Bild 1: Arbeiten an einem Langspleiß
Technik

Langspleiß bei Seilbahnseilen – Teil 1

Im Rahmen der 5. Internationalen Stuttgarter Seiltage, die im März des vergangenen Jahres gemeinsam mit der OIPEEC-Konferenz 2015 stattgefunden haben, hat Bruno Longatti, Technischer Leiter beim Schweizer Seilhersteller Fatzer AG, ein vielbeachtetes Referat über den Stand von Wissenschaft und Technik des Langspleißes von Seilbahnseilen gehalten.

von: Bruno LONGATTI - Fatzer AG

Die ISR veröffentlicht diesen Beitrag in drei Teilen (in dieser und in den zwei folgenden Ausgaben), in dem der Autor einen Überblick über diese unverzichtbare Seilverbindung gibt, über Erfahrungen mit der Spleiß-Geometrie berichtet und den Einfluss des Spleißes auf die Lebensdauer der Seile behandelt.

1 Einführung

De r Spleiß ist eine sehr alte und bis heute auch die einzige Seilver­bindung, mittels derer eine End­losschlaufe (ohne nennenswerte Durchmesserveränderung entlang des verbundenen Seilbereiches) hergestellt werden kann.

Um die Funktionssicherheit eines Langspleißes zu gewährleisten, sind die Längen der Einsteckenden sowie die Gesamtlänge des Langspleißes seit längerer Zeit normiert. Dies hat zum Ziel, die Funktionssicherheit des Spleißes zu gewährleisten bzw. die Gefahr des Auseinanderrutschens der Litzen im Betrieb unter den bei Seilbahnen üblichen Betriebsverhältnissen zu verhindern.

Des Weiteren gilt es bei einem Langspleiß auch zu berücksichtigen, dass die Anforderungen einerseits an die Durchmessergenauigkeit insbesondere im Bereich der Knoten (damit die Funktion der verwendeten kuppelbaren Klemmen nicht gestört wird) und an-dererseits an die zu erwartende Lebensdauer (da immer häufiger gespleißte Seilschlaufen auf urbanen Anlagen, die sehr hohen Anzahl Fahrten haben, eingesetzt werden) hoch sind.

In der Arbeit „Über Langspleißungen“ von Dr. Ing. Hans Overlach aus dem Jahr 1931 wurde bereits der Aspekt der Länge der Einsteck­endenlitzen sowie der notwendigen Verhinderung einer „Gewölbebildung“ (Durchmesser der Einstecklitze zu klein) bzw. der Reduktion der Radialkräfte und somit der „Haltekräfte“ auf die Einsteck­enden thematisiert und behandelt. Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist jedoch nicht die Überprüfung der damaligen Ergebnisse unter Berücksichtigung der heute gültigen Randbedingungen (z. B. dickere Seile mit mehrlagigen Litzenkonstruktionen); vielmehr wird hiermit das Ziel verfolgt, alle Punkte, die für die Funktionsfähigkeit und für die Erreichung der erwarteten Lebensdauer maßgeblich sind, zu erkennen und zu bewerten.

Wenn wir die aktuellen Spleißvorgaben betrachten, ist die Gesamtlänge eines Langspleißes mit ≥ 1200 x d (d = Seilnenndurchmesser) über die letzten 80 Jahre in etwa gleich geblieben. Dagegen ist die Länge der Einsteckenden individuell in einzelnen Ländern eher kürzer geworden. Gemäß den aktuellen EN-Normen beträgt die minimale Länge der Einsteckenden 60 x d (bei einem maximalen Seilsicherheitsfaktor von 15), in den USA betrug früher die minimale Länge der Einsteckenden sogar nur 30 x d und in der Schweiz galt vor 2003 ein Grenzwert von 50 x d. Auf Grund dieser Erfahrungswerte und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass heute noch – auch wenn nur vereinzelt – Spleiße mit der oben genannten Geometrie störungsfrei in Betrieb sind, darf vermutet werden, dass die aktuellen Normvorgaben unter „normalen Randbedingungen“ und bei korrekter Spleißherstellung der erwarteten Funktions­sicherheit genügen.

Darüber hinaus muss festgestellt werden, dass je nach ausführender Firma bei der Herstellung eines Langspleißes unterschiedliche Bewicklungsmaterialien für die Einsteckenden verwendet werden, aber auch unterschiedliche  Ausführungsvarianten (Einsteck­endenlänge, Knotenart, Art des Zusammendrehens etc.) zum Einsatz kommen. Aus diesen Gründen sind bei der Auslegung eines Langspleißes all diese Aspekte zwingend einzubeziehen bzw. erschwert oder sogar verunmöglicht ihre Vielfalt die allgemeine Bewertung eines Spleißsystems, wenn das genaue Wissen der oben genannten Parameter fehlt.

Wird schließlich der Langspleiß bezüglich seiner Lebensdauer, die bei urbanen Anlagen immer größere Wichtigkeit bekommt, betrachtet, so gilt es, das Augenmerk speziell auf den Knoten- bzw. den Stoßstellenbereich zu richten, da es schließlich genau diese Bereiche sind, die die Lebensdauer des Spleißes einschränken.

