Anforderungen an Tragmittel in der heutigen Aufzugtechnik. Dr.-Ing. Wolfram Vogel, Institut für Fördertechnik und Logistik - Universität Stuttgart

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1 Anforderungen an Tragmittel in der heutigen Aufzugtechnik Dr.-Ing. Wolfram Vogel, Institut für Fördertechnik und Logistik - Universität Stuttgart 1. Einleitung Im Grunde sind Treibscheibenaufzüge übersichtliche Maschinen mit wenigen rotatorisch bewegten Massen wie Motor, Treibscheibe etc. und wenigen translatorisch bewegten Massen wie Fahrkorb und Gegengewicht. Hinzu kommen Tragmittel, die den Fahrkorb und das Gegengewicht miteinander und diese mit der Treibscheibe über Reibung verbinden. Die Differenzkraft aus den Gewichtskräften von Fahrkorb und Gegengewicht muss vom Antrieb über die Reibung der Treibscheibenrillen auf das Tragmittel übertragen werden. Üblicherweise werden in Treibscheibenaufzügen als Tragmittel Stahldrahtseile eingesetzt. Alternative Tragmittel sind Ketten, Bänder, Riemen, Faserseile oder hybride Elemente. Berücksichtigt man nun, dass die einzelnen Baugruppen und ihre Eigenschaften darin sind auch Veränderungen und Modifikationen eingeschlossen - sich gegenseitig stark beeinflussen und zudem die sicherheitsrelevanten Anforderungen erfüllt werden müssen, zeigt die vormals übersichtliche Maschine Treibscheibenaufzug nun seine komplexe Gestalt. In Treibscheibenaufzügen kommen meist Stahldrahtseile als Tragmittel zum Einsatz. Die Lebensdauer von sogenannten laufenden Stahldrahtseilen ist im Labor und in der Praxis schon recht gut erforscht. Bei der Ablegereifeerkennung kann man sich auf bewährte Ablegekriterien stützen, wie z.b. eine zulässige Anzahl von äußerlich sichtbaren Drahtbrüchen auf Bezugslängen. Die Treibfähigkeit ist mit bewährten Methoden und Reibwerten gut beherrschbar und reagieren recht gutmütig auf Veränderungen der Umgebungsbedingungen. Als nennenswerte Alternativen zu dem Tragmittel Stahldrahtseil sind Flachriemen mit Stahlcordeinlagen, hochfeste Faserseile mit geschlossener Polyurethanummantelung, Faserseile mit geflochtenem Mantel und Stahldrahtseile mit extrudiertem Kunststoffmantel auf dem Markt gekommen. Im Bereich der Stahldrahtseile geht der Trend hin zu Stahldrahtseilen mit Seilnenndurchmessern d<8mm. Alle Tragmittelvarianten haben zum Ziel die Antriebsscheibendurchmesser zu reduzieren, um die Abtriebsmomente der Antriebe und damit die Kosten herunterzusetzen und zwar bei einer ausreichenden Tragmittellebensdauer. Hierbei darf nicht vergessen werden, dass bereits kleine Verringerungen des Durchmesserverhältnisses von Scheibe zu Tragmittel einschneidende Verringerungen der Seillebensdauer zur Folge haben, die durch andere Maßnahmen z.b. bei der Seilkonstruktion nicht oder nur unvollständig - unabhängig von der Kostenfrage - ausgeglichen werden können. Die Lebensdauer ist aber nur ein Teil der sicherheitsrelevanten Anforderungen. Die Frage nach der Ablegereifeerkennung der Tragmittel bleibt. In Betracht gezogen muss hier, dass neuartige Materialien wie z.b. Aramid- und Kohlefasern in den Tragmitteln eingesetzt werden, deren Schädigungsmechanismen und die Reproduzierbarkeit der Ablegereife mit wenigen Ausnahmen (5) nicht untersucht sind. Neue Methoden zur zuverlässigen Erkennung

