AIF Forschungsprojekt N Lebensdauer und Ablegereife von Edelstahlseilen beim Lauf über Seilscheiben

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1 Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking Seite: 1 AIF Forschungsprojekt N und Ablegereife von Edelstahlseilen beim Lauf über scheiben Dr.-Ing. Silke Schönherr Einleitung Nichtrostende Stahlseile, meist aus Drähten des Werkstoffs , kommen dann in trieben als über Scheiben laufende e zum Einsatz, wenn erhöhter verschleiß durch Korrosion aufgrund von aggressiven Umgebungsbedingungen vorliegt oder zu erwarten ist oder bzw. und wenn besondere Anforderungen an die Reinheit der e gegeben sind. Unabhängig vom Drahtmaterial werden an laufende e sicherheitsrelevante Anforderungen nach ausreichender und rechtzeitiger Erkennung der Ablegereife gestellt bevor ein gefährlicher Zustand für Menschen und Sachwerte entsteht. Während die von en aus Drähten aus unlegiertem Kohlenstoffstahl für genormte und häufig eingesetzte konstruktionen gut erforscht ist, vgl. [Feyrer 2000] u.v.m., fehlen für eine Abschätzung der und Ablegereife von laufenden nichtrostenden en von nichtrostenden Stahlseilen theoretische und empirische Grundlagen. Ziel des Forschungsvorhabens war es, diese Wissenslücke zu schließen. Das Forschungsvorhaben Nr N Laufende Edelstahlseile wurde im Programm zur Förderung der "Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie BMWi über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Industrievereinigungen Otto von Guericke e.v. (AiF) gefördert. Fachlich begleitet und unterstützt wurde das Forschungsvorhaben vom Projektbegleitenden Ausschuss, der sich aus Mitgliedern der Technischen Kommission der Drahtseil-Vereinigung e.v. zusammensetzt. Zielsetzung und Vorgehensweise Ziele des Forschungsvorhabens waren die Durchführung einer breiten Grundlagenuntersuchung zur Ermittlung der und Ablegereife von laufenden nichtrostenden Stahlseilen, Erarbeitung einer gleichung für laufende Edelstahlseile zur Prognose der lebensdauer und die Untersuchung der Ablegekriterien bei laufenden Edelstahlseilen. Im Fokus des Forschungsvorhabens standen umfangreiche Versuchsreihen zur Schaffung einer Datenbasis für die spätere Ableitung einer gleichung für nichtrostende Stahlseile.

2 Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking Seite: 2 Im Rahmen des Versuchsprogramms wurden dauerbiegeversuche in Luftumgebung sowie punktuelle Versuche in einer NaCl-Wasser Umgebung durchgeführt. Damit wurden die und die Ablegereife von ausgewählten Versuchsseilen unter Variation der lebensdauerbestimmenden Einflussparameter untersucht. Ergebnisse Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden 124 Dauerbiegeversuche durchgeführt. Auf der Basis dieser Versuchsergebnisse wurden wesentliche Ergebnisse - beispielsweise zur minderung im Vergleich zu Kohlenstoffstahlseilen und zum Einfluss der schmierung auf die lebensdauer - gefunden. Erwartungsgemäß weisen nichtrostende Stahlseile aus dem Werkstoff hinsichtlich der Schädigungsmechanismen und des Verhaltes gegenüber den Einflussparametern große Ähnlichkeiten zu en aus unlegierten Kohlenstoffstählen auf. Die Versuche zeigen eine deutlich geringere von nichtrostenden Stahlseilen im Vergleich zur mittleren von unlegierten Kohlenstoffstahlseilen nach Feyrer [Feyrer 2000], siehe Bild 1. Bruchbiegewechselzahl N *, d=14mm, D/d=40, 5, d=10mm, D/d=40, 1*, d=14mm, D/d=40, 5, d=10mm, D/d=40, 6, d=8mm, D/d=40, 1, d=14mm, D/d=25, 1*, d=14mm, D/d=25, 3, d=13mm, D/d=25, 4, d=12mm, D/d=25, 6, d=8mm, D/d=25, aufgefettet, Herst. B 1, d=14 mm, D/d=25, 1*, d=14 mm, D/d=25, 2, d=14 mm, D/d=25, 3, d=13 mm, D/d=25, 4, d=12mm, D/d=25, 6, d=8mm, D/d=25, Regression D/d=40, aufgefettet : 6x36 WS+SES, d=8-14mm, 1570 N/mm², sz, (* zs) KSS: 6x36 WS+SES, d=11mm, 1570 N/mm², sz Regression D/d=40, Anlieferungszustand Regression D/d=25, aufgefettet Regression D/d=25, Anlieferungszustand d=11mm, D/d=40, aufgefettet d=11mm, D/d=40, entfettet d=11mm, D/d=25, aufgefettet d=11mm, D/d=25,entfettet Durchmesserbezogene zugkraft S/d² [N/mm²] Bild 1: Bruchbiegewechselzahlen nichtrostender Stahlseile, Versuchsergebnisse und Regression, 6x36 WS, d=8-14mm Die von ungefetteten nichtrostenden Stahlseilen (Zustand in dem diese e üblicherweise angeliefert und eingesetzt werden) ist gegenüber entfetteten Kohlenstoffstahlseilen im Mittel um den Faktor 2-2,5 vermindert. Das bedeutet eine

