Einfluss der Seilparameter auf

das mechanische Verhalten

Dr.-Ing. Thorsten Heinze

Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Chemnitz

Stiftungsprofessur

Technische Textilien – Textile Maschinenelemente

07.11.2014

FOLIE 2

2 Motivation

Burj Khalifa (828 m)

Quelle: Bildpixel

/ pixelio

Minen (bis 3600 m)

Quelle: Dieter Schütz /

pixelio

Bohrinseln (bis 3400 m)

Quelle: Dieter Schütz /

pixelio

Anwendungsfelder

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 3

2 Motivation

Burj Khalifa (828 m)

Quelle: Bildpixel

/ pixelio

Minen (bis 3600 m)

Quelle: Dieter Schütz /

pixelio

Bohrinseln (bis 3400 m)

Quelle: Dieter Schütz /

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Anwendungsfelder

Anforderungen

hohe Betriebssicherheit

hohe Zugfestigkeit

geringe Arbeitsdehnung

geringe Masse

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 4

HM-HT-Faserstoffe

Kennwert Stahl Technora® Dyneema® Vectran®

Zugfestigkeit Rm [N/mm²] 2160 3400 3600 3200

Dichte 𝜌 [g/cm3] 7,85 1,39 0,975 1,41

Reißlänge LR [km] 28 249 376 231

(engl.: high modulus – high tenacity fibres)

HMPE

Dyneema ® SK75

arom. Co-Polyamid

Technora ®

arom. Polyester

Vectran ® HT

Polyolefin Polyamid Polyester

HM-HT-Fasern

148% - 167%

Teilkristalline Thermoplaste mit linearen langkettigen Molekülen

Merkmale:

• hoher Kristallisationsgrad

• hoher Orientierungsgrad

starke inter-

molekulare

Bindungen

hohe Steifigkeiten

und Festigkeiten in

Faserlängsrichtung

12% - 18%

825% - 1343%

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 5

Seilmachart

Welche Seilkonstruktion ist die Richtige?

Parallellitzen-Seil gedrehtes Seil geflochtenes Seil

Stand der Technik in

fördertechnischen

Anwendungen

07.11.2014

FOLIE 6

Drehverhalten

keine Redundanz, Bruch einer Litze führt zum Versagen der Litze

hohe Beanspruchungen beim Lauf über Scheiben Parallel liegende

Zugträger

07.11.2014

FOLIE 7

Drehverhalten

Gedrehtes Seil Geflochtenes Seil

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 8

Drehverhalten gedrehter Seile

Verreet [Ver05]

Schlaglängenänderungen bei Stahldrahtseilen (schematisch)

07.11.2014

FOLIE 9

Drehverhalten gedrehter Seile

Schlaglängenänderungen bei Stahldrahtseilen (schematisch)

Drehverhalten ist Hauptschädigungsmechanismus

von Förderseilen

Labormäßige Seillebensdauer wird nicht erreicht

Drehungsarme Seile besonders ungünstig

Einsatz einlagiger Seile mit Fasereinlage

Verreet [Ver05]

07.11.2014

FOLIE 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]

07.11.2014

FOLIE 11

Zugfestigkeits-/Masserelation

(Schachtförderung)

07.11.2014

FOLIE 12

Zugfestigkeits-/Masserelation (Schachtförderung)

Seiltyp Seildurchmesser

dN [mm]

Mindestbruchkraft

Fmin [kN]

Feinheit

Tt [kg/m]

Stahldrahtseil: 48 6x19S-FC 1770 U sZ 48 1349 8,58

HM−HT−Faserseil:TechnaOne 48 1600 1,76

Fördergutmasse: mF L = Fmins∙g

− Tt∙L

zul.

