Vorlesung Fördertechnik. Gliederung. Gewinnungsmaschinen)

Transkript

1 I Vorlesung ördertechnk Glederung (IV Gewnnungsmaschnen)

2 II I Grundlagen der ördertechnk Elemente und Baugruppen der ördermttel. Enführung. Geschchte der ördertechnk, Gesamtwrtschaftlche Enordnung. unktonsbeschrebung der ördermaschnen,abgrenzung zum verwandten Maschnenbau.3 Hauptgruppen der ördermaschnen.4 Entelung der Unstetgförderer.5 Entelung der tetgförderer.6 Entelung der Gewnnungsmaschnen.7 Zur technschen Berechnung der ördermaschnen.8 Grundlagen der Betrebsfestgket. Elemente der mechanschen Ausrüstung. Drahtsele.. unkton und Ensatz.. Aufbau und Egenschaften..3 Beanspruchung, Dmensonerung und Lebensdauer der Drahtsele. Elemente von eltreben.. elbefestgungen.. elrollen und eltrommeln..3 laschenzüge..4 elablenkung an elrollen und eltrommeln..5 Trebscheben.3 Ketten und Elemente von Kettentreben.3. Kettenarten.3. Elemente von Kettentreben.3.3 Berechnung der Kettentrebe

3 III.4 Mechansche Bremsen.4. Aufgaben und Entelung.4. ebpaarungen.4.3 Trommelbremsen (Backenbremsen).4.4 Bandbremsen.4.5 cheben- und Kegelbremsen.4.6 Bremslüftgeräte.5 Laufräder und chenen.5. Konstrukton.5. Dmensonerung 3. Trebwerke der ördermaschnen 3. Aufbau, Arbetswese und Glederung 3. Motoren und teuerungen 3.. Elektromotoren 3.. Verbrennungsmotoren 3..3 Hydraulsche Maschnen 3.3 Grundauslegung von Antreben 3.3. Drehmomente n Antreben 3.3. eduzerung von Drehmomenten 3.4 Hauptarten fördertechnscher Antrebe 3.4. Hubwerke und Auslegerenzehwerke Konstrukton Berechnung 3.4. chenenfahrwerke Konstrukton pezfscher ahrwderstand tütz- und adkräfte, aupenfahrwerke

4 IV Drehwerke Drehverbndungen Drehwerksantrebe Kräfte und Momente 3.5 cherhetsenrchtungen Lteraturüberscht [0.] Buchrehe ördertechnk - cheffler, Martn: Grundlagen der ördertechnk Elemente und Trebwerke. Veweg-Verlag Braunschweg/Wesbaden, cheffler, Martn; eyrer, Klaus; Matthas, Karl: ördermaschnen Hebe- und lurförderzeuge. Veweg-Verlag Braunschweg/Wesbaden, Pajer, Jr; Kuhnt, Hans; Kurth, redrch: tetgförderer. 5. Auflage, Verlag Technk Berln, Pajer Jr; Kurth, redrch: Tagebaugeräte und Unversalbagger.. Auflage, Verlag Technk Berln, 979. [0.] Pfefer, Henz: Grundlagen der ördertechnk. 5. Auflage, Veweg-Verlag Braunschweg/Wesbaden 989. [0.3] etor, Georg: ördertechnk Hebezeuge, tetgförderer, Lagertechnk. Carl- Hanser-Verlag München, 979. [0.4] Buhrke Herbert; Kecke, Hans-Joachm; chter, Hansjürgen: trömungsförderer hydraulscher und pneumatscher Transport n ohrletungen. Veweg-Verlag Braunschweg, 989. [0.5] Jünemann, enhardt: Materalfluß und Logstk ystemtechnsche Grundlagen mt Praxsbespelen. prnger-verlag Berln, 989. u. s. w. Dverse Zetschrften

5 V [0.6] Hebezeuge und ördermttel. Verlag Technk Berln [0.7] ördern und Heben (f&h). Verente achverlage Manz [0.8] Deutsche Hebe- und ördertechnk (dhf). AGT-Verlag Thum GmbH Ludwgsburg u. s. w. Dazu Lteratur veler tangerender achgebete, we Bergbautechnk, Verfahrenstechnk, Umwelttechnk, Verkehrstechnk, Bautechnk.

6 VI

7 I Grundlagen der ördertechnk Elemente und Baugruppen der ördertechnk. Enführung De ördermaschnen stellen en n sch geschlossenes achgebet des Maschnenbaus dar. Es gehört mt zu den umfangrechsten. De Velfalt der zu fördernden Güter und de Velgestalt der andbedngungen der örderaufgaben führten zu ener hohen Zahl prnzpell unterschedlcher ördermaschnen, so daß ene ystematserung erforderlch st. In Deutschland spelt der Industrezweg ördermaschnen tradtonell ene große olle. De tatstk des VDMA (Veren Deutscher Maschnen- und Anlagenbauer) west desen Zweg als umsatzstärksten und exportträchtg aus (Tafeln. und.). Der Antel Deutschlands am Gesamtexport von ördermaschnen n der Welt beträgt ca. 0%.. Geschchte der ördertechnk, gesamtwrtschaftlche Enordnung Transport-, Umschlag-, Lager- und Gewnnungsprozesse haben Bedeutung, set Menschen n Ansedlungen leben. Ebenso alt snd de Versuche, das Heben und Transporteren von Lasten durch Muskelkraft zu erlechtern. De ersten Hlfsmttel waren (Bld.) - Hebel - Kel (schefe Ebene) - Wälzkörper (Baumstämme). päter kamen - ad - el - Kette dazu.