2 2 der Ablegereife müssen und mussten bei den bereits eingeführten Faserseilen in Aufzugbau beschritten und in Dauerversuchen und Feldbeobachtungen verifiziert werden. Bei den Riemen als Tragmittel sind die tragenden Cords aus Stahlseilen kleinen Durchmessers oder aus Faserseilen hergestellt. Durch die Einbettung der tragenden Elemente in Polyurethan, Gummi etc. ist die klassische, visuelle Inspektion von Drahtbrüchen nicht mehr möglich. Erweiterte Verfahren wie z.b. die magnetinduktive Prüfung könnten bei Stahlcords zum Einsatz, wobei noch unklar ist, ob Drahtbrüche in den Riemencords wie gewohnt auftreten und ob nicht ein Versagen durch andere Mechanismen wie z.b. Reibverschleiß zwischen den Drähten und Fasern die Ausfallursache sein wird. Last but not least ist bei kunststoffummantelten Faserseilen und kunststoffummantelten Stahl- und Fasercords in Riemen die Berechnung der Treibfähigkeit nicht direkt übertragbar von den Stahldrahtseilen. Vielmehr ist, selbstverständlich in Abhängigkeit der Paarung Tragmitteloberfläche-Scheibe, im trockenen Zustand ein sehr hoher Reibwert und bei der in der Praxis auch in Aufzugschächten möglichen erhöhten Feuchtigkeit ein relativ kleiner Reibwert zu erwarten. Im ersten Fall ist ein Ziehen des leeren Fahrkorbs bei aufsitzendem Gegengewicht und im zweiten Fall ein Wegrutschen des Fahrkorbs denkbar. Die Eigenschaften der Kombination Tragmittel-Antriebsscheibe müssen deshalb unter den praxisrelevanten Umgebungsbedingungen z.b. auf Treibfähigkeitsprüfständen untersucht werden. Bisher und in den weiteren Ausführungen sind die Ausführungen zu den Tragmitteln sehr allgemein gehalten, da aus verständlichen Gründen firmeneigenes Know-How geschützt werden muss. Vielmehr sollen grundsätzliche Aspekte angesprochen und durch Bespiele belegt werden. Im Aufzugbau müssen hinsichtlich der Tragmittel die sicherheitsrelevanten Anforderungen ausreichende Lebensdauer, zuverlässige Erkennung der Seilablegereife, d.h. Erkennung des Zeitpunkts für den Seiltausch, und zwar rechtzeitig bevor ein gefährlicher Zustand eintritt, und ausreichende aber zugleich auch begrenzte Treibfähigkeit zweifelsfrei erfüllt werden. Diese sicherheitsrelevanten Anforderungen an Tragmittel in Treibscheibenaufzügen gelten praktisch schon immer und sind natürlich auch für die heutige Aufzugtechnik gültig. Dieser Aufsatz zeigt damit keine grundlegend neuen Anforderungen an Tragmittel auf, sondern soll helfen ihre Bedeutung für heute bewährte Tragmittel aber auch für bereits eingesetzte und für angedachte Tragmittelvarianten zu reflektieren. 2. Ausreichende Lebensdauer der Tragmittel für Treibscheibenaufzüge Beim Lauf der Tragmittel über Scheiben sind die Drähte und Fasern schwellend auf Biegung und Zug aber auch Pressung beansprucht. Der Lauf des Tragmittels ist nur deshalb leicht möglich, weil die Seildrähte und die Fasern gegeneinander verschiebbar sind. Durch diese Relativbewegung tritt aber an der Drähten und Fasern Verschleiß in verschiedenen Erscheinungsformen auf. Wegen dem Verschleiß der Drähte und Fasern kann selbst bei genauer Kenntnis aller Draht- und Faserspannungen die Lebensdauer nicht berechnet werden. Die Lebensdauer und

