 42).
Bild 42: Montageverbindung mit Seil-strümpfen vor (links) und nach derMontage (rechts).
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Bei der Montage von Gleich-schlagseilen ist darauf zu achten,daß die Seilenden nicht drehenkönnen.
Bereits kleinste Verdrehungen vonDrahtseilen führen zu großen Län-gendifferenzen zwischen äußerenund inneren Seilelementen, die dannspäter von den Trommeln und Schei-ben an einen Punkt massiert wer-den und dort als Korbbildung in Er-scheinung treten können.
In vielen Fällen empfiehlt sich bereitsbei der Fertigung das Aufbringen ei-ner Mantellinie auf das Seil, so daßim Anschluß an die Montage leichtfestgestellt werden kann, ob sich dasSeil eventuell verdreht hat. DieseVerdrehung kann dann durch Ver-drehen des Seiles am Festpunktrückgängig gemacht werden. Derar-tige Operationen sollten allerdingsnur von einem Fachmann durchge-führt werden.
Die Gleichschlagausführungen derCasar Spezialdrahtseile mit einerKunststoffzwischenlage (beispiels-weise Casar Stratoplast, Casar Tur-boplast, Casar Superplast etc.) sindbezüglich ihrer Montage sicherer alskonventionelle Gleichschlagseile. DieVerzahnung des Kunststoffmantelsim Kernseil und zwischen denAußenlitzen erlaubt keinerlei Verdre-hung des unbelasteten Seiles, so daßsich eine Montage hier problemlosgestaltet.
In Fällen, wo eine einwandfreie Si-cherung der Seilenden gegen Verdre-hen bei der Montage nicht gewähr-leistet werden kann, stellt der Ein-satz derartiger Seile die optimaleLösung dar.
16. Warum dürfen nicht-dre-hungsfreie Drahtseile nicht miteinem Wirbel arbeiten?
Wird ein nicht-drehungsfreies Seilan einem Wirbel befestigt, so drehtes unter Einwirkung einer äußerenLast auf. Die Seilverdrehung führtzu einer starken Umverteilung derKräfte innerhalb des Seiles. DieAußenlitzen entlasten sich, währenddie innenliegenden Elemente über-lastet werden. Die Bruchkraft unddamit der Sicherheitsbeiwert einesnicht-drehungsfreien Seiles wirdalso durch eine freie Drehmöglich-keit deutlich herabgesetzt.
Bei Entlastung des Drahtseiles kannsich der zum Wirbel laufende Strangwieder in den unverdrehten Zustandzurückdrehen. Mit zunehmenderZahl der Be- und Entlastungen führtdieses permanente Auf- und Zudre-hen am Wirbel zu einem starken in-neren Verschleiß und zu einer Er-müdung innen liegender, bei einerSichtkontrolle nicht inspizierbarerDrähte. Dies stellt ein weiteres Si-cherheitsrisiko dar.
Nicht-drehungsfreie Drahtseile, alsozum Beispiel 6- und 8- litzige Draht-seile, müssen daher so befestigt wer-den, daß sie gegen Verdrehen gesi-chert sind. Sie dürfen nicht mit ei-nem Wirbel arbeiten.
17. Warum dürfen Seile der Mach-art 17•7 und 18•7 nicht mit einemWirbel arbeiten?
Wie bereits oben erläutert, zeigenSeile der Macharten 17•7 und 18•7im Zerreißversuch auf einem Wirbeleine Herabsetzung ihrer Bruchkraft
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um über 30 %. Allein diese Vermin-derung des Sicherheitsbeiwertes ver-bietet bereits den Einsatz eines Wir-bels. Hinzu kommt jedoch, daß die-se Seilmacharten auch bei kleinstenBelastungen bereits merkliche Ver-drehungen zeigen. Eine Befestigungan einem Wirbel würde daher, wieauch bei 6- und 8- litzigen Seilen,ein permanentes Auf- und Zudrehenbewirken. Dieser Mechanismus wür-de zu einem gefährlichen Verschleißim Seilinneren und zu einer frühzei-tigen Ermüdung innen liegender, ei-ner Sichtkontrolle nicht zugängli-cher Drähte führen.
