DE3632298A1 - Drahtseil fuer einen haengenden einsatz ueber eine grosse hoehendifferenz, insbesondere foerderkorbseil, tiefseeseil oder seilbahnseil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drahtseil für einen hängenden Einsatz über eine große Höhendifferenz, insbesondere mit einem gegen Drehung gehaltenen unteren Ende, insbesondere ein Förderkorbseil, Tiefseeseil oder Seilbahnseil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strukturfestigkeit eines solchen Drahtseils zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck erfüllt durch Schlaglängenänderung über die Seillänge derart, daß das lastspezifische Drehmoment des Drahtseils nach oben abnimmt.

Das sei wie folgt erläutert:

In einem Drahtseil verlaufen die Litzen schraubenlinienförmig, d. h. schräg zur Längsrichtung des Drahtseils. Greift an dem Drahtseil eine Zugkraft an, so wirkt sie in der Längsrichtung. Sie sucht die Litzen in die Längsrichtung zu ziehen, also zu entdrillen. So entsteht in einer Litzenlage ein Drehmoment

m = k · p · d

(m = Drehmoment; k = konstanter Faktor; p = in der Litzenlage wirkende Längskraft; d = Durchmesser der Litzenlage). Der Faktor k schließt einen Umwandlungsfaktor Längskraft - Tangentialkraft ein, der von der Schrägstellung der Litzen abhängt. Je schräger die Litzen stehen, d. h. je kleiner die "Schlaglänge" im Verhältnis zum Durchmesser d ist, um so größer ist diese Umwandlung und damit der Faktor k und damit bei gleichem p das Drehmoment m.

Bei einem Drahtseil mit nur einer Litzenlage auf einer Hanfseele ist die am Seil angreifende Zugkraft exakt gleich der an der Litzenlage angreifenden Zugkraft. Bei einem Drahtseil, das eine Herzlitze und eine Mehrzahl Litzenlagen aufweist, verteilt sich die Zugkraft im wesentlichen auf die Litzenlagen; der Anteil der Herzlitze ist gering.

Die an dem Drahtseil angreifende Zugkraft ist am unteren Ende des Drahtseils gleich der Nutzlast und auf der herabhängenden Länge des Drahtseils gleich der Nutzlast vermehrt um das Eigengewicht des Drahtseiles unterhalb der jeweils betrachteten Stelle. Das bedeutet: Das Drehmoment M des Drahtseils steigt bei den bisherigen Drahtseilen vom unteren Ende des Drahtseils aus nach oben an. Es besteht über die Länge des Drahtseils kein Gleichgewicht der Drehmomente. Daraus folgen Verdrehungen innerhalb der Seilstruktur, bis Gleichgewicht erreicht ist. Im oberen Bereich des Drahtseils, wo das Drehmoment größer ist als im unteren Bereich, besteht eine stärkere Neigung zur Entdrillung als im unteren Bereich. Das führt zu einer Entdrillung im oberen Bereich unter weiterer Verdrillung im unteren Bereich, bis Gleichgewicht erreicht ist. Die Entdrillung im oberen Bereich lockert dort die Seilstruktur. Beim Lauf über Seilscheiben oder Aufwickeln auf Seiltrommeln führt das zu Längsverschiebungen innerhalb des Seiles. Insgesamt ergeben sich Schäden, die die Lebensdauer verkürzen.

Die Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis und schafft in der Weise Abhilfe, daß der Zunahme des Drehmomentes M nach oben entgegengewirkt wird durch eine Änderung der Seilstruktur nach oben, die das lastspezifische Drehmoment d. h. das von der Lasteinheit erzeugte Drehmoment, nach oben verkleinert.

Das ist durch Schlaglängenänderung über die Seillänge möglich, und zwar auf verschiedenste Weise und nach drei verschiedenen Grundprinzipien:

Das erste Grundprinzip ist, durch Vergrößerung der Schlaglänge der Litzenlage(n) nach oben in der Gleichung m = k · p · d den Faktor k - siehe obige Erläuterungen - zu verkleinern.
Dieses Grundprinzip ist anwendbar an nur eine Litzenlage und an mehrere Litzenlagen gleicher Schlagrichtung aufweisenden Drahtseilen, wobei in den letzteren außer der äußeren Litzenlage auch die innere bzw., wenn mehrere innere Litzenlagen vorhanden sind, jedenfalls die nächstinnere Litzenlage eine nach oben zunehmende Schlaglänge aufweisen sollte.
Das Grundprinzip ist gleichfalls anwendbar, wenn eine bzw. mehrere innere Litzenlagen vorhanden ist bzw. sind, die teilweise oder sämtlich umgekehrte Schlagrichtung wie die äußere(n) Litzenlage(n) aufweist bzw. aufweisen, aber aufgrund der Abmessungen und/oder des Aufbaues ein neutrales Drehverhalten hat bzw. haben, d. h. nicht imstande ist bzw. gemeinsam imstande sind, ein wesentliches Drehmoment zu erzeugen.