3 3 Ablegereife von Tragmitteln kann deshalb in Anlehnung an Stahldrahtseile vielmehr nur im Dauerbiegeversuch ermittelt werden. Dafür werden Dauerbiegemaschinen eingesetzt, die schematisch in Bild 1 dargestellt sind. Das Seil ist in der Dauerbiegemaschine um die Prüf- und die Seiltreibscheibe geschlungen. Durch die oszillierende Hin- und Herbewegung der Seiltreibscheibe läuft das Tragmittel auf die Prüfscheibe auf und ab, nimmt dabei die Zustände gerade gekrümmt gerade ein und wird damit durch Biegewechsel beansprucht. Während der Dauerbiegeversuche wird die Prüfscheibe über einen Hebel und starre Massen belastet, sodass im Tragmittel eine konstante Zugkraft wirkt. Die Biegefrequenz bei den Dauerbiegeversuchen soll so eingestellt sein, dass sich die Versuchsmuster auf nicht mehr als 50 C erwärmen. Im Labor des IFT werden die Dauerbiegeversuche üblicherweise bei Raumtemperatur, trockener Umgebung, Prüfscheiben mit Rundrillen, einem Rillenradius r=0,53xseilnenndurchmesser d und einem Rillenöffnungswinkel von 60 durchgeführt bis z.b. das Tragmittel Seil oder mindestens eine Seillitze gebrochen ist. Während der Dauerbiegeversuche werden die Versuche bei Biegewechseln entsprechend der Normzahlreihe R10 angehalten, um den Tragmittelzustand in regelmäßigen Abständen zu inspizieren. Bei diesen regelmäßigen Inspektionen werden bei Stahldrahtseilen Drahtbrüche auf Bezugslängen ermittelt, Durchmesser und sonstige Abmessungen gemessen und Veränderungen festgehalten, die zur Ermittlung der Ablegereife und Ablegereifekriterien herangezogen werden. Bild 1: Skizze einer IFT-Dauerbiegemaschine mit fliegender Prüfscheibe, [9] Die Biegewechselzahl bis zum Bruch bzw. der Seilablegereife ist von vielen Parametern abhängig, wie Seilzugkraft S, Verhältnis Scheibendurchmesser D zu Seilnenndurchmesser d, Seilkonstruktion, Seileinlage, Drahtnennfestigkeit R 0, Schmierung, Seilnenndurchmesser d,

4 4 Biegelänge l, Ablenkwinkel, Rillenform (Rundrille, Formrille), Schrägzugwinkel, Rillenwerkstoff, Art der Biegung (gleichsinnige Biegung, Gegenbiegung) und Kombination von Zug- und Biegebeanspruchungen etc.. In Bild 2 sind beispielhaft die Bruchbiegewechselzahlen eines Stahldrahtseils Filler 8x19 mit Naturfasereinlage über der durchmesserbezogenen Seilzugkraft S/d 2 für die Durchmesserverhältnisse D/d=10, 25 und 63 doppellogarithmisch dargestellt, [3]. Mit steigender Seilzugkraft nimmt die Biegewechselzahl einer Geraden mit mäßiger Steigung folgend ab. Bei der sogenannten Donandtkraft wird die Fließgrenze der Drähte überschritten und der Dauerbruch geht in einen Gewaltbruch über. Die Biegewechselzahlen fallen schroff ab. Die Biegewechselzahlen im Bereich der Geraden mit mäßiger Steigung können mit sehr guter Näherung durch die Lebensdauergleichung von Prof. Feyrer 2 D Sd R 0 0 D d 1 lgn = b0 + b1 + b4 lg lg 0,4lg b2 lg b3 lg 2 d d S 1770 (1) d d l 0 0 b5 + lg d beschrieben werden. In der Feyrerschen Lebensdauergleichung sind neben den Einflussparametern Seilzugkraft S und Durchmesserverhältnis D/d auch die Parameter Seildurchmesser d, Drahtnennfestigkeit R 0 und Biegelänge l bereits berücksichtigt. In Bild 3 sind die Bruchbiegewechselzahlen vieler Fillerseile unterschiedlicher Hersteller und Chargen dargestellt. Die Bruchbiegewechselzahlen und auch die nicht im Bild dargestellten Ablegebiegewechselzahlen N A streuen relativ stark. Feyrer [3] hat für die vielverwendeten Seilkonstruktionen die Konstanten zur Berechnung der Bruchbiegewechselzahlen N und der Ablegebiegewechselzahlen N A durch lineare Mehrfachregression bestimmt. Die Versuchsergebnisse streuen um diese Mittelwerte. Zudem sind auch die statistisch abgegrenzten Biegewechselzahlen N 10 bzw. N A10, bei denen mit einer Sicherheit von 95% höchstens 10% der Seile gebrochen bzw. ablegereif sind, bestimmt worden. Die entsprechenden Konstanten sind in [3] zusammenfasst. An dieser Stelle sei angefügt, dass sich die Lebensdauer von über Scheiben laufenden Faserseilen ähnlich verhalten wie von Stahldrahtseilen bekannt, [5,17,18,19,20].