8 e bldeten de Voraussetzungen für de ersten ördermttel (Blder. bs.4): - Gletbahn, - ollenbahn, - Wagen, - laschenzug, - chnecke, - chöpfräder, - Becherwerk. Neben dem Bauwesen, dem Bergbau und dem chffbau gehört de ördertechnk zu den Ingeneurwssenschaften, de sch zuerst entwckelten. De Notwendgket, große Lasten zu heben, führte schon vor Jahrtausenden zum Bau erster Hebezeuge. Im Mttelalter hatte der Kranbau berets enen beträchtlchen tand errecht (Blder.5,.5 a und.6,.6 a). Neben dem Bauwesen waren vor allem der Hafenbetreb, d. h. Güterumschlag und Lagerung sowe der Bergbau, d. h. Gutgewnnung und Transport, de wesentlchen Entwcklungsfaktoren, bevor durch de rasche Industralserung m 9. Jahrhundert der Produktonsbetreb de größere Bedeutung erlangte. Der Ensatz von tahlselen und elektrschen Antreben führte z. B. m Kranbau zu ener sprunghaften Weterentwcklung (Blder.7 u..8). In den letzten Jahrzehnten hat sch de ördertechnk n allen Wrtschaftszwegen zu ener Ingeneurdszpln mt Querschntts- und Integratonsfunkton entwckelt. De orderungen nach automatserten Materalflußsystemen, der Planung und ührung komplexer Materalflußprozesse führten zu dem egenständgen achgebet Logstk. In velen Wrtschaftszwegen st de ördertechnk Hauptprozeß (z. B. m Bergbau unter- und übertage, m Hafenbetreb, m pecher- und lobetreb, n der Lagerwrtschaft). Aber auch m Produktonsberech hat sch de ördertechnk vom Hlfsprozeß zu enem der beden Hauptprozesse - Be- und Verarbetungsprozeß - Materalflußprozeß gewandelt. De anfänglch zufällg entstandenen Hlfsoperatonen des Transporterens, Umschlagens und Lagerns haben sch aus logstscher cht zum Hauptprozeß des Materal- und Informatonsflusses entwckelt. Unter Logstk verstehen wr heute de Wssenschaft von der Planung, teuerung und Überwachung der Materal-, Personen-, Energe-, Informatons- und nanzströme n komplexen ystemen. De ördertechnk befaßt sch mt der Projekterung, der Konstrukton und dem Betreb von Materalflußsystemen.

9 3 Durch de moderne Informatk wrd en ganzhetlches Zusammenwachsen der Materalströme mt den mmer vorauselenden oder nachlaufenden Informatonsströmen ermöglcht. Das Materalflußsystem wrd so zum ntegrerenden aktor ener effektven Produkton und Warenvertelung. De ördermaschnen stellen de Elemente dar, durch deren snnvolle Verkettung de modernen Materalflußsysteme entstehen. De tellung der ördertechnk n der Logstk zegt Tafel.3. In Tafel.4 snd de Aufgaben der Logstk zusammengefaßt. Wel häufg technologsche Prozesse mt dem Materalflußprozeß unlösbar verbunden snd, gbt es mt velen technologsch orenterten achgebeten enen hohen Überdeckungsgrad (Bld.9). Besondere Entwcklungsanforderungen werden der ördertechnk heute aus umwelttechnscher cht gestellt. Das betrfft sowohl den umweltschonenden Betreb von enzelnen ördermaschnen und Materalflußsystemen als auch de Entwcklung von ördermaschnen für spezfsche umwelttechnsche Aufgabenstellungen (Blder.0 und.).. unktonsbeschrebung der ördermaschnen, Abgrenzung zum verwandten Maschnenbau Defnton der ördermaschnen: ördermaschnen snd Arbetsmaschnen, de mttels Gutaufnahmemttel oder anderer Zwschenmttel de Ortsveränderung von Gütern ausführen (Hebe- und Transportmaschnen) oder de mttels chnedwerkzeugs und Aufnahmemttels der Gewnnung von chüttgütern denen (Gewnnungsmaschnen). Grundoperatonen der ördertechnk - Transport über begrenzte Enfernung T - Umschlag U - Lagern L - Gewnnen G, Dabe st de Ortsveränderung den anderen Operatonen übergeordnet.

10 4 De am Arbetsorgan (Gutaufnahmemttel, Zwschenmttel, chnedwerkzeug) längs des Arbetsweges zu verrchtende mechansche Arbet wrd von Trebwerken gelestet, de m - Aussetzbetreb oder - Dauerbetreb laufen. De charkterstsche orm des Arbetsraumes der ördermaschne wrd durch de Hauptarbetsbewegung des Gutaufnahmemttels bzw. de Hauptschnedbewegung des chnedwerkzeuges bestmmt. Tafel.4 a charaktersert de Abgrenzung der ördermaschnen von Maschnen mt verwandten Arbetsaufgaben: - Manpulatoren oder Handhabegeräte mt der Zweckbestmmung Orts- und Lageveränderung von Gütern - Verkehrsmaschnen mt der Zweckbestmmung Ortsveränderung von Gütern n belebg großen Arbetsräumen - Arbetsmaschnen mt der Zweckbestmmung toffbearbetung, toffverarbetung und toffaufberetung verbunden mt der Ortsveränderung deser toffe (z. B. Planerraupen, traßenhobel, Grabenfräsen, de auch für Ortsveränderung von Gütern genutzt werden, prmär jedoch snd de Bearbetungsverfahren deshalb Baumaschnen) De allgemene Zweckbestmmung der ördermaschnen läßt sch we folgt formuleren: ördermaschnen denen der Ortsveränderung belebg aufgenommener bzw. bestmmter gewonnener Güter n begrenzten Arbetsräumen..3 Hauptgruppen der ördermaschnen Nach der Hauptarbetsbewegung des Gutaufnahmemttels unterschedet man zwe Hauptgruppen von ördermaschnen (Tafel.5) - Unstetgförderer gekennzechnet durch aussetzende Arbetsbewegung, unterscheden durch knematsche truktur - tetgförderer gekennzechnet durch dauernde Arbetsbewegung, unterscheden nach hrem physkalschen Wrkprnzp. Dazu kommt ene drtte Gruppe: - Gewnnungsmaschnen, gekennzechnet durch de unktonen Lösen und Aufnehmen des geschütteten oder gewachsenen Gutes Ortsveränderung des gewonnen chüttgutes.