Aus den oben erwähnten Gründen drängen sich verschiedene Fragen auf, welche die Auslegung eines funktionstüchtigen, wirtschaftlichen, aber auch langlebigen Langspleißes betreffen:

  • Welche Faktoren beeinflussen die Funktionsfähigkeit eines Langspleißes?
  • Können die aktuell geltenden Vorschriften / Normen / Zertifizierungssysteme sichere Spleißverbindungen gewährleisten?
  • Welche Faktoren beeinflussen die Lebensdauer eines Lang-spleißes?
  • Muss ein Langspleiß in der Zukunft anlagenspezifisch abgeschätzt und ausgelegt werden?
  • Wo liegen die Grenzen bezüglich der Einsteckendlängen sowie der Gesamtlänge eines Langspleißes wirklich?

Im Folgenden wird versucht auf die verschiedenen Fragen einzugehen, einige Informationen zu liefern sowie Fakten aufzuzeigen.

1.1 Historie der Seile und des Langspleißes

Der Begriff „Spleißen“ hat die Bedeutung des Zusammenfügens von Seilen bzw. Seilenden.

Tatsächlich ist die Geschichte des Seiles beeindruckend. Noch heute sind die meisten Seile im Grundsatz ähnlich beschaffen wie vor mehr als 2.000 Jahren. In vielen alltäglichen Situationen spielen Seile zunehmend eine wichtige Rolle; werden Zugkräfte über Rollen oder um Scheiben abgelenkt, so sind Seile bis heute ein nicht zu ersetzendes Teilsystem.

Während Jahrhunderten existierten Seilerzünfte, und noch heute tragen Tausende diesen Beruf in ihrem Namen. Der Seiler lernte Natur-, Chemiefaser- sowie Drahtseile herzustellen und diese entsprechend den Bedürfnissen der Kundschaft zu konfektionieren, zu montieren und zu warten. Da heute die Anzahl der Seilereien aber sehr viel kleiner ist und die Seilereien meist in einem stark eingegrenzten Bereich spezialisiert sind, kann eine Ausbildung zum Seiler weltweit oft nur noch im Textilseilsektor und an sehr weni-gen Orten erfolgen. Auch kann mit Bestimmtheit gesagt werden, dass sich der Seiler heute mehr auf die Seilherstellung konzentriert und die Arbeit der Spleißherstellung spezialisierten Spleißern überlässt (Bild 1).

Bild 2: Kurzspleiß mit Endsicherung

2 Spleißarten

Bild 3: Langspleiß
Bild 4: Geometrische Vorgaben beim Langspleiß

 

2.1 Kurzspleiß

Der Kurzspleiß dient zum Verbinden von zwei Seilenden ohne weiteres Hilfsmittel (Bild 2). Dazu werden die Enden in die einzelnen Litzen aufgetrennt und in spezieller Vorgehensart übereinandergelegt, durch­gesteckt, sorgfältig festgezogen und abschließend gesichert. Die Anzahl „Unterstiche“ ist je nach verwendetem Seilmaterial (Stahldrähte, Natur- oder Kunststoff-Fasern) vorgegeben.

Ein Nachteil des Kurzspleißes ist seine Dicke, die bei laufendem Seil eine Klemmung oder das Laufen um Scheiben be- oder gar verhindern kann. Daher können endlos gespleißte Litzenseile für Seilbahnen nicht mittels Kurzspleiß verbunden werden.

2.2  Langspleiß

Der Langspleiß dient wie der Kurzspleiß zum Verbinden von zwei Seilenden (Bild 3). Gegenüber dem Kurzspleiß hat er den Vorteil, dass entlang des Spleißbereiches keine nennenswerten Durchmesserveränderungen auftreten. Nur in den Knotenbereichen, in welchen im-mer eine zusätzliche Litze zu liegen kommt, ergeben sich zwingende Verdickungen.

Ein Langspleiß in häufig verwendeten 6-litzigen Drahtseilen mit „Kunststoffseele“ ist etwa 1200 x d bis 1300 x d (1200-facher bis 1300-facher Seildurchmesser) lang. Damit ergibt sich in der  Praxis für einen Spleiß, beispielsweise eines Seiles mit einem Durchmesser von 50 mm, eine Gesamtlänge von über 60 m. Der Spleiß muss nach dem Einziehen und vor dem Auflegen des oft bis zu mehrere Kilometer langen Seiles vor Ort ausgeführt werden.

Der wesentliche Unterschied zum Kurzspleiß besteht darin, dass beim „Verstecken“ der zunächst abstehenden Litzen (also dem eigentlichen Spleißen) nicht abwechselnd unter den Litzen hindurch gearbeitet wird, sondern stattdessen die „Seele“ jeweils auf etwa je 50 bis 100 x d Länge entfernt wird, sodass anschließend das jeweils umwickelte und deswegen etwa gleich dicke Litzenende ihren Platz einnehmen kann.