5 5 Bild 2: Bruchbiegewechselzahlen eines Fillerseiles 8x19 mit Naturfasereinlage, [3] Bild 3: Bruchbiegewechselzahlen von vielen Fillerseilen 8x19 Naturfasereinlage, [3] Die Lebensdauergleichung und die seiltypspezifischen Konstanten gelten aber nur für die oben aufgeführten Versuchsbedingungen im Labor. Im realen Betrieb weichen die Bedingungen von den Versuchsbedingungen regelmäßig ab. Um beispielsweise eine Lebensdauerprognose für eine bestehende bzw. in Planung befindliche Aufzugsanlage durchführen zu können, müssen die Einflüsse der Anlagenparameter auf die Seillebensdauer bekannt sein, z.b. [8], [10], [11], [12], [14], [15]. Diese Vorgehensweise für die Berechnung der Seillebensdauer in nahezu beliebigen Seiltrieben ist ausführlich in [3] beschrieben.

6 6 Die Lebensdauerberechnungsmethode von Feyrer [3] hat eine Überführung in die internationale Aufzugnormung gefunden. In der gültigen Fassung der EN 81-1, Anhang N, sind hinsichtlich der Kombination des Sicherheitsfaktors und des Durchmesserverhältnisses von Scheibe zu Seil Anforderungen so formuliert, dass unter Berücksichtigung der Anzahl an Scheiben, deren Anordnung und ggf. den unterschiedlichen Durchmesserverhältnissen innerhalb des Seiltriebes eine Mindestlebensdauer von 3 Jahren bei n= Rundfahrten erreicht wird. Schiffner [4] hat ausführlich über die Gründe für die Abkehr von der Begrenzung des Sicherheitsfaktors, des Durchmesserverhältnisses und auch der Pressung allein auf die Treibscheibe berichtet. Für den Seiltrieb wird die höchstbeanspruchte Seilzone gesucht, die bei der Fahrt die meisten Beanspruchungen durch Biegewechsel erfährt. Diese höchstbeanspruchte Seilzone läuft über die Treibscheibe und eine bestimmte Zahl von Umlenkrollen. Die Elemente der Berechnung aus EN81-1, Anhang N, sind in Bild 4 dargestellt. Der Einfluss der Treibscheibe und der einzelnen Umlenkrollen auf die Seillebensdauer wird durch eine äquivalente Zahl an Rollen mit Rundrille und mit einem Durchmesser der Treibscheibe ausgedrückt. Die äquivalente Rollenzahl bei der Treibscheibe ist durch den Rillentyp (Keilrille, Sitzrille mit Unterschnitt) und die Geometrieparameter der Rille bestimmt. Die Korrekturfaktoren aus [3] sind hier ohne Einschränkung verarbeitet zu der äquivalenten Rollenzahl N equiv(t). Bei der äquivalenten Anzahl von Umlenkrollen müssen die Durchmesser und die Art der Biegung (gleichsinnige Biegung N ps, Gegenbiegung N pr ) berücksichtigt werden. Für die Gegenbiegung, die wegen der größeren Schädigung mit Faktor 4 berücksichtigt wird, ist die Beschränkung auf ortsfeste Rollen mit einem Rollenabstand von weniger als 200xSeildurchmesser getroffen. Unterschiedliche Durchmesser der Treibscheibe und der Umlenkrollen werden durch den Faktor K p berücksichtigt. Mit der äquivalenten Rollenzahl N equiv, dem Treibscheibendurchmesser D t und dem Seildurchmesser d r kann der Sicherheitsfaktor S f berechnet werden. Grundlage sind dabei die Koeffizienten a i aus [3] für die statistisch abgegrenzte Ablegebiegewechselzahl für ein Seil mit 6 Parallelschlaglitzen, 19 Drähten je Litze und mit Fasereinlage. Die recht unhandliche Gleichung ist in EN81-1, Anlage N, zusätzlich graphisch dargestellt. Bild 5 zeigt den minimalen Sicherheitsfaktor S f über dem Durchmesserverhältnis von Treibscheibe zu Seil D t /d r für ausgewählte äquivalente Rollenzahlen N equiv. Die Werte für den Sicherheitsfaktor S f =12 und das Durchmesserverhältnis D t /d r =40 sind eingezeichnet.

