Seileigenschaften

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Bruchkraft

Die rechnerische Bruchkraft eines Drahtseiles ist definiert als der metallische Querschnitt eines Drahtseiles (als die Summe der einzelnen Querschnitte aller Drähte, aus dem ein Drahtseil besteht) multipliziert mit der Nennfestigkeit der Drähte des Seiles. Die Mindestbruchkraft des Drahtseiles ist die rechnerische Bruchkraft des Seiles multipliziert mit dem Verseilfaktor. Die aktuelle oder tatsächliche Bruchkraft eines Drahtseiles ist die Bruchkraft, die bei einem Zerreißversuch dieses Seiles festgestellt wurde. Bei einem neuen Drahtseil muss immer eine aktuelle Bruchkraft erreicht werden, die genauso hoch oder höher ist als die Mindestbruchkraft. Die Bruchkraft eines Drahtseiles kann erhöht werden durch die Erhöhung des Metallquerschnitts im Seil, beispielsweise indem Litzen mit höheren Füllfaktoren verwendet werden, durch Verdichtung der Litzen, durch Hämmern des Seiles. Die Bruchkraft lässt sich auch erhöhen durch Erhöhung der Zugkraft der einzelnen Drähte oder durch die Erhöhung des Verseilfaktors. Letzteres kann beispielsweise erreicht werden durch die Verbesserung der Kontaktflächen zwischen den Seilelementen oder durch eine Kunststoffeinlage.

Biegewechselfestigkeit

Die Biegewechselfestigkeit eines Drahtseiles ist definiert als die Anzahl der Biegewechsel, die ein Seil in einem Dauerbiegeversuch unter festgelegten Bedingungen (beispielsweise Laufen über Seilscheiben mit einem definierten Durchmesser und einer vorgegebenen Stranglast im Verhältnis zur Mindestbruchkraft des Seiles) erreichen kann. Die Biegewechselfestigkeit eines Seiles erhöht sich durch die Erhöhung des D/d-Verhältnisses (= Seilscheibendurchmesser D : Seilnenndurchmesser d) und durch die Verringerung der Stranglast. Die Biegewechselfestigkeit eines Drahtseiles kann erhöht werden durch die Vergrößerung des Kontaktbereiches zwischen Drahtseil und Seilscheibe und durch Erweiterung der Kontaktbereiche der Seilelemente untereinander, beispielsweise durch eine Kunststoffeinlage zwischen IWRC und den Außenlitzen. Durch die größere Kontaktfläche zwischen Seil und Seilscheibe und eine größere Flexibilität haben 8-litzige Drahtseile eine höhere Biegewechselfestigkeit als 6-litzige Drahtseile vergleichbarer Machart.

Flexibilität

Ein Drahtseil ist üblicherweise umso flexibler, je mehr Litzen und Drähte es hat. Die Flexibilität wird jedoch auch beeinflusst durch die Schlaglängen der Litzen, des Herzseiles und des Seiles sowie durch die Sperrungen (Abstände) zwischen den Drähten und zwischen den Litzen. Wenn ein Drahtseil nicht flexibel genug ist, muss es zu der Biegung um eine Seilscheibe eines festgelegten Durchmessers gezwungen werden. Dies reduziert die Biegewechselfestigkeit des Seiles.

Wirkungsgrad

Beim Lauf über eine Seilscheibe muss das Drahtseil im Auflaufpunkt vom geraden in den gebogenen Zustand und im Ablaufpunkt vom gebogenen in den geraden Zustand überführt werden. Auch muss das Lager der Seilscheibe gedreht werden. Hierbei müssen die Reibungskräfte im Seil und des Lagers überwunden werden. Dies führt zu einer Veränderung der Seilkraft. Das Verhältnis der Seilkräfte auf beiden Seiten der Scheibe bezeichnet man als den Wirkungsgrad des Seiles und nimmt hierbei in Kauf, dass dieser Zahlenwert auch die Reibungsverluste des Lagers mit berücksichtigt. Bei der Messung des Seilwirkungsgrads wird der Verlust an Stranglast beim Lauf über Seilscheiben gemessen. Im Allgemeinen wird für Drahtseile ein Wirkungsgrad von 0,98, also ein Kraftverlust von 2% pro Seilscheibe angenommen.

Verschleißfestigkeit

Veränderungen in der Stranglast rufen Veränderungen der Seillänge hervor. Die Bereiche des Seiles, die auf einer Seilscheibe oder den ersten Lagen auf der Trommel liegen, können auf die Veränderung der Stranglast nur reagieren, indem sie bei Veränderung der Seillänge über die Rille der Seilscheibe oder die Rille der Trommel rutschen. Diese Relativbewegung ruft Verschleiß hervor (sowohl in den Rillen als auch am Drahtseil).

