Einfluss kombinierter Zug-, Biege- und Torsionsbeanspruchung auf die Lebensdauer und Ablegereife laufender Drahtseile
Final Report Abstract
Ausgehend von der Erkenntnis des Auftretens von Seilverdrehungen sowohl durch theoretische Betrachtungen sowie durch Berichte aus der Praxis und der Unkenntnis über den Einfluss diskreter Verdrehung auf die Seillebensdauer von laufenden Drahtseilen wurde das hier bearbeitete Forschungsprojekt initiiert. Die Ziele des vorliegenden Forschungsprojektes wurden in vollem Umfang erreicht. Darüber hinaus konnte zur statistischen Absicherung der Versuche die Versuchsanzahl des im Antrag geplanten Umfangs um ca. 43% erhöht werden. Die beantragten und durchgeführten Arbeiten lassen sich in konstruktive, theoretische und experimentelle Arbeiten unterteilen. Aufgrund der Neuartigkeit des Forschungsprojektes musste es durch konstruktive Arbeiten ermöglicht werden, Seile für einen Dauerbiegeversuch mit hoher Genauigkeit gleichmäßig zu verdrehen und die Verdrehung während der Versuchsdauer konstant zu halten. Hierfür wurde eine Verdrehvorrichtung entworfen, konstruiert und gefertigt, die eine Adaption auf die bestehenden Dauerbiegemaschinen am IFT zulässt. Innerhalb der theoretischen Untersuchungen wurde u.a. ein Spannungsmodell erstellt, welches basierend auf den vorhandenen Theorien zu mechanischen Drahtspannungen einen direkten Bezug zu den durch die Verdrehung verursachten Geometrieänderungen herstellt. Zugspannungen und Biegespannungen können so in Abhängigkeit des Verdrehwinkels betrachtet werden. Des Weiteren wurden in den theoretischen Arbeiten die experimentellen Versuchsergebnisse systematisch ausgewertet, wobei bei den Dauerbiegeversuchen eine Regressionsanalyse vorgenommen wurde. Die damit entstandene Gleichung und der dazugehörigen Koeffizienten ermöglicht erstmals eine Berechnung der Lebensdauer von laufenden Drahtseilen unter Verdrehung. Der Regressionsansatz wurde auf der Lebensdauerformel nach Feyrer aufgebaut, sodass sich im unverdrehten Zustand die Lebensdauer nach der bereits international bekannten Gleichung darstellt. Zur Berechnung der Lebensdauer in Abhängigkeit von bereits bekannten Einflussparametern und des neu untersuchten Einflusses der Verdrehung wurde ein Berechnungsprogramm in C++ erstellt. Die Versuchsdatenbasis für die Regressionsrechnung wurde mit Dauerbiegeversuchen mit und ohne Verdrehung des Seils aufgebaut, bei denen die Einflussparameter systematisch variiert wurden. Es hat sich gezeigt, dass die Seillebensdauer bei bestimmten Seilkonstruktionen und unter diskreten Verdrehwinkelbereichen zunimmt, während sie außerhalb dieser Verdrehwinkelbereiche abnimmt. Bei Spiralrundlitzenseilen konnte eine massive Abnahme der Lebensdauer von bis zu 75% bei einem rel. geringen Verdrehwinkel von 180°/100d ermittelt werden. Zusätzlich zu den Dauerbiegeversuchen wurden die Bruchkräfte, die Seilelastizitätsmodule und die Drehmomentkonstanten der Versuchsseile experimentell ermittelt. Das durchgeführte Forschungsprojekt hat einen deutlichen Erkenntnisgewinn über den Einfluss von Verdrehungen auf die Lebensdauer und Ablegereife laufender Drahtseile als Ergebnis der Untersuchungen hervorgebracht. Mit dem Berechnungsansatz kann die Lebensdauer von laufenden Seilen mit und ohne Verdrehung mit guter Genauigkeit abgebildet werden. Sowohl die Erhöhung der Sicherheit als auch der optimierte Betrieb von Seiltrieben und damit die Wirtschaftlichkeit einer Anwendung auch hinsichtlich gezielter Inspektionen können aus diesem Forschungsprojekt resultieren. Es hat sich gezeigt, dass mit diesem Forschungsprojekt eine wichtige Fragestellung in der Seilforschung bearbeitet wurde und die Erkenntnisse sowohl für die Wissenschaft als auch für die Anwendung von Interesse sind.
Publications
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Laufende Drahtseile unter Torsionsbelastung, Hebezeuge Fördermittel, Berlin, 50 (2010) 3, S. 132-133
Weber, T., Wehking, K.-H.
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Laufende Drahtseile unter dem Einfluss der Verdrehung, 4. Stuttgarter Seiltage, 2012
Weber, T.