7 7 Bild 4: Berechnung des Seilsicherheitsfaktors nach EN Anhang N (Auszug aus dem Normtext) Bild 5: Bestimmung des minimalen Sicherheitsfaktors von Tragseilen nach EN81-1

8 8 In einem Entwurf der EN81-21 [22] ist ausgeführt, dass das Durchmesserverhältnis auf D t /d r =33 verringert werden kann, wenn 8litzige Seile mit 19 Drähten je Litze eingesetzt werden. Die Lebensdauer von 6litzigen zu 8litzigen Seilen ist im Verhältnis N 6x19 /N 8x19 =0,96 bei Fasereinlage und N 6x19 /N 8x19 =0,81 bei Stahleinlage, d.h. mit 8- litzigen Seilen ist die Lebensdauer größer als mit 6-litzigen. Mit der Erhöhung der Litzenzahl in pren81-21 soll die Lebensdauerreduzierung durch das kleinere D/d ausgeglichen werden. Das Verhältnis der Biegewechselzahlen N 6x19,D/d=40 /N 8x19,D/d=33 mit der Lebensdauergleichung und den Regressionskonstanten aus [3] zeigt, dass dieses Ziel so ohne eine zusätzliche Maßnahme aber noch nicht erreicht wird. Diese Berechnungsmethode gilt nur für Stahldrahtseile. Für alternative Tragmittel müssen die Grundlagen in Dauerbiegeversuchen und Feldbeobachtungen erst noch gefunden werden. Für die hochfesten Aramidfaserseile der Schindler AG ist in [5] gezeigt, dass die Lebensdauer der Faserseile einen ähnlichen Verlauf zu den Stahldrahtseilen hat (Bild 6). Die Lebensdauer kann deutlich höher liegen als bei den Stahldrahtseilen. Auf der Basis dieser umfangreichen Untersuchungen konnte der Ablegezeitpunkt festgelegt werden. Zu anderen alternativen Tragmitteln für Treibscheibenaufzüge sind dem Autor zum heutigen Zeitpunkt keine Ergebnisse und Empfehlungen zur Ablegereifeerkennung bekannt gemacht worden. Bild 6: Biegewechselzahlen von Aramidfaserseilen, [5] 3. Zuverlässige Erkennung der Ablegereife Rechtzeitiger Tragmitteltausch Als Kriterien für die Ablegereifeerkennung bei Stahldrahtseilen können Seilverformungen, grobe Seilschäden, Litzenbrüche, Drahtbrüche, Seildurchmesser, Seilschlaglänge, Korrosion, Verschleiß und Aufliegezeit herangezogen werden. Mit Ausnahme der groben Seilschäden wachsen die anderen Ablegekriterien mit der Aufliegezeit und zeigen durch bestimmtes Auftreten zum Teil auf Bezugslängen die Ablegereife an. Die Drahtbrüche sind das mit Abstand wichtigste Ablegekriterium. Für