11 5.4 Entelung der Unstetgförderer Nach Tafel.6 lassen sch de Unstetgförderer n sechs knematsche trukturgruppen untertelen, nach der Hauptarbetsbewegung des Gutaufnahmemttels. Hauptarbetsbewegung de n chtung der größeren Ausdehnung des Arbetsraumes verlaufende. Mehrere Hauptarbetsbewegungen exsteren dann, wenn der ührungsmechansmus des Gutaufnahmemttels mehrere Arbetsbewegungen glecher Größenordnung zuläßt. Bespel Brückenkran: Hubbewegung, Katzfahrt, Brückenfahrt..5 Entelung der tetgförderer De Entelung erfolgt nach dem physkalschen Wrkprnzp (Tafel.7). Mest verläuft de Hauptarbetsbewegung der tegförderer lnenförmg. De physkalschen Wrkprnzpe - ebungs- und ormschluß zwschen Gut und Aufnahmemttel - Kraftfeldwrkung am Gut - Allsetge Druckfortpflanzung m ördermedum (lud) sowe de dre möglchen Zweerkombnatonen aus desen führen zu sechs Prnzpgruppen der tetgförder..6 Entelung der Gewnnungsmaschnen Es st zu unterscheden zwschen der Gewnnung von natürlch gewachsenen und künstlch geschütteten Gütern: - Gewachsene Ablagerungen haben wesentlch größere chnttwderstände als geschüttete Güter - Natürlch gewachsene Lagerstätten haben mest größere Ausdehnung als chüttgutlagerstätten

12 6 Daraus resulteren de Unterschede zwschen - Baggern: große chnedkräfte, große Arbetsräume - Ladern: gernge chnedkräfte, klenere Arbetsräume. Unterschedung der Gewnnungsmaschnen nach geometrschem und zetlchem Verlauf der Hauptschnedbewegung (Tafel.8): - stetg umlaufend m Dauerbetreb - unstetg umkehrend m Kurzzetbetreb auf jewels - geradlngen Bahnen - kresförmgen Bahnen - Koppelkurven. Bagger errechen m Lockergesten hre Lestungsgrenzen. De Gewnnung von estgesten erfordert spezelle Maschnen, de ncht als ördermaschnen bezechnet werden (Bergbaumaschnen). Von den Bagger- und Ladergruppen haben sch n der Praxs nur de chwngenbagger ncht durchgesetzt..7 Zur technschen Berechnung der ördermaschnen Zentrale Aufgabe der funktonstechnschen Berechnung der ördermaschnen: - Bestmmung der Antrebslestung für de Arbetsbewegungen, nsbesondere n Abhänggket von den Bewegungswderständen gegen de Hauptarbetsbewegung. - Grundlage der Berechnung: physkalsches Wrkprnzp der ördergutbewegung. - De funktonstechnsche Berechnung der enzelnen ördermaschnengruppen st zwar grundsätzlch verscheden (sehe Entelung), nnerhalb deser Gruppen läßt sch de Berechnung aber verenhetlchen. - De ystematk von Konstrukton und Berechnung der ördermaschnen snd das tragende Gerüst für das Lehrgebet. - Von den technschen Grundwssenschaften haben de Konstruktonswssenschaften und de Technsche Mechank mt de größte Bedeutung. - Ene moderne pezalrchtung deser Grundwssenschaft stellt de Betrebsfestgket dar. Ihre Anwendung für de Auslegung von ördermaschnen st schon wet entwckelt.

13 7 - De wssenschaftlche Durchdrngung des örderprozesses (Materalflußprozesses) st heute en egenständges achgebet (Logstkprozesse, Materalflußlehre). e muß der Berechnung der ördermaschnen vorausgehen..8 Grundlagen der Betrebsfestgket - Betrebsfestgket st enes der Telgebete der Ermüdungs- bzw. chwngfestgket. - Betrebsfestgket bezechnet en achgebet der estgketslehre, das den Zusammenhang zwschen dem betreblchen Beanspruchungsprozeß und dem chädgungsverhalten von Bautelen erforscht, beschrebt und n Bemessungsregeln faßt. - Hauptzel des Betrebsfestgketsnachweses: Voraussage für de Nutzungsdauer (ertragbare Betrebsdauer) enes Bautels be der zu erwartenden Betrebsbeanspruchung. Dre Voraussetzungen nötg: - repräsentatve Angaben zum Beanspruchungskollektv - expermentell ermttelter funktonaler Zusammenhang zwschen der ertragbaren Betrebsdauer und der chwngbeanspruchung mt konstanter Ampltude (Wöhlerlne) oder veränderlcher Ampltude (Betrebsdauerlne) - Aufstellung ener egel zur quanttatven Erfassung des durch de Beanspruchung hervorgerufenen Ermüdungsschadens (chadensakkumulatonshypothese) (Weteres sehe Lteratur [0.]). Elemente der mechanschen Ausrüstung Zu den wchtgsten typschen Bautelen fördertechnscher Maschnen, de kene allgemenen Maschnenelemente (Wellen, Lager, Kupplungen, Getrebe u. a.) darstellen, gehören: - Drahtsele und eltrebelemente, we ollen, Trommeln, Trebscheben - Ketten und Elemente der Kettentrebe - Mechansche Bremsen - Laufräder und chenen. Drahtsele

