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May 06, 2023

Was sind die neuesten Entwicklungen in der Drahtseilforschung?

Von D.Ann Shiffler10. November 2022 Die Forschung an Draht- und Faserseilen ist intensiv.

Von D.Ann Shiffler10. November 2022

Die Forschung an Draht- und Faserseilen ist intensiv. D.Ann Shiffler berichtet.

Im letzten Jahrzehnt haben eine Handvoll Kran-OEMs mit Draht- und Kunststoffseilherstellern zusammengearbeitet, um die Idee zu erforschen, schwere Drahtseile durch leichtere Faserseile zu ersetzen. Die Idee besteht darin, Gewicht zu reduzieren, ohne an Kraft einzubüßen.

Sven Balbiani, Commercial Director von Python bei Wire Rope, sagte, dass die meisten Kran-OEMs mit den derzeit verfügbaren Drahtseilprodukten zufrieden seien.

„Wir sehen bei unseren OEMs kein allzu großes Interesse an diesem Thema“, sagte Balbiani. „Es gibt einen Laufkranhersteller, der eine ganze Produktlinie auf den Markt gebracht hat, die mit Faserseilen oder Stahldrahtseilen ausgestattet werden kann.“

Die Mehrheit entscheidet sich immer noch für Stahldrahtseile.

Welche Vorteile haben synthetische Seile?

WireCo hat auch mit OEMs zusammengearbeitet, um Möglichkeiten für synthetische Seile als Alternative zu Stahldrahtseilen zu erkunden.

„Der Hauptzweck dabei besteht darin, das Gewicht zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen, was zunehmend ein Problem darstellt, da Hebevorgänge immer höher, schwerer und komplexer werden“, sagte Andreas Schmeiss, Vizepräsident von WireCo. „Synthetikseile sind in der Regel auch einfacher zu handhaben und zu installieren, wodurch Ermüdungserscheinungen und Verletzungsgefahr für diejenigen verringert werden, die Installationen, Inspektionen und Auswechslungen durchführen. Und da keine Schmierung erforderlich ist, bieten Faserseile Vorteile für die Umwelt.“

Doch trotz aller Vorteile bringt Faser auch einige große Herausforderungen mit sich.

„Im industriellen Umfeld, in dem Seile häufig auf scharfe Kanten und abrasive Oberflächen stoßen, ist Stahl im Allgemeinen unempfindlich, während Fasern anfällig für Ausfransen sind“, sagte er. „Fasern reagieren auch empfindlich auf ultraviolette Strahlung und übermäßige Hitze. Hohe Temperaturen können einen Zustand namens „Kriechen“ verursachen, bei dem ein Seil biegsam wird und sich über seine ursprüngliche Form hinaus dehnt.“

Ultraviolette Strahlung könne Seilfilamente zersetzen, sodass spezielle Beschichtungen angebracht werden müssten, um ein Versagen zu verhindern, sagte er.

„Ausmusterungskriterien sind bei synthetischen Seilen auch schwieriger zu bestimmen, da die zerstörungsfreien Prüfmethoden zur Beurteilung des Zustands eines Stahlseils nicht geeignet sind“, sagte er. „Synthetische Seile sind tendenziell teurer als Stahldrahtseile. Bei der gleichen Anwendung können die Kosten für Fasern die von Stahl um das Drei- bis Vierfache übersteigen.“

Sowohl bei Stahl- als auch bei Kunststoffprodukten bietet WireCo Lösungen für einen bestimmten Endverbrauch, unabhängig vom Material, sagte Schmeiss.

„Faserseile tragen dazu bei, den erforderlichen Seildurchmesser enorm zu reduzieren“, sagte Balbiani. „In einigen Fällen ist Stahl der klare Gewinner. In anderen Fällen sind es Fasern. Fortschrittliche Beschichtungen könnten eines Tages den Ausschlag zugunsten von Kunststoffen geben, aber im Moment wäre es schwer vorstellbar, dass Faserseile Stahl jemals vollständig verdrängen würden.“ bald."

Fasern eignen sich gut für statische Anwendungen, insbesondere im maritimen Umfeld.