9 9 Aufzüge werden die Ablegedrahtbruchzahlen nach DIN und die Triebwerksgruppe 5m eingesetzt. Die DIN wird in absehbarer Zeit hinsichtlich der Ablegereifeerkennung von einem internationalen Normungsprojekt ISO 4309 abgelöst. Noch ist dieses Normungsprojekt mehr als strittig, da bewährte Ablegedrahtbruchzahlen und unterschiedliche Drahtbruchzahlen für Kreuzschlagund Gleichschlagseile völlig ignoriert werden. Eine Abkehr von DIN ist zum jetzigen Zeitpunkt nicht zu empfehlen. Im Bereich der Durchmesserabnahme wird nach DIN das Seil ablegereif, wenn 10% Durchmesserreduzierung gegenüber dem Seilnenndurchmesser erreicht ist. Von Experten wird diese Durchmesserabnahme als zu groß angesehen auch in Hinblick auf den zunehmenden Verschleiß der Treibscheiben bei zu kleinem Seildurchmesser. Molkow [7] betrachtet im Aufzugbau eine Durchmesserabnahme des Seils von 6% zum Seilnenndurchmesser als Grenze bei der das Seil abgelegt werden sollte. Ein Schritt in die Richtung einer zuverlässigen Erkennbarkeit der Ablegereife und zwar abgekoppelt von starren Inspektionsintervallen ist mit den Aramidfaserseilen von Schindler AG für die Anwendung im Treibscheibenaufzug gemacht. Die Erkennung der Ablegereife des Seiles und zwar rechtzeitig bevor ein gefährlicher Zustand eintritt, ist wesentlich für den Einsatz in der sicherheitsrelevanten Anwendung Personenaufzug aber selbstverständlich auch für andere Anwendungen der Fördertechnik, des Materialflusses und der Logistik. Bei dem Aramidfaserseil sind die tragenden Litzen aus einem Verbund aus Aramidfasern und einem Harz hergestellt und vor mechanischen Beschädigungen und dem schädigendem Einfluss von UV-strahlung durch einen Polyurethanmantel nachhaltig geschützt. Allerdings sind dadurch visuelle und taktile Inspektionen der tragenden Seillitzen nicht mehr möglich. Zur Erkennung der Ablegereife sind in die Litzen der äußeren Lage kurzdehnende, elektrisch leitende Kohlefasern eingearbeitet, deren Biegewechselfestigkeit unter der der tragenden Aramidfasern liegt. Die Dehnung der Kohlefasern ist auf der Basis von Dauerbiegeversuchen so eingestellt worden, dass sie früher brechen als die Aramidfasern, ihre elektrische Leitfähigkeit verlieren und somit die Ablegereife anzeigen. Die Prüfung der hochfesten Faserseile in den Endverbindungen ist bei der gewählten Methode einschlossen. Der Vorteil der Kohlefasern liegt zusätzlich in der Möglichkeit der ständigen Überwachung (auch bei jeder Fahrt) unabhängig von starren, langen Prüfintervallen. Für die sonstigen alternativen Tragmittel wie Riemen oder extrudierte Stahldrahtseile, die mit tragenden Elementen aus Stahldrähten arbeiten existieren Patente (z.b. [25]) die vermuten lassen, dass zerstörungsfreie, magnetinduktive Prüfverfahren ein wesentlicher Ansatzpunkt für eine zuverlässige Ablegereifeerkennung sein können. Das IFT entwickelt magnetinduktive Prüfgeräte, die regelmäßig bei Seilprüfungen, z.b. von Seilbahnen, Brücken, Kabelkranen eingesetzt werden. Über magnetinduktive Prüfung an dünnen Aufzugseilen am IFT hat Wehking in [24] erstmals berichtet. Der untersuchbare Seildurchmesserbereich liegt zwischen 4mm und 140mm. Die magnetinduktiven Messgeräte gekoppelt mit einer automatisierten Messwerterfassung und Schadstellenanalyse (Bild7) werden weltweit in Lizenz vertrieben. Die Kalibrierung der Messgeräte erfolgt auf einem eigens am IFT installierten Kalibrierprüfstand, auf dem auch Fremdprodukte kalibriert werden. Bei der magnetischen Prüfung von Drahtseilen, die in [23] ausführlich erläutert wird, müssen die Seile bis zur magnetischen Sättigung aufmagnetisiert werden. Dies kann

10 10 durch Elektromagnete oder durch Dauermagnete geschehen. Ist ein Drahtseil entlang seiner Achse magnetisiert, verursachen Störungen im Seilverband, z. B. Drahtbrüche oder lokale Fehlstellen durch äußere Beschädigung, die Ausbildung eines Streufeldes. Die Änderung der radialen Streufeldkomponente induziert während der Messung in der radial angeordneten Induktionsspule eine Spannung, die verstärkt und aufgezeichnet wird. In Bild 8 ist das Messprinzip bei der magnetinduktiven Streufeldprüfung dargestellt, [23]. Bild 7: Beispiel für ein magnetinduktives Seilprüfgeräten mit Messdatenerfassungssystem und vollautomatisierter Schadstellenanalyse des IFT S N Eisenrückschluss N S Seil Obere Radialspule N S S N Untere Radialspule Messsignal Bild 8: Messprinzip bei der magnetinduktiven Streufeldprüfung (aus [24]) Um eine komplette Umfassung des Seiles zu erreichen, werden zwei Radialspulen, die jeweils eine Hälfte des Seiles umfassen, benötigt. Als Ergebnis der Messung werden auf einem Messschrieb Drahtbruchsignale angezeigt, die sich aus dem bereits beim neuen Seil vorhandenen Grundsignal hervorheben. Damit sich eine möglichst hohe Fehlstellenerkennungsrate über den gesamten