18. Drallaufbau im Seiltrieb durcheinen offenen Wirbel.
Die bisherigen Argumente verbietenden Einsatz eines Wirbels bei nicht-drehungsfreien Drahtseilen und Sei-len der Macharten 17•7 und 18•7schon aus Sicherheitsgründen. Invielen Fällen ist jedoch der Einsatzeines Wirbels bei diesen Seilen auchinsofern problematisch, als sichschon in kürzester Zeit ein starkerDrall im Seiltrieb aufbauen würde.Dies sei an einem Beispiel erläutert:
Auf einen einfachen Kran mit einerSeilscheibe und einer Seiltrommel(Bild 43) haben wir ein neues nicht-drehungsfreies Drahtseil aufgelegt.Wir haben darauf geachtet, daß dasSeil bei der Montage nicht verdrehtwurde. Das Drahtseil ist am Hakenmit Hilfe eines Wirbels befestigt.
Beim Anheben einer Last wird derWirbel so lange verdreht werden, bisdie gesamte Seillänge zwischen demWirbel und der ersten Seilscheibeaufgedreht ist. In unserem Beispiel
hat der Wirbel acht volle Umdrehun-gen vollführt, dargestellt durch achtPunkte auf dem Seil (Bild 44).
Beim weiteren Anheben der Lastläuft ein Teil, in unserem Beispiel dieHälfte, der verdrehten Seillänge überdie Seilscheibe. Nach dem Anhebenwird sich also die Hälfte der durchden Wirbel eingebrachten Verdre-hungen, hier dargestellt durch vierPunkte, zwischen Seilscheibe undSeiltrommel befinden (Bild 45). Hierkommt eine relativ stark verdrehteSeilzone mit noch völlig unverdreh-tem Seil zusammen.
Die verdrehten Zonen werden einenTeil ihrer Verdrehung an die nochunverdrehten Zonen abgeben, dievier Verdrehungen werden sich alsogleichmäßig über die gesamte Seil-länge zwischen Scheibe und Trom-mel verteilen (Bild 46).
Nun verfährt oder schwenkt unserKran und setzt die Last wieder ab.Beim Ablassen des Hakens läuft einTeil der verdrehten Seillänge (in un-serem Fall wieder die Hälfte) aus derStrecke zwischen Scheibe und Seil-trommel über die Seilscheibe in denStrang zum Wirbel.
In unserem Beispiel verlassen somitzwei Verdrehungen die Strecke zwi-schen Seilscheibe und Seiltrommel(Bild 47). Gleichzeitig bringt dieTrommel noch unverdrehtes Seil indiese Strecke.
Die zwei Verdrehungen verteilen sichnun gleichmäßig zwischen Seilschei-be und Seiltrommel, während sichder am Wirbel befestigte Strang beiEntlastung wieder in den unverdreh-ten Zustand zurückdreht (Bild 48).
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Bild 48: Nach dem Hubvorgang verblei-ben zwei Verdrehungen im Seiltrieb.
Bild 43: Vor dem Hubvorgang ist dasDrahtseil unverdreht.
Bild 44: Beim Anheben der Last machtder Wirbel 8 volle Umdrehungen.
Bild 47: Ein Teil der verdrehten Seil-länge läuft zurück über die Seilscheibe.
Bild 46: Die Verdrehung verteilt sichüber der Seillänge.
Bild 45: Beim Heben läuft die Hälfte derverdrehten Seillänge über die Scheibe.
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Wir befinden uns nun wieder in derAusgangsstellung, und der oben ge-schilderte Vorgang könnte von neu-em beginnen.
Wir hatten mit einem unverdrehtenSeil begonnen, haben aber bereitsnach einem Hubvorgang zwei volleDrehungen in das Drahtseil einge-bracht. Die verdrehten Zonen sindzwischen Seilscheibe und Seiltrom-mel gefangen und können sich nichtam Wirbel in den unverdrehten Zu-stand zurückdrehen. Im Gegenteil:mit jedem weiteren Hub wird dieVerdrehung des Drahtseiles zuneh-men.