„Dazu gehören Anwendungen, bei denen Seile nicht kontinuierlich auf Trommeln auf- und abgewickelt werden“, sagt Schmeiss. „WireCo setzt über Lankhorst Ropes seit langem synthetische Seile zum Festmachen von Schiffen, Offshore-Energieplattformen und in jüngerer Zeit auch für schwimmende Windkraftanlagen ein. Diese Seile werden auf See transportiert und installiert, was das geringe Gewicht, die hohe Festigkeit und die Leichtigkeit der synthetischen Seile ermöglicht -Handhabung und Korrosionsbeständigkeit die bevorzugte Wahl gegenüber Stahl.

WireCo hat kürzlich die Union Gladiator-Serie von Auslegeranhängern eingeführt, ein Seil auf Faserbasis für Bergbauschaufeln.

„Anders als der in herkömmlichen Anhängern verwendete Stahl wirken die synthetischen Aramidfasern von Gladiator bei Grabarbeiten wie ein Stoßdämpfer und reduzieren ermüdungsbedingte Belastungen sowohl für die Schaufelausrüstung als auch für diejenigen, die sie bedienen“, sagte Schmeiss. „Dies wiederum könnte die Lebensdauer von Schaufeln und Schleppschaufeln um das Drei- bis Vierfache der Lebensdauer verlängern, die normalerweise bei der Verwendung herkömmlicher Stahltechnologien erreicht wird.“

Glasfaser bietet auch Potenzial für einen breiteren Einsatz in dynamischen Anwendungen. Im Hebebereich erfreuen sich synthetische Hebegurte großer Beliebtheit.

Bruchlast und Gewicht

Eine besondere Herausforderung stellen jedoch Mobilkrane dar, da Seile ein optimales Gleichgewicht zwischen Bruchlast und Gewicht herstellen müssen.

Balbiani nannte drei Unternehmen, die Faserseile für ihre Kräne/Hebezeuge anbieten. Ein Kran mit Faserseil sei eine Ausnahme, nicht die Regel, sagte er.

Schmeiss sagte, dass sowohl die begrenzten Achslasten straßenzugelassener Fahrzeugkrane als auch die Gewichtsbeschränkungen von Raupenkranen erfordern, dass Seile bei konstantem Durchmesser eine stetig steigende Bruchlast aufweisen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssten synthetische Alternativen spezielle Fasern mit ähnlicher Zugfestigkeit wie Stahl verwenden, sagte er.

Der LankoLift S von Lankhorst Ropes leistet dies, sagte Schmeiss. Das gelbe Seil besteht aus 12 geflochtenen Außenlitzen aus Hightech-Dyneema und bietet eine Bruchfestigkeit, die der eines Stahlseils gleicher Dicke entspricht. Der Kern von LankoLift ist so konzipiert, dass er Querdrücken standhält, und Labortests mit umgekehrten Biegezyklen haben vielversprechende Ergebnisse erbracht. Das Seil verfügt außerdem über eine spezielle Faserbeschichtung, die die innere Reibung verringert und die UV-Beständigkeit erhöht.

„Die Testteilnehmer des LankoLift-Krans waren durchweg vom geringen Gewicht, der Flexibilität und der einfachen Handhabung des Produkts bei Installation und Hakenflaschenwechsel beeindruckt“, sagte Schmeiss. „Das Seil hat sich für höhere Nutzlasten bewährt, insbesondere bei größeren Hubhöhen und längeren Auslegerlängen. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Wartungsaufwand, da Kunststoffseile dieser Art korrosionsbeständig sind und keiner weiteren Schmierung bedürfen.“

Und dann wäre da noch die Idee, Draht- und Faserseil zu verschmelzen – ein Hybridseil. Auch Python erforscht dieses Konzept.