Die Verschleißfestigkeit eines Seiles kann durch die Verwendung von weniger und deshalb dickeren Außendrähten verbessert werden. Durch verbesserte Auflageverhältnisse kann die Pressung zwischen Seil und Scheibe reduziert und somit der Verschleiß minimiert werden. (Abb. 24)

Die Verschleißfestigkeit kann auch durch die Metallurgie der Außendrähte beeinflusst werden.

Verformungsverhalten

➜ Elastizitätsmodul Der Elastizitätsmodul eines Werkstoffs ist definiert als der Proportionalitätsfaktor zwischen Spannung und Dehnung. Der Elastizitätsmodul ist eine Werkstoffkonstante.

Neben den elastischen Eigenschaften des eingesetzten Drahtmaterials ist der Elastizitätsmodul von Drahtseilen aber zusätzlich abhängig von der Seilgeometrie und der Belastungsgeschichte des Seiles. Weil es sich hier also nicht um eine Werkstoffkonstante handelt, empfiehlt ISO 12076, diesen Faktor als “Seilmodul“ zu bezeichnen.

Abb. 25 zeigt das Kraft/Wegdiagramm eines Seildrahtes. Hier kann der Elastizitätsmodul eines Drahtes als Steigung der Kurve im linearen Bereich ermittelt werden.

Abb. 26 zeigt ein Kraft/Wegdiagramm einer Litze. Da die Litze aus mehreren Drähten unterschiedlicher Länge und unterschiedlicher Schlaglängen oder unterschiedlicher Schlagwinkel aufgebaut ist, werden hier im unteren Lastbereich zunächst die kürzeren und weniger elastischen Elemente mit Last beaufschlagt. Aus diesem Grund ist die Kurve im unteren Bereich nicht linear. Sie wird erst dann linear, wenn alle Drähte der Litze gemeinsam tragen.

Abb. 27 zeigt das Kraft/Wegdiagramm eines Seiles. Auch hier finden wir im unteren Lastbereich einen nicht linearen Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung. Auch hier erklärt sich die Nichtlinearität durch die Überbelastung der kürzeren und der weniger elastischen Seilelemente. Das Kraft/Wegdiagramm ist in dem Bereich linear, in dem alle Seilelemente gemeinsam tragen und noch nicht fließen. Infolge von Setzeffekten vergrößert sich der Elastizitätsmodul von Drahtseilen während der Seillebensdauer. Der größte Teil dieser Veränderung geschieht bereits bei den ersten Belastungen des Seiles. Später ändert sich der Elastizitätsmodul dann nur noch geringfügig. Deshalb sollte ein neues Drahtseil vor der Messung des Elastizitätsmoduls mehrfach be- und entlastet werden. Die Ermittlung des Seilelastizitätsmoduls ist in ISO 12076 beschrieben.

➜ Querdruckstabilität

Die Querdruckstabilität eines Drahtseiles ist eine Funktion der Seilgeometrie und der Stranglast. Üblicherweise reduziert sich die Querdruckstabilität eines Drahtseiles mit der Erhöhung der Zahl der Seilelemente. Sie erhöht sich mit der Erhöhung der Stranglast. Seile mit unzureichender Querdruckstabilität sind für Mehrlagenwicklung nicht geeignet.

➜ Gefügestabilität

Es ist wichtig, dass das Drahtseil seine Struktur während seiner Lebensdauer behält. Die Gefügestabilität eines Seiles kann erhöht werden durch eine Kunsstoffeinlage zwischen IWRC und den Außenlitzen. Die Kunststoffeinlage fixiert die Position der Seilelemente relativ zueinander.

➜ Durchmesserreduzierung eines

Drahtseiles Mit erhöhter Stranglast wird ein Drahtseil nicht nur länger, sondern auch der Durchmesser reduziert sich. Ein großer Teil der Durchmesserreduzierung ist allerdings reversibel, d.h. der Durchmesser erhöht sich wieder, sobald sich die Stranglast reduziert. Ein Teil der Durchmesserreduzierung ist jedoch permanent. Wenn die Durchmesserreduzierung eines Drahtseiles unter Last zu stark ist, wird bei der Mehrlagenspulung das Seil unter Umständen in die unteren Lagen der Trommel gezogen. Daher muss die Durchmesserreduzierung bei der Konstruktion eines Drahtseiles für Mehrlagenspulung berücksichtigt werden (Abb. 28).