Es ist also ein Trugschluß zu glau-ben, die bei Belastung in das Draht-seil eingebrachte Verdrehung wür-de bei Entlastung das Drahtseil wie-der verlassen. Infolge der Entmi-schungserscheinungen wird immerein Teil der Verdrehungen im Systemverbleiben. Wenn wir ein Faß Weinmit einem Glas voll Säure vergiftenund anschließend wieder ein GlasFlüssigkeit aus dem Faß entfernen,können wir auch nicht hoffen, daßder Wein wieder genießbar ist.
Für das Drahtseil kann die Zunah-me der Verdrehung im System mitzunehmender Hubarbeit verschiede-ne Konsequenzen haben:
Durch die Verdrehung können ein-zelne Elemente des Seiles überbean-sprucht werden und vorzeitig versa-gen. Häufiger aber wird die Verdre-hung zu Längendifferenzen zwischenden Litzen unterschiedlicher Lagenund somit z. B. zu Korbbildungenoder Korkenzieherbildungen führen.Bild 49 zeigt ein Beispiel von Korb-bildungen auf der Seiltrommel.
Bild 49: Korbbildung auf der Seiltrom-mel.
Besonders gefährlich aber wird dieplötzliche Entlastung des verdrehtenDrahtseiles, die sog. Schlappseilbil-dung: Wenn ein stark verdrehtes Seilentlastet wird, hat es die Gelegen-heit, einen Teil seiner Verdrehungdadurch abzugeben, daß es eineSchlaufe bildet (Bild 50). Bei eineranschließenden Belastung kann sichdiese Schlaufe zuziehen und eine so-genannte Klanke bilden. Dieser Vor-gang kann in Bruchteilen von Se-kunden ablaufen und wird oft vomKranführer nicht rechtzeitig erkannt.Ein Seilriß kann die Folge sein.
Bild 50: Bildung einer Schlaufe beiSchlappseil
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19. Warum dürfen drehungsfreieSeile mit einem Wirbel arbeiten?
Mit drehungsfreien Seilen wie CasarStarlift, Casar Eurolift, Casar Power-lift und Casar Powerplast bestehendie oben aufgeführten Problemenicht. Weder reduziert sich bei Ein-satz auf einem Wirbel ihre Bruch-kraft, noch drehen die Seile bei Last-wechseln auf und zu. Diese Seilesind sehr drehstabil, so daß der Wir-bel bei der Lastaufnahme in der Re-gel keinerlei Bewegung zeigt. Dahersind diese Seile auch nicht den obengeschilderten inneren Verschleißer-scheinungen ausgesetzt.
Casar Starlift, Casar Eurolift, Ca-sar Powerlift und Casar Power-plast dürfen mit einem Wirbel ein-gesetzt werden.
20. Warum sollten drehungsfreieSeile mit einem Wirbel arbeiten?
Drehungsfreie Drahtseile werdennicht unter einer äußeren Last auf-drehen. Wir haben jedoch Mechanis-men kennengelernt, die von außendurch tangential am Drahtseil an-greifende Kräfte versuchen, dieses zuverdrehen.
So rollt beispielsweise ein unter ei-nem Ablenkwinkel auf die Seilrolleoder Seiltrommel auflaufendesDrahtseil in den Rillengrund hineinund wird hierbei gewaltsam ver-dreht.
Diese Verdrehung weckt in einemdrehungsfreien Drahtseil ein hohesDrehmoment. Bei Befestigung einessolchen Seiles an einem Wirbel kann
sich nun diese gewaltsam in das Seileingebrachte Verdrehung ausdrehenund damit das aufgebaute Drehmo-ment abbauen.
Der Einsatz eines Wirbels mit dre-hungsfreien Drahtseilen wie z. B.Casar Starlift, Casar Eurolift, CasarPowerlift oder Casar Powerplast zeigtsomit keinerlei Nachteile. Bei ord-nungsgemäßem Betrieb wird derWirbel sich überhaupt nicht bewe-gen und hat daher eigentlich garkeine Funktion.
Wenn aber durch äußere Kräfte Ver-drehung in das Seil eingebrachtwird, erfüllt der Wirbel die Funktioneines Ventils, an dem die Verdrehungentweichen kann.
Casar Starlift, Casar Eurolift, Ca-sar Powerlift und Casar Power-plast sollten mit einem Wirbel ein-gesetzt werden.