11 11 Seilquerschnittsbereich realisieren lässt, ist eine starke und homogene Magnetisierung des Seilquerschnittes im Messbereich notwendig. Für die Auswertung der Daten wird ein am IFT speziell entwickelter Mess-PC eingesetzt. Dieser besteht aus einem Notebook mit elektronischer Datenerfassung und einer automatischen Auswertungssoftware. Die Prüfgeräte magnetisieren das Seil parallel zur Seilachse bis zur Sättigung auf. Durch die Wendelung der einzelnen Drähte wird durch die Unregelmäßigkeit bereits eine Streufeldänderung verursacht, die das sogenannte Grundsignal produziert, Bild 8. Die Amplitude des Grundsignals nimmt durch das Setzen des Seiles zunächst etwas ab. Danach wird das Grundsignal mit zunehmender Lebensdauer durch Verschleiß und Korrosion vergrößert. Das Drahtbruchsignal zeigt sich in der typischen W-Form in Abhängigkeit von der Größe der Drahtbruchlücke. Grundsignal Drahtbruch Seil in m Bild 8: Messschrieb mit Grund- und Drahtbruchsignal 4. Ausreichende und zugleich begrenzte Treibfähigkeit Die Treibfähigkeit einer Kombination der zentralen Elemente Treibscheibe ggf. mit Rille und Tragmittel, d.h. das übertragbare Seilkraftverhältnis, ist von der Geometrie der Rille und dem Reibwert zwischen Tragmittel und Rille abhängig. In EN81-1, Abschnitt 9.3, werden Anforderungen an die Treibfähigkeit gestellt. Die Treibfähigkeit muss beim Normalbetrieb, dem Beladen des Fahrkorb und dem Nothalt sichergestellt sein. Zudem muss das Tragmittel rutschen, wenn der Fahrkorb im Schacht blockiert ist oder das Gegengewicht aufsitzt. Im informativen Anhang M der EN81-1 wird die Treibfähigkeitsberechnung aufgezeigt für die zu erfüllenden Bedingungen. Das Auslegungsverfahren ist uneingeschränkt nur auf die traditionelle Anordnung Stahldrahtseil und gegossene oder stählerne Scheibe anwendbar. Für davon abweichende Kombinationen kann aus EN81-1 das Formelinventar nicht aber die Reibungszahlen verwendet werden. Vielmehr sind die Reibungszahlen im Versuch zu ermitteln oder die Anforderungen aus EN81-1, Abschnitt 9.3, falls möglich unmittelbar in den bestehenden Anlagen zu untersuchen. Die Treibfähigkeit kann beispielhaft experimentell auf dem Treibfähigkeitsprüfstand des IFT untersucht werden, Bild 9. Bei den Versuchen wird der Seilschlupf, der sich aus den Schlupfanteilen Gleitschlupf, Dehnschlupf und scheinbarem Laufradiusschlupf zusammensetzt, für verschiedene Seilkraftverhältnisse, Pressungen, Umgebungsbedingungen, etc. ermittelt. Aus diesen Schlupfverläufen kann für vorgegebene Schlupfgrenzen die

12 12 Reibungszahl der untersuchten Kombination Rille-Seil unter Vorgabe der rillentypabhängigen Rillenreibungszahlen f(µ) ermittelt werden. Bild 9: Treibfähigkeitsprüfstands IFT (z.t. aus [6]) Für die Tragmittel Stahldrahtseil und auch das PUR-ummantelte Aramidfaserseil sind die Treibfähigkeitsuntersuchungen reproduzierbar durchgeführt worden. Für die anderen alternativentragmittel extrudiertes Stahldrahtseil, Riemen und umflochtenes Faserseil sind bisher keine Ergebnisse bekannt geworden. 1. Zusammenfassung Die Lebensdauer, die Ablegereifeerkennung rechtzeitig vor dem Eintritt einer gefährlichen Situation und die ausreichende und zugleich begrenzte Treibfähigkeit sind zentrale, sicherheitsrelevante Anforderungen an Tragmittel im Aufzugbau. Dies gilt für eingeführte Tragmittel wie die Stahldrahtseile aber auch für neue, alternative Tragmittel wie extrudiertes Stahldrahtseil, Riemen, umflochtenes und extrudiertes Faserseil etc.. Was für Stahldrahtseile gilt, muss auch für die neue Generation an Tragmittel gelten. Dieser Aufsatz zeigt, dass keine grundlegend neuen Anforderungen an Tragmittel aufgestellt werden und werden müssen. Vielmehr sind die bestehenden sicherheitsrelevanten Anforderungen auch bei den alternativen Tragmittel ihre Bedeutung entsprechend zu reflektieren und in Versuchen und Praxisbeobachtungen abzufragen. 2. Literatur [1] DIN EN 81-1, Ausgabe: Sicherheitsregeln für die Konstruktion und den Einbau von Aufzügen - Teil 1: Elektrisch betriebene Personen- und Lastenaufzüge