14 8.. unkton und Ensatz Drahtsele übertragen Zugkräfte (Bld.) - m Zustand der uhe: stehende ele (Tragsele von elbahnen, Abspannsele u. a.) - m Zustand der Bewegung: laufende ele (Hubsele be Kranen, Aufzügen und chachtförderanlagen, Zugsele be elbahnen u. a.) Ensatzgebete: Hebezeuge, chachtfördermaschnen, Aufzüge, tetgförderer, Bagger u. a. Vortele (gegenüber Ketten): - gernge Masse be großer Bruchlast, - nfolge hres Aufbaus aus velen, nebenenander legenden (verselten) Enzeldrähten gerngen Durchmessers Versagen der ele durch glechzetges eßen aller Enzeldrähte unwahrschenlch, - stoßfreer Lauf auch be großen Arbetsgeschwndgketen. Nachtele (gegenüber Ketten): - Korrosonsanfällgket nfolge großer Oberfläche der Enzeldrähte, - Große Umlenkdurchmesser nfolge Begestefgket, - Empfndlchket gegen hohe Temperaturen (chmerung der ele versagt)... Aufbau und Egenschaften Der Aufbau und pannungszustand der ele snd komplzert Anpassung an deren Ensatz erforderlch. Aufbau:.) eldraht: und- oder ormdraht aus tahl (DIN 078 und 779), mest verznkt, d 0, bs 5 mm Drahtfestgketen: σ zb 370; 570; 770; 960 N/mm.) Ltze: De Ltze besteht aus ener Ltzenenlage und ener oder mehreren Lagen von unddrähten (Bld.). Enlagen aus Natur- oder Chemefasern schaffen ene elastsche tützung der Ltzen und spechern den chmerstoff zur Herabsetzung der ebung. tahlselenlagen erhöhen zwar de Querstefgket der ele, aber be Verlust der Innenschmerung und der elastschen tützung. De unddrähte snd um de Ltzenenlage (. Verselvorgang) schraubenlnenförmg verselt. - Querschnttsformen der Ltze: undltze lachltze Drekantltze - chlaglänge und chlagwnkel der Ltze (Bld.3): De chlaglänge l der Ltze st de Ganghöhe der schraubenlnenförmg legenden Außendrähte:

15 9 3.) ele tanα d D π / l (.) Der chlagwnkel α der Drähte ener Drahtlage ergbt sch aus der Abwcklung der Drähte nach Bld.3. - chlagrchtung (Bld.3): De chlagrchtung der Ltze st de Wndungsrchtung der Drähte n den Drahtlagen. De Drähte aller Lagen n der Ltze werden stets n derselben chtung geschlagen: rechtsgängg (z) lnksgängg (s) - Verselungsarten der Ltze: Parallelverselung (Parallelschlag) De Drähte aller Lagen der Ltze legen zuenander parallel. e haben n allen Lagen gleche chlaglänge und gleche chlagrchtung. De Drähte haben gruppenwese entsprechend hrer Lage m Querschntt der Ltze verschedene Durchmesser Lnenberührung der Drähte aufenander legender Drahtlagen. Querschnttsformen (Bld.4): ller eale Warrngton Warrngton-eale Alle Drähte der Ltze werden n enem enzgen Arbetsgang verselt. tandardverselung (tandardschlag) Gleche chlagrchtung der Drähte n allen Lagen der Ltze glecher chlagwnkel, aber ungleche chlaglänge. Damt überkreuzen sch dre Drähte benachbarter Lagen und berühren sch punktförmg. Das Verselen der enzelnen Drahtlagen erfolgt n getrennten Arbetsgängen. De Drähte haben glechen Drahtdurchmesser (nur Kerndraht dcker bessere Auflage für Drähte der. Lage. Verbundltze Kombnaton von Parallel- und tandardverselung. Durch den Verselvorgang erhalten de Drähte bzw. Ltzen ene schraubenförmge Lage n der Ltze bzw. m el. Nach Anzahl der Verselprozesse unterschedet man en-, zwe- und drefach verselte Drahtsele. - Enfach verselte Drahtsele (Bld.5, Tabelle.) Dese ele bestehen nur aus ener Ltze und werden als pralsele bezechnet, obwohl chraubenlne vorlegt. Um hre Drehnegung zu verrngern, werden bem pralsel (m Gegensatz zur Ltze) de aufenanderfolgenden Drahtlagen mt jewels entgegengesetzter chlagrchtung verselt. pralsele haben enen hohen üllungsgrad f:

16 0 AM f (.) A A M metallsche Querschnttsfläche A elquerschnttsfläche (umschrebener Kresquerschntt) f 0,75 bs 0,90, ele weng begsam, jedoch Übertragung großer Zugkräfte. Halb- und vollverschlossene pralsele haben ene Außenlage aus ormdrähten. Dadurch glatte Oberfläche und gernge Korroson. Egnung als stehende ele (Tragsele). Vollverschlossene ele haben Durchmesser von 8 bs 50 mm und maxmale Bruchkräfte bs 5 MN. - Zwefach verselte Drahtsele En el besteht m allgemenen aus mehreren Ltzen, de n ener oder mehreren Lagen schraubenlnenförmg um ene Enlage verselt snd, sogenannte Ltzensele (Bld.5, Tabelle.), (zweter chlagvorgang). Ltzensele snd begsamer als pralsele und snd deshalb als bewegte ele geegnet. Der üllgrad beträgt: f 0,46 bs 0,5. Entelung der elarten (Bld.6, Tabelle.) undltzensele vor allem verwendet, eldurchmesser d Drekantltzensel verlert an Bedeutung lachltzensel Brete b, Dcke s Verwendung be chachtförderanlagen und Trebschebenantreb. undltzensele: chlaglänge: Ganghöhe der schraubenlnenförmg legenden Außenltzen chlagwnkel: chlagwnkel β der Ltze ener Ltzenlage ergbt sch aus der Abwcklung der Ltzen chlagrchtung: rechtsgängg (Z) lnksgängg () chlagarten (Bld.7) Kreuzschlagsele: chlagrchtung der Drähte n den Ltzen st entgegengesetzt der chlagrchtung der Ltzen m el: rechtsgängg (sz) lnksgängg (z) Vortele: gerngerer Drall Nachtele: gerngere Lebensdauer, da schlechtere Auflageverhältnsse.

17 Glechschlagsele: Gleche chlagrchtung der Drähte n den Ltzen und der Ltzen m el rechtsgängg (zz) lnksgängg (s) Vortele: bessere Auflageverhältnsse, höhere Lebensdauer Nachtele: Negung zum Aufdrehen pannungsarmes el: Herstellung nach besonderen Verfahren Drehungsfrees el: durch Konstrukton und Herstellung beenflußbar. Moderne elkonstruktonen bestzen heute durch den Ensatz nachgezogener Ltzen enen weter erhöhten üllgrad. Zwschenenlagen aus Polymeren, n de en chmerstoff engearbetet st, können das el weter stablseren, schleßen lankenberührung der Ltzen aus, verhndern das Endrngen von chmutz und Wasser und dämpfen dynamsche elkräfte (Blder.8 und.9). - Besondere elkonstruktonen ele, de besonders begsam sen müssen (z. B. chffssele), werden drefach verselt und als Kabelschlagsele bezechnet (Bld.6). Wetere besondere elkonstruktonen stellen de lechtsele und de lachsele dar (Tabelle.)...3 Beanspruchung, Dmensonerung und Lebensdauer der Drahtsele.) Beanspruchung De ele wesen wegen hres besonderen Aufbaus (chraubenlne) komplzerte pannungsverhältnsse auf. Es werden unterscheden: - Prmärspannungen pannungen, de auch n unverselten, parallel legenden Drähten auftreten würden. Dazu gehören: Ideelle Zugspannung 4 σ z A f A f d π M (.3) σ A d z M deelle Zugspannung elkraft metallsche Querschnttsfläche eldurchmesser d π A M f (.4) 4

18 f A A M pralsele: f 0,75 Ltzensele: f tatsächlche Zugspannung σ β > z σ z Begespannung σ b nfolge Krümmung des els bem Lauf über elrollen (Bld.0) d σ b E (.5) d d Drahtdurchmesser d ollen - bzw. Trommeldurchmesser E Elastztätsmodul Der E-Modul der ele st nfolge Verselung (Wnkel α und Wnkel β) ncht lnear, sondern spannungs- und zetabhängg. Defnton enes mttleren E-Moduls E m : pralsel: E m, N/mm² Ltzensel ohne Hanfenlage: E m,0,5 0 5 N/mm² Ltzensel mt Hanfenlage: E m 0,7, N/mm² E-Modul vontahl: E,5 0 5 N/mm² - ekundärspannungen pannungen aus dem Verselvorgang Pressungen, Druck- und chubspannungen an den Berührungspunkten des eles mt den elrllen und an den Berührungsstellen der Drähte nnerhalb des els (elkonstrukton) Begespannungen an Kreuzungspunkten der Drahtlagen.) Betrebsdauer (Lebensdauer) De tatsächlche Beanspruchung der Drahtsele st unter den Betrebsbedngungen der Hebezeuge so groß, daß de ele nur ene begrenzte Lebensdauer errechen. Enflußfaktoren: - Lebensdauer verrngert sch mt dem Quadrat der Zugbelastung - Lebensdauer verrngert sch mt der Zahl der Begewechsel (vor allem be chtungsänderung der Begewechsel Gegenbegewechsel) - Lebensdauer wächst mt dem Quadrat der ollen- bzw. Trommeldurchmesser (Anpassung der llenform an eldurchmesser beachten) - Lebensdauer st be Parallelschlag der ele besser als be tandardschlag (Kreuzschlag) - Lebensdauer verrngert sch mt wachsender Drahtfestgket (Nennfestgket σ z ). Üblche Drahtfestgketen: σ zb 570, 770, 960 N/mm² mest verwendet: σ B 570 und 770 N/mm² (früher: σ zb 60, 80 und 00 kp/mm²)