Eine häufig praktizierte Möglichkeitist der Einsatz eines arretierten Wir-bels, der lediglich von Zeit zu Zeitfür eine geringe Lastspielzahl geöff-net wird, um ein Entdrallen des Sei-les zu ermöglichen.
Für absolut drehungsfreie Seilehat der Wirbel keinerlei Nachtei-le, aber den Vorteil, daß sich Ver-drehungen, die durch äußere Ein-flüsse entstanden sind, ausdre-hen können.
Für nicht-drehungsfreie Seile hatder Wirbel nur Nachteile: Er setztdie Bruchkraft herab, fördert dieErmüdung und läßt Verdrehungenin den Seiltrieb hinein.
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21. Was ist zu tun, wenn sich trotzVerwendung eines Wirbels Drall imSeiltrieb aufbaut?
Wie wir oben erläutert haben, ver-sucht jede Seiltrommel, das auflau-fende Seil zu verdrehen. Dieser Me-chanismus führt immer zu einer Bil-dung von Drall im Seiltrieb. BeimEinsatz von drehungsfreien Seilenermöglicht ein Wirbel als Endbefest-igung einen Abbau des durch dieTrommel oder durch andere Mecha-nismen erzeugten Dralls. Zu diesemZweck muß sich jedoch der Drall zu-nächst einmal über alle zwischendem Entstehungsort und dem Wir-bel liegenden Rollen zum Wirbel hinfortpflanzen.
Dies kann im wesentlichen nur da-durch geschehen, daß sich verdreh-tes und somit drallbehaftetes Seilüber die jeweilige Rolle hinüber-bewegt. Bei besonderen Arbeitsver-hältnissen von Kranen kann es je-doch vorkommen, daß einzelne Rol-len im Seiltrieb sich überhaupt nichtbewegen, so daß der Drall sich nichtüber diese Rolle hinweg bis zum Wir-bel hin fortpflanzen kann. Dies seiam Beispiel der Seileinscherung desTurmdrehkrans aus Bild 51 erläu-tert.
Finden bei einem derartigen Turm-drehkran über einen längeren Zeit-raum hinweg nur Hubbewegungenstatt, ohne daß sich der Abstand derKatze D vom Turm verändert, d. h.ohne daß die Katze während des Ein-satzes verfahren wird, so wirkt dieletzte Rolle vor dem Wirbel (Rolle A)wie ein Festpunkt, da sie sich bei denHub- und Absenkbewegungen nichtbewegt. Ein durch die Trommel oderandere Mechanismen in den Seil-
A
D
trieb eingebrachter Drall kann somitnicht über diese Rolle hinwegwan-dern und sich am Wirbel ausdrehen.
Nach einer gewissen Zeit würde derDrallaufbau sich in einer Verdre-hung der Hakenflasche, insbesonde-re im unbelasteten Zustand, äußern.Die Tatsache, daß die Verdrehung imunbelasteten Zustand auftritt, istdann ein Indiz dafür, daß nicht einemangelnde Drehungsfreiheit desSeiles für die Verdrehung verant-wortlich ist, sondern ein Drallauf-bau, der nicht zum Wirbel weiter-wandern kann.
In einem derartigen Fall kann eineAbhilfe dadurch geschaffen werden,daß drallbehaftetes Seil über dieRolle A hinwegbewegt wird. Dies be-deutet, daß mehrfach die Katze überdie gesamte Auslegerlänge hin undher verfahren werden müßte, even-
Bild 51: Beim Heben und Senken drehtRolle A nicht. Rolle A dreht nur, wennder Abstand D verändert wird.
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tuell gepaart mit gleichzeitigen Hub-bewegungen. Die Hakenflaschekönnte beispielsweise den in Bild 51gezeigten Weg zurücklegen. In derRegel wird man dann drallabbau-ende Verdrehungen des Wirbels be-obachten können.
Nach einer größeren Zahl von Bewe-gungen sollte sich der Drall am Wir-bel ausgedreht haben. Bleibt derWirbel dennoch unbeweglich, ist erauf seine Gängigkeit hin zu überprü-fen. Der Wirbel sollte von Hand leichtdrehbar sein. Ferner ist darauf zuachten, daß der Wirbel gelenkig ander Konstruktion befestigt ist, damitauch ein durchhängendes Seil in derLage ist, den Wirbel zu verdrehen.