Das zweite Grundprinzip ist durch Vergrößerung der Elastizität der äußeren Litzenlage(n), ggf. zweier in gleicher Schlagrichtung verseilter äußerer Litzenlagen, und/oder Verminderung der Elastizität des übrigen Seilkernes nach oben die äußere(n) Litzenlage(n) unter Mehrbelastung des übrigen Seilkernes zu entlasten und somit in der Gleichung m = k · p · d den Faktor p für die äußere(n) Litzenlage(n) zu verkleinern, die aufgrund ihres größeren Durchmessers das Drehmoment des Drahtseils in erster Linie bestimmt bzw. bestimmen.

Dieses Grundprinzip ist für sich allein anwendbar, wenn der genannte übrige Seilkern aufgrund eines besonderen drehungsarmen Aufbaues selbst kein wesentliches Drehmoment erzeugt, und zwar durch Verkleinerung der Schlaglängen in den Litzen der äußeren Litzenlage(n) und/oder Vergrößerung der Schlaglängen in den Litzen des übrigen Seilkernes nach oben, was die Elastizität der Litzen selbst nach oben vergrößert bzw. verkleinert.
Dieses Grundprinzip ist ferner je nach den Umständen in Konkurrenz mit der Wirkung des ersten Grundprinzips anwendbar durch Verkleinerung der Schlaglängen der äußeren Litzenlage(n) nach oben, die die Elastizität der Litzenlage(n) nach oben vergrößert und damit durch Verminderung ihres Anteils der Kraftaufnahme verkleinernd auf den Faktor p wirkt, zugleich aber nach dem erstgenannten Grundprinzip den Faktor k vergrößert. Es hängt von dem Seilaufbau im Ganzen ab, welcher Einfluß überwiegt und inwieweit demzufolge das zweite Grundprinzip der Entlastung auf diese Weise anwendbar ist.

Das erste Grundprinzip der Änderung der durch die Schlaglänge bzw. den Schlagwinkel bestimmten Kraftumwandlung steht, wie aus dem Vorstehenden erhellt, in Konkurrenz mit einer je nach den Umständen zugleich eintretenden Entlastung nach dem zweiten Grundprinzip. Die Anwendung des Grundprinzips der Änderung der Kraftumwandlung erfordert daher, daß eine solche Entlastung in keinem wesentlichen Ausmaß stattfinden kann. Das ist der Fall bei einem einlagigen Seil mit einem Faserkern oder einem sonst genügend elastischen unter der bzw. den betreffenden Litzenlage(n) verbleibenden Kern. Umgekehrt erfordert also die Anwendung des Grundprinzips der Entlastung ein unter der bzw. den betreffenden Litzenlage(n) verbleibendes Kernseil, das über sein neutrales Drehverhalten hinaus immerhin so viel weniger elastisch ist, daß es die vorgesehene Mehrbelastung aufnimmt, und im übrigen den dafür notwendigen Metallquerschnitt aufweist.

Immer in Konkurrenz mit dem ersten Grundprinzip der Änderung der Kraftumwandlung steht das dritte Grundprinzip, nach dem eine Lastverlagerung von der bzw. den äußeren Litzenlage(n) auf zumindest die nächstinnere, umgekehrte Schlagrichtung aufweisende Litzenlage vorgenommen wird:

Durch nach oben zunehmende Elastizität der äußeren Litzenlage(n) und/oder abnehmende Elastizität der (einzigen) inneren bzw. der nächstinneren Litzenlage verringert sich nach oben, wie schon ausgeführt, der Anteil der Lastaufnahme der äußeren Litzenlage(n), die mit ihrem alle anderen Litzenlagen übersteigenden Metallquerschnitt und Durchmesser in der Regel die meiste Last aufnimmt bzw. aufnehmen und das im Seil resultierende Drehmoment erzeugt bzw. erzeugen. Der in die in der Gegenrichtung geschlagene innere bzw. nächstinnere Litzenlage verlagerte Lastanteil vergrößert nach oben den Anteil des in dieser Litzenlage entstehenden Gegendrehmoments. Das resultierende Drehmoment steigt dann nach oben nicht proportional mit der Zunahme des Seilgewichts. Es kann konstant gehalten werden.