3 Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking Seite: 3 mittlere minderung um 50-60% gegenüber der von Kohlenstoffstahlseilen nach Feyrer, vgl. [Feyrer 2000]. Die von ungefetteten nichtrostenden Stahlseilen ist gegenüber aufgefetteten Kohlenstoffstahlseilen (Zustand in dem diese e üblicherweise angeliefert und eingesetzt werden) im Mittel um den Faktor 10 reduziert. Dies bedeutet eine minderung um 90% gegenüber der von Kohlenstoffstahlseilen nach Feyrer, [Feyrer 2000]. Durch Auffetten wird die von nichtrostenden Stahlseilen im Durchschnitt in einer ähnlichen Größenordnung wie bei Kohlenstoffstahlseilen, vgl. [Müller 1966], - im Mittel um den Faktor 5 - erhöht. Die abnahmen über der zugkraft verlaufen bei drei untersuchten konstruktionen bei durchmessern zwischen 6 und 14 mm in einem ähnlichen Verhältnis wie bei Kohlenstoffstahlseilen nach Feyrer. Eine Ausnahme hiervon bilden die beiden untersuchten e mit sehr kleinen nenndurchmessern von 1,5 und 2 mm. Die nimmt bei sehr kleinen nenndurchmessern mit kleinen zugkräften sehr viel stärker zu. Gleiche und ähnliche konstruktionen zeigen geringe abweichungen und können in einer gemeinsamen Regression ausgewertet werden. Auf der Basis der abgeleiteten Regressionsgleichung sind prognosen für nichtrostenden Stahlseile mit ähnliche konstruktionen im Vergleich zu den untersuchten konstruktionsklassen und für weitgehend ähnliche Versuchsparameter mit den ermittelten Regressionskoeffizienten möglich. Mit den in den Dauerbiegeversuchen festgestellten äußerlich sichtbaren Drahtbruchzahlen wird die Ablegereife von nichtrostenden Stahlseilen bei Berücksichtigung der Ablegerdrahtbruchzahlen nach DIN bzw. nach ISO 4309 vor Eintreten des bruchs erkannt. Es ist anzunehmen, dass bei deutlich größeren Biegelängen als l=60d die genannten Ablegekriterien stets bereits bei 80% der lebensdauer erreicht werden. Eine Ausnahme bilden die drehungsfreien und drehungsarmen Spiralrundlitzenseile. Bei diesen konstruktionen können die Ablegedrahtbruchzahlen nach DIN sowohl bei en aus Kohlenstoffstahl als auch bei en aus nichtrostendem Stahl in vielen Fällen nicht angewendet werden, um den Ablegereifezeitpunkt sicher anzuzeigen. Die durchgeführten fraktographischen Untersuchungen (Tabelle 1) zeigen, dass die Drähte von nichtrostenden Stahlseilen denselben Schädigungsmechanismen wie Kohlenstoffstahlseile unterliegen. Die Bruchflächen der untersuchen Drähte weisen Schwingstreifen auf, die belegen, dass die Drähte durch Dauerschwingbrüche versagt haben.

4 Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking Seite: 4 Tabelle 1: Fraktographische Untersuchung der Drahtbruchenden 10% ungefettetes 50% ungefettetes 10% aufgefettetes 50% aufgefettetes

5 Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. K.-H. Wehking Seite: 5 Bei Einwirkung des korrosiven Medium NaCl-Wasser-Lösung tritt bei Dauerbiegeversuchen erst bei höheren Biegewechselzahlen > eine signifikante minderung auf. Im Einzelfall wurde die jedoch auf bis zu 23% gegenüber der in Luftumgebung reduziert. Mit dem durchgeführten Forschungsvorhaben konnten wesentliche Erkenntnisse und Grundlagen zur und Ablegereife von nichtrostenden en beim Lauf über scheiben gefunden werden. Zitierte Literatur [Feyrer 2000] Feyrer, K.: Drahtseile Bemessung, Betrieb, Sicherheit. 2 nd Edition, Springer Verlag Berlin 2000 [Müller 1966] Drahtseile im Kranbau. VDI-Bericht Nr. 98 und dhf 12 (1966) 11, S und 12, S Berichte und Publikationen zum Forschungsvorhaben Schlussbericht: Schönherr, S.: Endbericht zum AiF-Forschungsvorhaben Laufende Edelstahlseile (AiF-Forschungsvorhaben Nr N) Der Schlussbericht des Projektes kann bezogen werden beim Gemeinschaftsausschuß Kaltformgebung e.v. Kaiserwerther Str Düsseldorf Konferenzbeiträge: Vogel, W.; Schönherr, S.: Alternative Werkstoffe für Tragmittel in der Förder- und Materialflusstechnik, in: Logistics Journal 2007, ISSN und im Tagungsband des 3. Fachkolloquiums / WGTL, Wissenschaftliche Gesellschaft Technische Logistik, 22./23. Februar 2007, Hrsg. R. Bruns, Hamburg, ISBN Vogel, W.; Schönherr, S.; Wehking, K.-H.: Alternative wire material for suspension means used in goods handling and flow systems, OIPEEC Conference Proceedings, September 2007, ISBN: , p