Bild 52 zeigt einen fest an der Kon-struktion angebrachten Wirbel. Die-ser Wirbel kann von einem durch-hängenden Seil nicht gedreht wer-den. Bild 53 zeigt die korrekte Lö-sung eines gelenkig angebrachtenWirbels.
Der Wirbel sollte gelenkig einge-baut werden, damit er sich mitdem Seil bewegen kann. Der Wir-bel ist Teil des Seiltriebes, nichtTeil der Konstruktion.
Eine besonders von den Einbau-maßen her interessante Lösung stel-len die Seilendverbindungen mit ein-gebautem Wirbel dar. Hier liegt derWirbel immer in Richtung der Seil-achse. Bild 54 zeigt als Beispiel eineKeilendklemme mit eingebautemWirbel.
Bild 53: Gelenkig angebrachter Wirbel.Hier kann der Wirbel dem Durchhangdes Seiles folgen.
Bild 52: Fest angebrachter, nur bedingtfunktionsfähiger Wirbel.
Bild 54: Keilendklemme mit eingebau-tem Wirbel.
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22. Sonderthema: Die Kopplungvon Greiferseilen.
Stückgutentladekrane mit Vierseil-greifern arbeiten mit zwei Halte- undzwei Schließseilen (Bild 55). Um einVerdrehen des Greifers unter Last zuvermeiden, sind sowohl die Halte-seile als auch die Schließseile jeweilsin rechtsgängiger und in links-gängiger Machart ausgeführt.
Bei der Kopplung der Schließseile andie Greiferseile ist darauf zu achten,daß jeweils das linksgängige Schließ-seil mit dem linksgängigen Greifer-seil und das rechtsgängige Schließ-seil mit dem rechtsgängigen Greifer-seil verbunden werden (Bild 56).Würde ein linksgängiges Greiferseilmit einem rechtsgängigen Schließ-seil verbunden, würden beide Seiledas Kupplungsstück im gleichenDrehsinn zu verdrehen versuchen:Die Seile würden sich unter Bela-stung gegenseitig aufdrehen (Bild57).
Hierdurch würde zum einen dieBruchkraft der Drahtseile erheblichherabgesetzt, zum anderen könntendie gestörten geometrischen Verhält-nisse zu Strukturveränderungen desDrahtseiles wie wellenartigen Verfor-mungen und Korbbildungen führen.Das permanente Auf- und Zudrehender Seile bei Be- und Entlastungwürde zudem im Bereich der End-verbindungen zu einer Torsionser-müdung der Drahtseile führen.
Weiterhin besteht die Gefahr, daßsich im Greifer der Seilverband beiEntlastung der Seile lockert, so daßz. B. Kohlenstaub oder Erzstaub indas Seilinnere eindringen kann. Beierneuter Belastung würde sich das
Seil zwar wieder zuziehen, hättedann aber einen deutlich vergrößer-ten Durchmesser, so daß es eventu-ell nicht mehr ordnungsgemäßdurch die Rollen läuft. So besteht dieGefahr, daß sich der Greifer beimspäteren Betrieb nicht mehr selbst-tätig öffnet oder daß das Seil mitGewalt durch die Rollen gezogenwird.
Eine ähnliche Gefahr besteht auchdann, wenn die gekoppelten Seilezwar die gleiche Schlagrichtung auf-weisen, aber von unterschiedlicherKonstruktion oder unterschiedli-chem Durchmesser sind (Bild 58).Hier wirken zwar die Drehmomente,wie gewünscht, entgegengesetzt zu-einander, sind aber dennoch unter-schiedlich groß.
Das Seil mit dem stärkeren Drehmo-ment (im Falle der unterschiedlichdicken Seile ist dies in der Regel das
Bild 55: Vierseilgreifer mit 2 Halte- und2 Schließseilen.
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Bild 56: Korrekte Verbindung der Grei-ferseile.
M-
M+
M+
M-
Bild 57: Falsche Verbindung der Grei-ferseile. Die Seile drehen einander auf.
Bild 58: Verbindung von Drahtseilengleicher Schlagrichtung, aber unter-schiedlicher Durchmesser.