Es stehen die gleichen Mittel zur Verfügung wie nach dem zweiten Grundprinzip der Entlastung der äußeren Litzenlagen:

Die Elastizität der äußeren Litzenlage kann durch Verkleinerung der Schlaglänge dieser Litzenlage gesteigert werden. Die Auswirkung der damit erzeugten Lastverlegung in die innere bzw. nächstinnere Litzenlage auf das resultierende Drehmoment des Drahtseils muß in diesem Falle zur Erzielung des gewünschten Effektes größer sein als die Auswirkung der mit der Verkleinerung der Schlaglänge verbundenen Vergrößerung des Faktors k der äußeren Litzenlage, d. h. der Kraftumwandlung nach dem ersten Grundprinzip.
Die Elastizität der inneren bzw. nächstinneren Litzenlage kann verringert werden durch Vergrößerung der Schlaglänge dieser Litzenlage. Auch die Wirkung der daraus sich ergebenden Lastverlagerung auf das Drehmoment des Drahtseils - Vergrößerung von p in der inneren bzw. nächstinneren Litzenlage - muß in diesem Falle, um den gewünschten Effekt zu erzielen, die mit der Vergrößerung der Schlaglänge verbundene Verkleinerung des Faktors k dieser Litzenlage übersteigen. Das ist, je nach den Verhältnissen, durchaus möglich.
Statt der Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Schlaglänge der Litzenlage selbst oder zusätzlich dazu kommt auch eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung der Schlaglänge von Drahtlagen in den betreffenden Litzen in Betracht; auch diese erhöht bzw. vermindert die Elastizität.

Es versteht sich, daß das Grundprinzip der durch Elastizitätsveränderung bewirkten Lastverlagerung zwischen der äußeren und der umgekehrte Schlagrichtung aufweisenden inneren bzw. nächstinneren Litzenlage nur angewandt werden kann, sofern die innere bzw. nächstinnere Litzenlage von ihren Abmessungen und ihrem Aufbau her imstande ist, ein wesentliches Drehmoment zu erzeugen. Gehört beispielsweise die innere Litzenlage zu einem Kernseil, das mit seinem Durchmesser nicht mehr als ein Drittel des Seildurchmessers ausmacht, ist sie zu vernachlässigen.

Schließlich wird als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die spezifische Lastaufnahme, anders ausgedrückt: die Lastverteilung, im Seilquerschnitt am oberen Seilende etwa gleichmäßig ist und die mit der geschilderten Lastverlagerung notwendigerweise irgendwo verbundene relativ stärkere Belastung einzelner Litzenlagen dann in den unteren Bereichen des Drahtseils auftritt, wo die Last geringer ist.

Um nicht eine zur Herstellung des Drahtseils benutzte Maschine eigens für kontinuierliche Schlaglängenänderung einrichten zu müssen, kann man die betreffende Schlaglänge schrittweise verändern.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter im einzelnen erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Drahtseil,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem für das Drahtseil nach Fig. 1 das Drehmoment M über der Belastung für verschiedene Schlaglängenfaktoren aufgetragen ist, und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem für ein Drehmoment M der Schlaglängenfaktor über der Belastung aufgetragen ist.

Das Drahtseil 1 besteht, wie aus Fig. 1 ersichtlich, aus einer Herzlitze 2, einer inneren Litzenlage von sechs Litzen 3, einer Kunststoffummantelung 4 der inneren Litzenlage und einer in diese eingedrückten äußeren Litzenlage von zehn Litzen 5.
Wie Fig. 1 weiter erkennen läßt, sind die Herzlitze 2 und die Litzen 3 und 5 verdichtet; die Litzen 5 sind Parallelschlaglitzen.

Die Schlagrichtung der beiden Litzenlagen ist verschieden. Beide Litzenlagen sind im Kreuzschlag verseilt. Der mittlere Füllfaktor beträgt 0,68, der Verseilfaktor 0,84 und der Gewichtsfaktor 0,86.

Der Nenndurchmesser - zugleich Durchmesser der aus den Litzen 5 bestehenden äußeren Litzenlage - beträgt 26 mm, der Gesamtmetallquerschnitt 364 mm², der Außendrahtdurchmesser 1,40 mm, das Längengewicht 310 kg/%m, die rechnerische Bruchkraft 72 800 kp und die Mindestbruchkraft 61 150 kp (Nennfestigkeit der Drähte 1960 N/mm²).

Der Durchmesser des aus der Herzlitze 2 und den Litzen 3 bestehenden Kernseils beträgt 14,8 mm. Der Schlaglängenfaktor (Quotient aus Schlaglänge und Durchmesser) des Kernseils beträgt 6,3. Der Anteil des Kernseils am Gesamtmetallquerschnitt des Drahtseils macht 30% aus.