13 13 [2] DIN 15020, Ausgabe: Teil 1: Hebezeuge; Grundsätze für Seiltriebe, Berechnung und Ausführung Teil 2:Hebezeuge; Grundsätze für Seiltriebe, Überwachung im Gebrauch [3] Feyrer, K.: Drahtseile. Bemessung, Betrieb, Sicherheit. 2. Auflage. SpringerVerlag 2000 [4] Schiffner, G.: Zur Ermittlung des Sicherheitsfaktors von Tragseilen. Vortrag Heilbronner Aufzugtage 1999 [5] Wehking, K.H.: Endurance of high-strength-fibre ropes running over pulleys. OIPEEC Round Table Reading [6] Molkow, M.: Die Treibfähigkeit von gehärteten Treibscheiben mit Keilrillen. Dissertation Universität Stuttgart 1982 [7] Molkow, M.: Stahlseile und neuartige Tragmittel. Aufbau Anwendung Sicherheit - Umgang und Pflege, Ablegereife. Vortrag Heilbronner Aufzugtage 1999 [8] Schönherr, S.: Reduzierung der Lebensdauer von Drahtseilen durch Schrägzug bei Seilscheiben. Dissertation, Universität Stuttgart 2005 [9] Feyrer, K., Hemminger, R.: New-rope-bending-fatigue-maschines constucted in the traditional way. OIPEEC-Bulletin45 Torino 1983, pp [10] Wolf, E.: Seilbedingte Einflüsse auf die Lebensdauer laufender Drahtseile. Dissertation Universität Stuttgart 1987 [11] Woernle, R.: Ein Beitrag zur Klärung der Drahtseilfrage. Z.VDI 73 (1929), S [12] Müller, H.: Versuche an Drahtseilen und ihre Ergebnisse im Betrieb. Fördern und Heben 2 (1952) 9, S [13] Shitkow, D.G., Pospechow, I.T.: Drahtseile. VEB-Verlag Technik, Berlin 1957 [14] Unterberg, H.-W.: Der Einfluss der Rillenform auf die Lebensdauer laufender Drahtseile. DRAHT 42 (1991) 4, S [15] Holeschak, W.: Die Lebensdauer von Aufzugseilen und Treibscheiben im praktischen Betrieb. Dissertation Universität Stuttgart 1987 [16] Neumann, P.: Untersuchung zum Einfluss tribologischer Beanspruchungen auf die Seilschädigung. Dissertation Universität Aachen 1987 [17] Feyrer, K., W. Vogel: Hochfestes Faserseil beim Lauf über Seilrollen. Draht 42 (1991) 11, S Englisch: High strength polyethylen fibre ropes running over sheaves, WIRE 42 (1992) 5, S

14 14 [18] Vogel, W. : Dauerbiegeversuche an gedrehten und geflochtenen Faserseilen aus hochfesten Polyethylenfasern. Technische Textilien 41 (1998) 3, S Englisch: Bending tests with high-strength-pe fiber ropes. Technical Textiles 41 (1998) 5, E 39-E40 [19] Vogel, W.: Einfluss der Schlaglänge auf die Lebensdauer laufender hochfester Faserseile. EUROSEIL 121 (2002) 3, S. 57/58 [20] Vogel, W.: Atlasseile beim Lauf über Scheiben. EUROSEIL 121 (2002) 4, S.64/65 [21] Laufende Seile. Lehrgang des Institut für Fördertechnik und Logistik an der Technischen Akademie Esslingen (nächster Termin 3./ ) [22] pren 81-21, Ausgabe: Sicherheitsregeln für die Konstruktion und den Einbau von Aufzügen - Teil 21: Neue Personen- und Lastenaufzüge in bestehenden Gebäuden [23] Winter: Seilbahnseile und deren magnetische Prüfung. In: Laufende Seile Expert Verlag Ehingen 2005 [24] Wehking, K.H.: Magnetic testing of small elevator ropes at tight spacing. OIPEEC Technical Meeting Kraków, September 1999 [25] Method and apparatus for detecting elevator rope degregation using electrical or magnetic energy. WO 00/ Kontakt: Institut für Fördertechnik und Logistik Universität Stuttgart Dr.-Ing. Wolfram Vogel (vogel@ift.uni-stuttgart.de) Holzgartenstr. 15 B Stuttgart Telefon: Fax: Homepage:

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