M-
M+
M+
M-
M+
M+
M-
M-
dickere Seil) wird dann unter Lastaufdrehen und das dünnere Seil zu-drehen. Die Gefahr der Kopplungvon Seilen unterschiedlichen Durch-messers besteht insbesondere dann,wenn auf einem Kran Greifer in ver-schiedenen Größen eingesetzt wer-den, die dann leider oft auch unter-schiedliche Seildurchmesser aufwei-sen.
Häufig arbeiten Vierseilstückgut-krane aber auch ohne Greifer. In die-sem Fall sollten die vier Seile übereine Traverse miteinander verbun-den werden. Oft werden die links-gängigen und rechtsgängigen Halte-seile sowie die linksgängigen undrechtsgängigen Schließseile jeweilsmiteinander durch ein Seilstück ge-koppelt und mit einer Hakenflascheversehen (Bild 59).
41
M-
M+
M+
M+
M- M+
M+ M+
Die Schlagrichtung des Kopplungs-seiles kann natürlich nur mit derSchlagrichtung eines der beiden mitihm verbundenen Seile übereinstim-men. Die andere Kupplung istzwangsläufig immer eine mit einerfalschen Paarung der Schlagrich-tungen, so daß hier ein gegenseiti-ges Aufdrehen der Seile stattfindenwird. Infolge der leichten Bewegun-gen der Hakenflasche wandert nunimmer wieder ein verdrehtes Seil-stück über die Rolle in den jeweilsanderen Strang, so daß bei genü-gend großer Einsatzdauer eine der-artige Kopplung zur gegenseitigenZerstörung der drei Seile durch Auf-drehen führt.
Auch die Verwendung eines dre-hungsfreien Seiles als Kopplungsseil
Bild 59: Nicht verdrehsichere Verbin-dung zwischen zwei Seilen unterschied-licher Schlagrichtung.
Bild 60: Verdrehsichere Verbindungzwischen zwei Seilen unterschiedlicherSchlagrichtung.
bringt hier nicht den gewünschtenErfolg.
Derartige Kopplungen dürfen ledig-lich durchgeführt werden, wenn mitHilfe einer mechanischen Vorrich-tung verhindert wird, daß sich dieKupplungen relativ zueinander ver-drehen. Ein Ausführungsbeispielzeigt Bild 60. Hier sorgt ein Hebeldafür, daß sich die Kupplungennicht gegeneinander verdrehen kön-nen. Da sich aber die Abstände derKupplungen voneinander verändernkönnen, darf die Verbindung nichtauf beiden Seiten befestigt werden.Vielmehr muß eine Führung auf ei-ner Seite eine relative Verschiebungder Kupplungen zueinander zulas-sen.
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23. Erste Hilfe.
Wenn eine Hakenflasche verdreht,sollte zunächst geprüft werden, obdie Verdrehung unter Last oder imGegenteil sogar nur im unbelastetenZustand auftritt (Bild 61).
In 90% aller Fälle gilt:
Wenn die Hakenflasche unter Lastverdreht, liegt ein Seilproblemvor.
Das Drahtseil ist in diesem Fall nichtgenügend drehstabil.
Weiterhin gilt:
Wenn die Hakenflasche im unbe-lasteten Zustand verdreht, liegtein Kranproblem vor.
Das Drahtseil wurde durch den Kranverdreht und möchte lediglich in denunverdrehten Zustand zurückdre-hen.
Bild 61: Erste Hilfe beim Verdrehen der Hakenflasche.
Das Problem: Die Hakenflasche des Kranes verdreht.
Andere mögliche Ursachen für eine gewaltsame Verdrehung des Seilesdurch die Anlage prüfen: Ablenkwinkel auf Seilscheiben oder Trommel,
Schlagrichtung des Seiles zur Trommel und zur Einscherung.
Frage: Verdreht die Hakenflasche mit oder ohne Last?
Verdrehung ohne Last,keine oder nur geringeVerdrehung mit Last.
Das Seil ist bei der Montageoder durch die Anlage
verdreht worden.
Drehungsarmes odernicht-drehungsfreies
Drahtseil
DrehungsfreiesDrahtseil
Falls vorhanden:Wirbel entfernenoder festsetzen.
