Einfluss der Seilparameter auf das mechanische Verhalten
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- Ewald Salzmann
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1 Einfluss der Seilparameter auf das mechanische Verhalten Dr.-Ing. Thorsten Heinze Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Chemnitz Stiftungsprofessur Technische Textilien Textile Maschinenelemente
2 Anwendungsfelder 2 Motivation Minen (bis 3600 m) Quelle: Dieter Schütz / pixelio Bohrinseln (bis 3400 m) Quelle: Dieter Schütz / pixelio Burj Khalifa (828 m) Quelle: Bildpixel / pixelio Heinze [Hei13] FOLIE 2
3 Anwendungsfelder 2 Motivation Minen (bis 3600 m) Quelle: Dieter Schütz / pixelio Anforderungen hohe Betriebssicherheit hohe Zugfestigkeit geringe Arbeitsdehnung geringe Masse Bohrinseln (bis 3400 m) Quelle: Dieter Schütz / pixelio Burj Khalifa (828 m) Quelle: Bildpixel / pixelio Heinze [Hei13] FOLIE 3
4 HM-HT-Faserstoffe HM-HT-Fasern (engl.: high modulus high tenacity fibres) Heinze [Hei13] Polyolefin Polyamid Polyester HMPE Dyneema SK75 arom. Co-Polyamid Technora arom. Polyester Vectran HT Teilkristalline Thermoplaste mit linearen langkettigen Molekülen Merkmale: hoher Kristallisationsgrad hoher Orientierungsgrad starke intermolekulare Bindungen hohe Steifigkeiten und Festigkeiten in Faserlängsrichtung Kennwert Stahl Technora Dyneema Vectran Zugfestigkeit Rm [N/mm²] Dichte ρ [g/cm 3 ] 7,85 1,39 0,975 1,41 Reißlänge L R [km] % - 167% 12% - 18% 825% % FOLIE 4
5 Seilmachart Welche Seilkonstruktion ist die Richtige? Parallellitzen-Seil gedrehtes Seil geflochtenes Seil Stand der Technik in fördertechnischen Anwendungen FOLIE 5
6 Drehverhalten keine Redundanz, Bruch einer Litze führt zum Versagen der Litze hohe Beanspruchungen beim Lauf über Scheiben Parallel liegende Zugträger FOLIE 6
7 Drehverhalten Gedrehtes Seil Geflochtenes Seil Heinze [Hei13] FOLIE 7
8 Drehverhalten gedrehter Seile Verreet [Ver05] Schlaglängenänderungen bei Stahldrahtseilen (schematisch) FOLIE 8
![einlagiger Seile mit Fasereinlage Verreet [Ver05]](/docs-images/71/65530370/images/9-6.jpg "Schlaglängenänderungen bei Stahldrahtseilen")
9 Drehverhalten gedrehter Seile Drehverhalten ist Hauptschädigungsmechanismus von Förderseilen Labormäßige Seillebensdauer wird nicht erreicht Drehungsarme Seile besonders ungünstig Einsatz einlagiger Seile mit Fasereinlage Verreet [Ver05] Schlaglängenänderungen bei Stahldrahtseilen (schematisch) FOLIE 9
10 Faserseile für fördertechnische Anwendungen Schmierstoff Kerngeflecht Haftvermittler Mantelgeflecht Relevante Seilparameter Seilmantel Seilbeschichtung Flechtwinkel (Kernseil) Anforderungen an laufende Faserseile hohe Zugfestigkeits-/Masserelation Geringes Verformungsverhalten unter Last hohe Lebensdauer bei Seilbiegung Prinzipieller Aufbau eines textilen Förderseiles Heinze [Hei14] FOLIE 10
11 Zugfestigkeits-/Masserelation (Schachtförderung) FOLIE 11
12 Zugfestigkeits-/Masserelation (Schachtförderung) Seiltyp Seildurchmesser d N [mm] Mindestbruchkraft F min [kn] Feinheit Tt [kg/m] Stahldrahtseil: 48 6x19S-FC 1770 U sz ,58 HM HT Faserseil:TechnaOne ,76 Faktor 1,2 Faktor 4,9 Fördergutmasse: m F L = F min s g Tt L zul. Gesamtmasse Seilmasse Sicherheitsfaktor nach TAS: s L 7,2 0,0005 L bei L = 3000 m s = 5,7 Heinze [Hei13] Sicherheitsfaktor nach SABS 0294: s L L bei L = 3000 m s = 3,6 FOLIE 12