19 3 - Gute Wartung und chmerung erhöht wesentlch de Lebensdauer; Korrosonsschutz wrd durch Verznken errecht. 3.) Dmensonerung Nach DIN 305 glt: - Nennfestgket der Drähte: echengröße für de Bestmmung der Bruchkraft der ele: σ z n N/mm² - echnersche Bruchkraft r n kn Produkt aus metallscher Querschnttsfläche A M und der Nennfestgket des Enzeldrahtes σ B r AM σzb n kn (.6) 000 σ zb n kn/mm DIN-Angaben AM n mm - Ermttelte Bruchkraft e n kn umme der enzeln m Zugversuch festgestellten Bruchkräfte aller Drähte des els - Wrklche Bruchkraft w n kn Durch Zerreßen des eles m ganzen trang festgestellte Bruchkraft - Verselverlust Dfferenz zwschen ermttelter und wrklcher Bruchkraft, Angabe n %. - Verselfaktor k Erfahrungswert, der denverselverlust berückschtgt. Je nach elart und Konstrukton: k 0,90 0,73 - Mndestbruchkraft mn n kn mn k (.7) r Nach DIN 500 erfolgt de Berechnung der ele für eltrebe von Kranen (ncht gültg für Trebschebenaufzüge, Bagger, Aufzüge, elbahnen) - Berechnung der ele für eltrebe von Hebezeugen jeder Art: De verschedenen Enflüsse auf de elbeanspruchung und Lebensdauer n der verenfachten Berechnung werden folgendermaßen berückschtgt (verenfachte Betrebsfestgketsberechnung): Betrebswese durch Entelung n Trebwerksgruppen eldurchmesser durch Bewert c elrollen und Trommeldurchmesser durch Bewert h h elrllenform - Entelung n Trebwerksgruppen maßgebend: Mttlere Laufzet je Tag n h bezogen auf Jahr Laufzetklasse V elatve Häufgket der größten, mttleren und klensten Lasten (Lastkollektve): lecht, mttel, schwer Aus desen Enflußfaktoren ergeben sch de Trebwerksgruppen nach Tabelle.3.

20 4 - Berechnung des eldurchmessers d mn d mn c n mm (.8) n N - rechnersche elzugkraft Der Bewert c nach DIN 500 ergbt sch aus: ν c n mm/ N π k f σ zb 4 (.9) ν - erforderlcher Verhältnswert zwschen rechnerscher Bruchkraft r des els und der rechnerschen elzugkraft - cherhetskennzahl σ zb - Nennfestgket der Enzeldrähte De Bewerte c können der Tabelle.4 entnommen werden. - Herletung des Bewertes c: mn k AM σzb k f d π σ erfν 4 d mn erfν π k f σ 4 zb c zb (.0) (.) - Hnwese zur Verwendung der Drahsele (Bld.) nd Drahtsele mechanschen Beschädgungen ausgesetzt (starker Verscheß, Korroson), snd elkonstruktonen mt dckeren Außendrähten n den Ltzen zu verwenden. Da Drahtsele mt Ltzen n Parallelverselung ene höhere Auflegezet errechen, snd Parallelschlagsele n Trebwerksgruppen mt schwerem Betreb enzusetzen. In eltreben werden sonst allgemen Kreuzschlagsele verwendet. (Be den höheren Auflegezeten der Glechschlagsele st zu beachten, daß be hnen en höheres Drehmoment auftrtt.) Be paarwese angeordneten elen (z. B. Greferschleß- und -haltesele) st jewels de gleche Anzahl von Drahtselen glecher Konstrukton n rechtsgängger und lnksgängger chlagrchtung zu verwenden. Ist de Last an enem trang aufgehängt und ncht geführt, müssen drehungsfree bzw. drehungsarme ele verwendet werden (be großen Hubhöhen auch be mehrsträngger Lastaufhängung - Turmdrehkrane). Glechschlagsele snd für eltrebe nur n spannungsarmer Verselung zu verwenden. Hnwese zur Überwachung der Drahtsele m Betreb und zur Ablegrefe snd n DIN 500, Blatt festgelegt.. Elemente von eltreben

21 5 Das Drahtsel erfordert besondere Elemente zur Enletung der Kräfte, zur ührung, zur Umlenkung und zum Antreb. e snd so auszublden, daß kene Beschädgungen bzw. kene unzulässgen Beanspruchungen auftreten... elbefestgungen elenden können nur kraftschlüssg, entweder mtenander oder mt anderen Maschnentelen, verbunden werden. Be Ltzenselen snd pleßverbndungen möglch. Klemm- und Kelverbndungen snd be allen elkonstruktonen möglch. elendlosverbndungen werden durch de auftretenden Pressungen stets stärker beansprucht als das Drahtsel selbst. Das muß m cherhetsbewert ν berückschtgt werden. - pleßverbndungen Bem pleßen wrd en tück des elendes aufgelöst und mt enem anderen elstück verbunden. Es werden Kurzspleß (Bld.) und Langspleß (Bld.3) unterscheden (DIN 3089, Bl. und Bl. ). - Klemmverbndungen Verschedene Klemmverbndungen zegt Bld.4. Verwendung, zusätzlche elbeanspruchung (Pressungen) und wetere Lösungen dazu sehe n [0.]... elrollen und eltrommeln elrollen denen der schonenden elumlenkung. Nach DIN 500/ glt für dmn (bezogen auf elmtte) dmn h h dmn (.) De Bewerte h und h snd der DIN zu entnehmen. Bewert h : berückschtgt denenfluß der Begebeanspruchung n Abhänggket vom elrollendurchmesser Er wächst mt der eltrebgruppe an und st außerdem von der elkonstrukton abhängg: h,... 3,5 für elrollen h für Ausglechsrollen Bewert h : berückschtgt de Begerchtung m eltreb. Er st von der Anordnung des eltrebes abhängg und beträgt: h...,5 dmn - errechneter mnmaler eldurchmesser Bemessung der elrllen Da de elauflegezet mt abnehmender Pressung zwschen Drahtsel und lle wächst, soll der llenhalbmesser r dem elnenndurchmesser d gut angepaßt sen. Es glt daher als Mndestwert