Eventuell Wirbeleinsetzen.
Festpunkt lösen, Verdrehung herauslassen,eventuell in gleicher Drehrichtung ein wenig
eindrehen. Vorsicht!
Das Seil ist nicht genügenddrehstabil: Seil mit geringeremDrehmomentfaktor einsetzen.
Verdrehung mit Last,keine oder nur geringeVerdrehung ohne Last.
Frage: Ist das Drahtseil drehungsfrei?
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Casar Starlift
Casar Eurolift *
Casar Turbolift
Hub-seil
* Gleichschlagausführung, besonders geeignet für Mehrlagenspulung.
Casar Stratolift
Casar Turbolift
Casar Unilift
Casar Alphalift
Flexibles, sehr drehstabiles Seil mit ho-her Bruchkraft und hervorragender Le-bensdauer.
Flexibles, sehr drehstabiles Seil mit sehrhoher Bruchkraft und großer Lebens-dauer.
8- litziges doppeltparallel verseiltes Seilaus verdichteten Litzen. Sehr hoheBruchkraft, geringe Dehnung.
8- litziges doppeltparallel verseiltes Seil ausunverdichteten Litzen. Sehr hohe Bruchkraft,große Flexibiltät, geringe Dehnung.
8- litziges doppeltparallel verseiltes Seil ausunverdichteten Litzen. Sehr hohe Bruchkraft,sehr große Flexibiltät, geringe Dehnung.
8- litziges doppeltparallel verseiltes Seil ausunverdichteten Litzen. Sehr hohe Bruchkraft,sehr große Flexibiltät, geringe Dehnung.
8- litziges doppeltparallel verseiltes Seilaus verdichteten Litzen. Sehr hoheBruchkraft, geringe Dehnung.
nichtdrehungs-
frei
drehungs-frei
Halte-seil
nichtdrehungs-
frei
Katzfahr-seil
nichtdrehungs-
frei
Montage-seil
Das richtige Seil für Turmdrehkrane
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nichtdrehungs-
frei
Casar Starlift
Casar Eurolift *
Casar Turbolift
* Längsschlagausführung, besonders geeignet für Mehrlagenspulung.
Flexibles, sehr drehstabilesSeil mit hoher Bruchkraftund hervorragender Le-bensdauer.
F lex ib les , sehr dreh-stabiles Seil mit sehr hoherBruchkraft und großer Le-bensdauer.
8- litziges doppeltparallelverseiltes Seil aus verdichte-ten Litzen. Sehr hohe Bruch-kraft, geringe Dehnung.
drehungs-frei
Hub-seil
Abspannseilfür Spitzen-ausleger
Das richtige Seil für Teleskopkrane
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Das richtige Seil für Gittermastkrane
drehungs-frei
nichtdrehungs-
frei
Casar Starlift
Casar Eurolift *
Casar Starlift
Casar Eurolift *
Casar Turboplast Gleichschlag
Casar Superplast Gleichschlag
Casar Turbolift
Flexibles, sehr drehstabiles Seil mit ho-her Bruchkraft und hervorragender Le-bensdauer.
Flexibles, sehr drehstabiles Seil mit sehrhoher Bruchkraft und großer Lebens-dauer.
Flexibles, sehr drehstabiles Seil mit ho-her Bruchkraft und hervorragender Le-bensdauer.
Flexibles, sehr drehstabiles Seil mit sehrhoher Bruchkraft und großer Lebens-dauer.
8- litziges Seil aus verdichteten Litzen mit Kunst-stoffzwischenlage. Sehr hohe Bruchkraft undStrukturstabilität, große Lebensdauer.
10- litziges Seil aus verdichteten Litzen mitKunststoffzwischenlage. Sehr hohe Bruchkraftund Strukturstabilität, große Lebensdauer.
* Gleichschlagausführung, besonders geeignet für Mehrlagenspulung.
8- litziges doppeltparallel verseiltes Seilaus verdichteten Litzen. Sehr hoheBruchkraft, geringe Dehnung.