Gesamtmasse

Seilmasse

Sicherheitsfaktor nach SABS 0294: s L ≥ 25000

4000 + L

Sicherheitsfaktor nach TAS: s L ≥ 7,2 −0,0005∙L

bei L = 3000 m

s = 3,6

bei L = 3000 m

s = 5,7

Faktor 4,9 Faktor 1,2

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 13

Förderlänge L [m]

Rel

ativ

e F

örd

erg

utm

asse

mre

l [%]

Zielgröße: 𝐿 ≥ 3000 m

derzeitige Fördergrenze

relative Fördergutmasse: mrel = mF(L)

mRef

max. Fördergutmasse des Referenz-

Stahldrahtseils (s = 1, L = 0 m)

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 14

Förderlänge L [m]

Rel

ativ

e F

örd

erg

utm

asse

mre

l [%]

Zielgröße: 𝐿 ≥ 3000 m

derzeitige Fördergrenze

relative Fördergutmasse: mrel = mF(L)

mRef

max. Fördergutmasse des Referenz-

Stahldrahtseils (s = 1, L = 0 m)

Potential der Faserseile

Erweiterung der technischen

Möglichkeiten

Erhöhung der Förderkapazität

Erhöhung der Betriebssicherheit

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 15

Verformungsverhalten unter Last

07.11.2014

FOLIE 16

Verformungsverhalten unter Last

ca. 50% Fmin

Strukturdehnung

viskoelastisch

Dehnung [%]

Prü

fkra

ft [k

N]

„eingefahrenes“ HM-HT-Faserseil ca. 50% Fmin

Strukturdehnung

viskoelastisch

Dehnung [%]

Prü

fkra

ft [k

N]

„eingefahrenes“ HM-HT-Faserseil

thermofixiertes HM-HT-Faserseil

ca. 50% Fmin

Strukturdehnung

viskoelastisch

Dehnung [%]

Prü

fkra

ft [k

N]

„eingefahrenes“ HM-HT-Faserseil

thermofixiertes HM-HT-Faserseil Stahldrahtseil

6x19S ca. 50% Fmin

Strukturdehnung

viskoelastisch

Dehnung [%]

Prü

fkra

ft [k

N]

07.11.2014

FOLIE 17

Verformungsverhalten unter Last

Spannungs-Dehnungsverhalten von HM-HT-Faserseilen

hohe Zugmodule

geringe Strukturdehnung des „eingefahrenen“ Seiles

geringe Relaxations- bzw. Redardationseffekte

07.11.2014

FOLIE 18

Lebensdauer bei Seilbiegung

07.11.2014

FOLIE 19

Lebensdauer bei Seilbiegung

„aktives Seil und passive

Scheibe“

Prüfscheibe

Antriebsscheibe

„passives Seil und aktive

Scheibe“

Prüfscheiben Hubschlitten

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 20

Lebensdauer bei Seilbiegung – Seilmantel

111

225

47

207

289

90

0

50

100

150

200

250

300

350

Dyneema SK75 Technora Vectran HT

Rel

ativ

e B

ieg

ewec

hse

lzah

l in

%

Mantelgeflecht

PU-Ummantelung

Technora bei σ = 150 N/mm² und Dd

= 12,5 extrudierter Mantel

geflochtener Mantel

Erhöhung der Stützwirkung

Reduktion der Flächenpressungen

Erhöhung der Maßhaltigkeit

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 21

Lebensdauer bei Seilbiegung – Seilbeschichtung

97

25 7

673

208

80

607

152 71

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Dyneema SK75 Technora Vectran HT

Rel

ativ

e B

ieg

ewec

hse

lzah

l in

%

ohne Schlichte

mit opt. Beschichtung

mit Flüssigschmierstoff

Technora bei σ = 150 N/mm² und Dd

= 12,5 Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 22

Lebensdauer bei Seilbiegung – Flechtwinkel

Standard

Heinze [Hei13]

07.11.2014

FOLIE 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 0341-3721

[Ver05] Verreet, R.: Stahldrahtseile mit variablen Schlaglängen, 2005

07.11.2014

FOLIE 24

Quelle: www. siemag-tecberg.de

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