22 6 r 0,55 d De llenprofle für elrollen snd nach DIN 506 Tel genormt. In DIN 506 snd de Abmessungen der elrollen festgelegt (Zuordnung von elrollen-nenndurchmesser, Achsdurchmesser und Nabenbrete (Bld.5)). eltrommeln denen dem elantreb be glechzetger elspecherung. We be den elrollen glt: d Tmn h h d mn (.3) mt den Bewerten h und h nach DIN 500/: h h De llenprofle (vergl. Bld.6) snd n DIN 506, Tel festgelegt. Bewckelte Trommellänge: lt lt zw s (.4) zw - erforderlche Wndungszahl für de aufzuwckelnde ellänge l s - llenstegung Erforderlche Wndungszahl z: l z + (...3) d π T (.. 3) - cherhetswndungen auf der eltrommel (.5) Trommelwanddcke: Beanspruchungen: - Drehmomentübertragung - Begebeanspruchung durch ablaufendes el (ele) - Druckbeanspruchung nfolge elumschnürung (Druck und Begung) Berechnung sehe [0.]. Übertragung des Drehmomentes durch spezelle Trommelkupplungen [0.]...3 laschenzüge Der elflaschenzug dent der Übersetzung der Hublast. Zelstellung: - Mnmerung der maxmalen elkraft gernge eldurchmesser, gernge ollendurchmesser - nnvolle Anordnung des Lastaufnahmemttels. Dabe vergrößert sch der Lastweg, da de mechansche Arbet W const sen muß.

23 7 Der laschenzug stellt dabe de Verbndung zwschen dem Hubwerk und dem Lastaufnahmemttel her. Bem laschenzug läuft das el abwechselnd über elrollen ener festgehaltenen (Oberflasche) und ener beweglchen lasche (Unterflasche) feste und lose ollen. - Enfacher laschenzug - Zwllngsflaschenzug.) Enfacher laschenzug Nachtele: - Last wandert mt elablauf von der Trommel be Ausführungen nach Bld.8 - Be ungefähr glecher maxmaler elkraft snd doppelt so vele Umlenkungen erforderlch we be enem Zwllngsflaschenzug nach Bld. elablenkung: ϕ < 4 (eventuell gesonderte Untersuchung). Mest kr tsch: obere Hakenstellung Übersetzung enes laschenzuges: Anzahl z z z u T u der elstränge zur bewegten lasche (Unterflasche) Zahl z der aufgetrommelten ele T (.6) Bem enfachen laschenzug beträgt zt. Berechnung der maxmalen elkraft max und des laschenzugwrkungsgrades H für den all "Last-Heben" tatsche elzugkraft ohne Berückschtgung von Verlusten: 0 Be Berückschtgung von Verlusten - maxmale elkraft: max H H - laschenzugwrkungsgrad m all: Last-Heben Defnton von H : 0 H max max (.7) (.8) (.9) Abletung von H (Bld.8): Glechgewcht n vertkaler chtung (Wnkel ϕ vernachlässgt) lefert:

24 8. z (.0) Mt als ollenwrkungsgrad (ollenlagerung, elbegung) glt: z max 3 ; ; (.) Damt folgt aus Gl. (.0): (.) Mt max folgt aus (.): [ ] max (.3) Klammerausdruck: geometrsche ehe der orm u n z n x a x a x a x a a ; ; mt ; ; ; ; De umme der ersten n Gleder der ehe beträgt: n x x a (.5) Damt folgt aus Gl. (.3): max (.5) bzw. für den Wrkungsgrad H : H (.6) De maxmale elkraft m all "Last-Heben" beträgt entsprechend Gl. (.8): max (.7) Be weteren, ncht zum laschenzug gehörenden festen ollen muß zur Ermttlung der maxmalen elkraft * max an deren Ablaufstelle wederum durch dvdert werden. Be z f solcher ollen glt: f z f H z max * max (.8) ür den ollenwrkungsgrad kann angenommen werden: Wälzlagerung: 0,98 Gletlagerung: 0,96

25 9 Wetere Bauformen von laschenzügen zegt Bld.9. Aus Bld.0 kann de Größe von H n Abhänggket von und ermttelt werden. Auch der all "Last-enken" muß untersucht werden, wenn z. B. be Auslegerkranen de Gefahr besteht, daß de Gewchtskraft des leeren Hakens durch de Verluste ncht ausrecht, das el durch den laschenzug zu zehen (sehe [0.]). laschenzugwrkungsgrad für den all "Last-enken": Nach Bld. glt: tatsche elzugkraft ohne Berückschtgung von Verlusten analog Gl. (.7) 0 Be Berückschtgung von Verlusten - mnmale elkraft: mn z (.9) Defnton von : mn mn 0 (.30) Das Glechgewcht n vertkaler chtung (Wnkel ϕ vernachlässgt) lefert analog Gl. (.0) bzw. z z ; 3 z ; ; z Damt folgt aus Gl. (.0) z z z bzw. mt z : z z ( ) ( ) ( ) ür de umme des Klammerausdruckes glt analog Gl. (.4): ( ) (.3) (.3) (.33) (.34) und damt: mn bzw. für den Wrkungsgrad : (.35)