Die frei hängende Seillänge ist mit 800 m angesetzt. Das Gesamtseilgewicht beträgt 2,5 t. Die Seilsicherheit soll 8 betragen. Daraus ergibt sich eine Gesamtlast von 9,1 t und eine Nutzlast von 6,6 t bzw. eine Belastung des Drahtseils auf dem höchstgelegenen Seilquerschnitt von 12,5% und auf dem tiefstgelegenen Seilquerschnitt von 9,1% der rechnerischen Bruchkraft.

Das Diagramm Fig. 2 zeigt das in dem Drahtseil auftretende Drehmoment in Abhängigkeit von der Belastung für verschiedene Schlaglängen.

Die Kurven sind experimentell ermittelt worden an vier Drahtseilen des in Fig. 1 gezeigten Aufbaues, die mit verschiedenen Schlaglängen der äußeren Litzenlage verseilt worden sind, und zwar mit den Schlaglängenfaktoren 7,7; 7,0; 6,5 und 5,9.
Soll das Drehmoment in jeder Höhe des Drahtseils gleich sein, so müssen die Schlaglängen jeweils derart auf die Belastungen des Drahtseils in den verschiedenen Höhen abgestimmt werden, daß sich in dem Diagramm Fig. 2 eine waagerechte Linie ergibt. Im vorliegenden Beispiel ist die größte Belastung von 12,5% der rechnerischen Bruchkraft des Drahtseils und die kleinste experimentell geprüfte Schlaglänge, d. h. Schlaglängenfaktor 5,9, als Ausgangspunkt A gewählt. Damit ergibt sich für die niedrigste Belastung von 9,1% der zwischen 7,0 und 7,7 liegende Punkt B und für die dazwischen liegenden Belastungen Entsprechendes.

In dem Diagramm Fig. 3 ist das Diagramm Fig. 2, zugleich unter Vergrößerung des Maßstabs, dahin umgezeichnet, daß für die Linie A-B der Schlaglängenfaktor über der Belastung aufgetragen wurde. Es ergibt sich für den Punkt B ein Schlaglängenfaktor von etwa 7,3.

Zugleich ist in dem Diagramm Fig. 3 die Seillänge eingetragen. Die gestrichelte Linie deutet an, wie für jeden Punkt der Seillänge der angestrebte Schlaglängenfaktor der äußeren Litzen ablesbar ist. So ist das Seil nach Fig. 1 aufgebaut.

Im Falle stufenweiser Veränderung des Schlaglängenfaktors sind beispielsweise die ersten 80 m des Drahtseils mit einem Schlaglängenfaktor von 5,9 hergestellt, die zweiten 80 m mit einem Schlaglängenfaktor von 6,06, usw.

Claims (8)

1. Drahtseil für einen hängenden Einsatz über eine große Höhendifferenz, insbesondere mit einem gegen Drehung gehaltenen unteren Ende, insbesondere Förderkorbseil, Tiefseeseil oder Seilbahnseil, gekennzeichnet durch Schlaglängenänderung über die Seillänge derart, daß das lastspezifische Drehmoment des Drahtseils (1) nach oben abnimmt.

2. Drahtseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme des lastspezifischen Drehmoments solchermaßen bemessen ist, daß sie die Zunahme des Eigengewichts des Drahtseils (1) nach oben in der Auswirkung auf das Drehmoment im wesentlichen ausgleicht.

3. Drahtseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines nur eine Litzenlage aufweisenden Drahtseils die Schlaglänge der Litzenlage nach oben zunimmt.

4. Drahtseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines eine Mehrzahl von Litzenlagen gleicher Schlagrichtung aufweisenden Drahtseils die Schlaglänge mindestens der äußeren Litzenlage, vorzugsweise auch diejenige der inneren bzw. der nächstinneren Litzenlage, nach oben zunimmt.

5. Drahtseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines eine Mehrzahl von Litzenlagen verschiedener Schlagrichtungen aufweisenden Drahtseils (1) die Schlaglänge der äußeren, mit umgekehrter Schlagrichtung wie die innere bzw. die nächstinnere Litzenlage (3) verseilten, Litzenlage (5) nach oben abnimmt und/oder die Schlaglänge der inneren Litzenlage(n) nach oben zunimmt.

6. Drahtseil nach Anspruch 1 oder 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines eine Mehrzahl von Litzenlagen verschiedener Schlagrichtungen aufweisenden Drahtseils die Schlaglänge der Drahtlagen in den Litzen der äußeren, mit umgekehrter Schlagrichtung wie die nächstinnere Litzenlage verseilten, Litzenlage nach oben abnimmt und/oder in den Litzen der inneren Litzenlage(n) zunimmt.

7. Drahtseil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Lastaufnahme im Seilquerschnitt am oberen Seilende etwa gleichmäßig ist.

8. Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaglängenänderung in Stufen vorgenommen ist.