13 Relative Fördergutmasse m rel [%] relative Fördergutmasse: m rel = m F (L) m Ref max. Fördergutmasse des Referenz- Stahldrahtseils (s = 1, L = 0 m) Zielgröße: L 3000 m derzeitige Fördergrenze Heinze [Hei13] Förderlänge L [m] FOLIE 13
![Relative Fördergutmasse m rel [%] relative Fördergutmasse: m rel = m F (L) m Ref max.](/docs-images/71/65530370/images/14-3.jpg "Fördergutmasse des Referenz- Stahldrahtseils (s = 1, L = 0 m) Zielgröße: L 3000 m Potential der Faserseile Erweiterung der technischen Möglichkeiten Erhöhung der Betriebssicherheit")
14 Relative Fördergutmasse m rel [%] relative Fördergutmasse: m rel = m F (L) m Ref max. Fördergutmasse des Referenz- Stahldrahtseils (s = 1, L = 0 m) Zielgröße: L 3000 m Potential der Faserseile Erweiterung der technischen Möglichkeiten Erhöhung der Betriebssicherheit Erhöhung der Förderkapazität derzeitige Fördergrenze Heinze [Hei13] Förderlänge L [m] FOLIE 14
15 Verformungsverhalten unter Last FOLIE 15
16 Prüfkraft [kn] Verformungsverhalten unter Last Stahldrahtseil 6x19S thermofixiertes HM-HT-Faserseil eingefahrenes HM-HT-Faserseil ca. 50% F min viskoelastisch Strukturdehnung Dehnung [%] FOLIE 16
17 Verformungsverhalten unter Last Spannungs-Dehnungsverhalten von HM-HT-Faserseilen hohe Zugmodule geringe Relaxations- bzw. Redardationseffekte geringe Strukturdehnung des eingefahrenen Seiles FOLIE 17
18 Lebensdauer bei Seilbiegung FOLIE 18
19 Lebensdauer bei Seilbiegung Antriebsscheibe Prüfscheibe aktives Seil und passive Scheibe Hubschlitten Prüfscheiben Heinze [Hei13] passives Seil und aktive Scheibe FOLIE 19
20 Relative Biegewechselzahl in % Lebensdauer bei Seilbiegung Seilmantel Erhöhung der Stützwirkung Reduktion der Flächenpressungen Erhöhung der Maßhaltigkeit geflochtener Mantel Dyneema SK75 Technora Vectran HT Mantelgeflecht PU-Ummantelung Technora bei σ = 150 N/mm² und D d = 12,5 extrudierter Mantel Heinze [Hei13] FOLIE 20
21 Relative Biegewechselzahl in % Lebensdauer bei Seilbiegung Seilbeschichtung Dyneema SK75 Technora Vectran HT ohne Schlichte mit opt. Beschichtung mit Flüssigschmierstoff Technora bei σ = 150 N/mm² und D d = 12,5 Heinze [Hei13] FOLIE 21
22 Lebensdauer bei Seilbiegung Flechtwinkel Standard Heinze [Hei13] FOLIE 22
23 Literatur [Hei13] Heinze, T.: Zug- und biegewechselbeanspruchte Seilgeflechte aus hochfesten Polymerfasern, Dissertation TU Chemnitz, 2013 [Hei14] Heinze, T.; Streubel, P.; Engenhardt, B.: Treibscheibenaufzüge mit Faserseil; Lift Report, Heft 1, 2014, ISSN [Ver05] Verreet, R.: Stahldrahtseile mit variablen Schlaglängen, 2005 FOLIE 23
24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Technische Universität Chemnitz Institut für Fördertechnik und Kunststoffe Stiftungsprofessur Technische Textilien Textile Maschinenelemente Reichenhainer Str Chemnitz Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) Quelle: www. siemag-tecberg.de FOLIE 24
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