26 0 De mnmale elkraft m all Last-enken beträgt dann: mn (.36) (.37).) Zwllngsflaschenzug Vortele: - ymmetrsche Lastaufhängung, ken Lastwandern be Hub- bzw. enkbewegung - be glechem Wrkungsgrad und glecher laschenzugübersetzung annähernd nur halbe maxmale elkraft gegenüber Enfachflaschenzug - Zahl der elumlenkungen halbert Der Zwllngsflaschenzug kann n zwe enfache laschenzüge zerlegt werden (Bld.), wenn de sogenannte Ausglechsrolle, de nur gernge Ausglechsbewegungen des els zwschen den symmetrschen elhälften ausführt, durch zwe estpunkte ersetzt wrd. Übersetzung zu zu zt (.38) laschenzugwrkungsgrad nach Gl. (.6) we bem enfachen laschenzug. Maxmale elkraft max H (.39) Bld.3 zegt de Trommel enes Zwllngsflaschenzuges...4 elablenkung an elrollen und eltrommeln We de Blder.8 und. zegen, entstehen n eltreben elablenkungen ϕ, wenn das el von der Trommel zu Umlenkrollen bzw. von ollen der Unterflasche zur Oberflasche geführt wrd. Der elablenkwnkel ϕ muß klener als 4 sen, sonst läuft das el von der ollen- bzw. Trommelrlle ab. ür de Grenzstellungen der Unterflasche snd de maxmal auftretenden Ablenkwnkel zu untersuchen und gegebenenfalls konstruktv Abänderungen vorzunehmen. Genauere Untersuchungen dazu sehe [0.].

27 ..5 Trebscheben Trebscheben denen dem Antreb endloser ele bzw. an beden Enden mt Maschnentelen verbundener ele ohne elspecherung. De Antrebskraft wrd auf dem Umlenkbogen durch ebschluß übertragen (kraftschlüssger Antreb). Es werden unterscheden: - Enfache Trebscheben mt llenfutter (hohe ebungszahl µ 0 ) - onderkonstruktonen Bespel: Trebschebenantreb enes Aufzuges - untersuchter all: Heben des vollen ahrkorbes. Verenfachende Annahmen: - Massenkräfte vernachlässgt - elmasse vernachlässgt - estlegung der Gegenmasse m G : mn m G me + (.40) m E - ahrkorbegenmasse m N - Nutzmasse Damt ergeben sch de elkräfte aus Bld.4 zu: I E, N ( me + mn ) g (.4) II G m G g m E m + N g (.4) Kraftverlauf m el über dem Umlenkbogen Das Kräfteglechgewcht an enem dfferentell klenen elelement dα (Bld.5) lefert de Bestmmungsglechung für de Übertragungsfähgket unter folgenden verenfachenden Annahmen: - dehnstarres el (unelastsch) - begeschlaffes el - µ const und wurde von Euler sowe von Eytelwen abgeletet. Glechgewcht n tangentaler chtung: dα dα ( + d ) cos cos + dt d d cos α d t Glechgewcht n radaler chtung: dα ( + d ) sn dn Mt d µ folgt: t d n (.43) (.44) (.45)

28 dα µ dn d cos dα dα d cos µ ( + d ) sn Näherungswese kann gesetzt werden: dα cos dα dα sn dα d 0 und es folgt: d µ dα Nach Integraton über den Nutzwnkel α n : I II ln ln II d ln µ I II I II µ α e I µα n α n 0 dα µ α bzw. für α α n : I II µα e α α r + α n (.48) α r - uhewnkel n n Eytelwen' scheglechung Übertragbare Umfangskraft : µα e U max bzw.: I e e µα U max µα II I ( ) II kii II k I I (.46) (.47) (.49) (.50) Bld.6 zegt de Trebfaktoren k I und k II n Abhänggket von µ und α und Bld.7 den Verhältnswert k e µα (Übertragungsfähgket). chlußfolgerungen aus der Eytelwen'schen Glechung (Eytelwen: 764 bs 848; Euler: 707 bs 783): - II 0 (pannkraft erforderlch) - Übertragungsfähgket nur von µ und α abhängg (ncht z. B. von D T ) - Es wrd nur der erforderlche Umschlngungswnkel α n (Nutzwnkel) ausgenutzt

29 3 - Abnahme der elspannung m Nutzbogen führt zur Verrngerung der elastschen Dehnung m el und damt zu ener chlupfbewegung (Dehnschlupf) mt der elatvgeschwndgket v v I - v II entgegen der Drehbewegung. Deshalb baut sch der Nutzwnkel ebenfalls von der Ablaufstelle II (telle mt der kleneren elkraft) auf. v... %. - Eytelwen'sche Glechung: Glechung ener logarthmschen prale (Bld.5). Maßnahmen zur Vergrößerung der Trebfähgket - µ 0 durch spezelle llenfutter vergrößert z. B. PVC-Belag max µ 0 0,3 - chenbare Vergrößerung von µ 0 durch besondere llenformen (tatsächlch: Vergrößerung der Anpreßkraft - sehe "Unstetgförderer", Abschntt "Aufzüge" und Bld.8. ür de Kelrlle glt z. B.: µ µ 0 /(sn γ/) - Vergrößerung von α Eventuell mehrere Umschlngungen durch Gegenschebe (Bld.7 - α 360 ). - Vergrößerung von II Da sch mt II auch I vergrößert, wrd deser Weg ncht beschrtten.