„Unterm Strich birgt das Faserseil einen Kostennachteil, der sich jedoch erst dann ausgleicht, wenn die Einsätze sehr teuer sind, beispielsweise im Tiefschachtbergbau, und sich die relativ geringe Reduzierung des Gesamtgewichts über eine große Länge zu Gunsten der Nutzlast summiert, [wie] „Erhöhung der Kapazität eines Containers von 30 auf 40 Tonnen in einem 3.000 Meter tiefen Schacht“, sagte Balbiani. „Aufgrund der wirtschaftlichen Turbulenzen haben wir diese Projekte derzeit auf Eis gelegt und werden fortfahren, sobald die Probleme in der Lieferkette behoben sind.“

WireCo bietet mit dem Casar TurboLite M ein hybrides Bergbauseil mit einem kunststoffummantelten, hochfesten Faserkern, umgeben von Stahldrahtlitzen. Diese Konstruktion bietet ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie Beständigkeit gegen Abrieb und Biegeermüdung. Es wurde für den Einsatz im Untertagebergbau entwickelt, wo die Schächte immer tiefer werden und den limitierenden Faktor für die Förderkapazität darstellen, sagte Schmeiss.

„Wie bei anderen Anwendungen, die Kunststoffe bevorzugen, ist das reduzierte Gewicht ein klarer Vorteil“, sagte Schmeiss. „Das Gleiche gilt für die zusätzliche Haltbarkeit und das geringere Kriechen, die Hybridseile bieten. Im Hinblick auf die Nachteile und Faktoren, die eine breitere Nutzung einschränken würden, sind die Kosten wahrscheinlich am bedeutendsten.“

Zu Hybridseilen wurde viel geforscht. Das Hauptziel bestand darin, den unabhängigen Drahtseilkern eines herkömmlichen Stahldrahtseils durch ein Hochleistungs-Synthetikseil zu ersetzen, das auch unterstützende Trageigenschaften aufweist.

Hochleistungskunststoffseile werden an LKW-Kränen für Übertragungskabel- und Transformatoranwendungen verwendet. Diese Seile werden an Turmdrehkranen, RTs und sogar Laufkranen eingesetzt. Auch die Aufzugsindustrie forscht am Einsatz von Hybridseilen.

Hybridseile bestehen aus einer Mischung aus Stahldrähten und Hochleistungsfasern, die die Eigenschaften beider Produkte vereinen.

Wir sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, das Gewicht eines Krans zu reduzieren, ohne die mechanischen Eigenschaften beim Heben zu beeinträchtigen. Der Mobilkranmarkt verlangt nach Seilen mit hoher Bruchfestigkeit und Verdrehsicherheit für lange Hübe und höhere Gewichte. Außerdem müssen wir uns darüber im Klaren sein, dass Endbeschläge – wie Press- oder Vergussknöpfe, Muffen und Keilmuffen – in der Lage sind, den Abschluss des Hybridseils vorzunehmen, um die Installation abzuschließen.

Prüfkriterien für Standard-Drahtseile gibt es schon seit langem. Seit der Einführung von Hochleistungskunststoffseilen werden auch Prüfkriterien dokumentiert. Hochleistungs-Synthetikseile werden vorwiegend bei Nutzfahrzeuganwendungen mit viel kürzeren Hubwegen und sehr wenigen, wenn überhaupt überhaupt, Leitungsabschnitten durch den Block verwendet. Vor diesem Hintergrund sind die Prüfkriterien für Hochleistungskunststoffseile sehr wichtig und erfordern eine angemessene Schulung für die tägliche Prüfung und die Prüfung durch Dritte. Die Inspektion dieser Seile hat viele Diskussionen ausgelöst. Ein kritisches Thema sind Schäden. Wenn ein Stahldrahtseil über eine Seilscheibe springt, können die äußeren Stahldrähte dem Missbrauch standhalten. Bei synthetischen Hochleistungsseilen können jedoch Fasern mit sehr kleinem Durchmesser zwischen der Rolle und dem Block geschnitten werden.

Die Forschung wird zweifellos weitergehen. Ein Hybridmantel gibt weitere Antworten, wenn es um Inspektion und Schadensbeurteilung geht. Und vielleicht gibt es auch einen gewissen Trost, wenn man weiß, dass ein Hybridseil durch Stahldraht geschützt ist und die inneren, leichteren Fasern die Festigkeits-, Flexibilitäts- und Drehmomentausgleichseigenschaften erfüllen.

DER AUTOR

Tony Fastuca, Vizepräsident von ASC Industries Python America, ist seit 1979 in der Drahtseilindustrie tätig. Mit Sitz in Deutschland liefert Python technische Seile für Kunden auf der ganzen Welt.