Hilfs-hub
drehungs-frei
Haupt-hub
Verstell-seil
nichtdrehungs-
frei
Halte-seil
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Einsträngiger Betrieb
Zweisträngiger BetriebIm zweisträngigen Betrieb können bei geringen Hubhöhen nicht-drehungsfreie Drahtseileeingesetzt werden. Bei größeren Hubhöhen sind drehungsfreie Drahtseile erforderlich. DieSchlagrichtung ist entgegengesetzt zur Steigungsrichtung der Trommel zu wählen. Beieiner linksgängigen und einer rechtsgängigen Trommel ist bei kleinen Hubhöhen ein Seilmit Kunststoffzwischenlage zu wählen, bei linker und rechter Trommel und bei großenHubhöhen ist CASAR Quadrolift zu empfehlen.
CASAR StarliftCASAR EuroliftCASAR PowerliftCASAR Powerplast
Im einsträngigen Betrieb dürfen nurdrehungsarme und drehungsfreieDrahtseile eingesetzt werden. DieSchlagrichtung ist entgegengesetztzur Trommelsteigung zu wählen.
Seilenden laufen aufzwei linke oder zweirechte Trommelnauf: siehe unter 2/1.Seilenden laufen aufeine linke und einerechte Trommel:
Große HubhöhenCASAR Quadrolift
Kleine HubhöhenCASAR StratoplastCASAR Turboplast
Seilenden laufen aufzwei linke oder zweirechte Trommelnauf: siehe unter 2/1.Seilenden laufen aufeine linke und einerechte Trommel:
Große HubhöhenCASAR Quadrolift
Kleine HubhöhenCASAR StratoplastCASAR Turboplast
2/1 1 Trommel, 2/2 2 Trommeln, 2/2 2/2 - 2
Große HubhöhenCASAR StarliftCASAR EuroliftCASAR PowerliftCASAR PowerplastCASAR Quadrolift
Kleine HubhöhenCASAR StratoplastCASAR TurboplastCASAR AlphaliftCASAR BetaliftCASAR Superplast
Große HubhöhenCASAR StarliftCASAR EuroliftCASAR PowerliftCASAR PowerplastCASAR Quadrolift
Kleine HubhöhenCASAR StratoplastCASAR TurboplastCASAR AlphaliftCASAR BetaliftCASAR Superplast
Das richtige Seil für Elektrozüge
1/1
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28. Schlußbemerkung.
Die Problematik des Drehverhaltensvon Drahtseilen ist äußerst komplex.Die vorliegende Broschüre konntenur die grundlegenden Fragen be-handeln. Sollten Sie ein speziellesDrahtseilproblem haben, wenden Siesich bitte direkt an
Casar Drahtseilwerk Saar GmbHCasarstr. 1D- 66459 KirkelTel. 06841- 80910Fax 06841- 8694
© 1990-1996 PR GmbH Werbeagentur & Verlag GmbH, Aachen. Grafiken vomVerfasser. Cartoons: Rolf Bunse, PR GmbH Werbeagentur & Verlag GmbH,Aachen. Satz, Layout und Gestaltung: PR GmbH Werbeagentur & Verlag GmbH,Aachen. Nachdruck, auch teilweise, nur mit Genehmigung des Verfassers.
Auch der Autor dieser Schrift hilftIhnen gerne weiter:
Ingenieurbüro für FördertechnikDipl.- Ing. Roland VerreetGrünenthaler Str. 40aD- 52072 AachenTel. 0241- 173147Fax 0241- 12982e-Mail: [email protected]
Wir werden uns bemühen, Ihr Pro-blem zu lösen.
Der Autor dankt Herrn Dipl.-Ing. Stolzenburg, Fa. Vulkan Kocks GmbH, sehrherzlich für seine Verbesserungsvorschläge, die in Kapitel 9 berücksichtigt wurden.
„Ab jetzt benutze ich nur noch drehungsfreie Seile.“
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CASAR DRAHTSEILWERK SAAR GMBHCasarstrasse 1 • D-66459 KirkelPostfach 187 • D-66454 KirkelVerkauf Inland:Tel.: + 49-(0)6841 / 8091-320Fax: + 49-(0)6841 / 8091-329Verkauf Export:Tel.: + 49-(0)6841 / 8091-350Fax: + 49-(0)6841 / 8091-359E-mail: [email protected]://www.casar.de