Der oben kurz beschriebene Prozess der Herstellung eines Lang­spleißes kann nur durch Handarbeit ausgeführt werden. Dazu werden jeweils die Enden eines Seiles aufgetrennt und anschließend mit­einander verflochten. Hier ist besondere Sorgfalt nötig. Eine Spleißverbindung sollte bei korrekter Herstellung immer eine höhere Zerreißfestigkeit aufweisen als das eigentliche Seil. Dies konnte mit entsprechenden Versuchen auch bewiesen werden.

Die Funktion einer Spleißverbindung beruht auf der vorhandenen Reibung zwischen den Außenlitzen und dem Kern, der im Spleißbereich jeweils durch eine eingesteckte Außenlitze ersetzt wird. Die für den Reibungsaufbau notwendige Normalkraft zwischen der Außenlitze und dem Kern entsteht durch die Radialkraft, mit der die Außenlitzen auf den Kern drücken, wenn das Seil unter Zug steht. Der Reibungskoeffizient zwischen der Außenlitze und dem Kern wird maßgeblich durch das Material, das zur Aufdickung der Kernlitze verwendetet wird, bestimmt. Eine Reduktion der Zerreißfestigkeit kann nur in den Bereichen der Knoten und der Stoßstellen auftreten, insofern der Spleiß ohne die notwendige Sorgfalt ausgeführt wird.

Schließlich verhält sich der Spleißbereich sehr ähnlich wie der freie Seilbereich, weswegen dieser Bereich ohne Einschränkungen auch über Scheiben oder Rollenbatterien gebogen werden kann.

Bei dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf Seile, welche aus Stahldraht gefertigt sind und in gespleißter Ausführung mehrheitlich als Endlosschlaufe im Bereich der Seilbahnen für den Personen- bzw. Materialtransport eingesetzt werden.

2.3  Aktuelle geometrische Vorgaben für einen Langspleiß

Die geometrischen Anforderungen an einen Langspleiß (Gesamtlänge, Länge der Einstecklitzen – Bild 4 – und Knotendurchmesser) sind in der EN 12927-3 vorgegeben:

Spleißlänge gesamt ≥ 1200 x Seildurchmesser,

Knotendurchmesser ≤ 1,10 x Seildurchmesser (nominal),

bei Seilsicherheitsfaktor ≤ 15:

Länge der Einstecklitze ≥ 60 x Seildurchmesser,

bei Seilsicherheitsfaktor ≥ 15, ≤ 20:

Länge der Einstecklitze ≥ 100 x Seildurchmesser,

bei Seilsicherheitsfaktor > 20: 

Norm­abweichung, bedingt weitergehende Bewertung und Umsetzung allfälliger Maßnahmen zur Sicherstellung der Funktionalität des Spleißes.

Weitere die Qualität des Knotens betreffende Punkte sind: 

  • Rundheit des Knotens,
  • möglichst geringer Litzenkontakt,
  • innerhalb der eingegrenzten Durchmesservorgaben des Seilbahnherstellers (Knotendurchmesser ≤ 1,08 x Seildurchmesser),
  • Kreuzknoten ineinandergelegt ausgeführt (Bild 5),
  • passende Knotenunterstützung.

Mittels der genauen Beachtung insbesondere der oben erwähnten Qualitätsmerkmale lässt sich die Lebensdauer eines Spleißes wesentlich verlängern. Dabei ist zu betonen, dass ein möglichst kleiner Knoten zwar ein störungsfreies „Kuppeln“ der Klemme gewährleistet, hat jedoch im Allgemeinen eine Reduktion der Lebensdauer zur Folge; eine Erkenntnis, die mehrfach sowohl bei Versuchen an der Seiltestanlage als auch im Feld nachgewiesen bzw. bestätigt wurde. 

2.4 Ausführungsvarianten des Langspleißes

Bild 5: Schnitt durch einen Spleißknoten
Bild 6: Ausführung Rosenspleiß
Bild 7: 3+3-Spleiß
Bild 8: Links Parallelknoten, rechts Kreuzknoten

2.4.1  Rosenspleiß

Beim Rosenspleiß werden jeweils jede zweite Litze (z. B. 1+3+5) von einem Seilende sowie die anderen entsprechenden Litzen (z. B. 2+4+6) des anderen Seilendes 

miteinander zusammengedreht (Bild 6). Diese Spleißart bedingt mehr Aufwand, da jede Litze einzeln aus den jeweiligen Seilenden ausgedreht und ins andere Seilende eingedreht werden muss. Diese Spleißart zeigt Vorteile durch ihre symmetrische Verteilung und auch beim Verspleißen eines alten mit einem neuen Seil (Reparatur- oder Verbindungsspleiß) oder falls mechanische oder geometrische Seileigenschaften leicht voneinander abweichen.

2.4.2  3+3-Spleiß

Beim 3+3-Spleiß werden jeweils drei nebeneinanderliegende Litzen (z. B. 1, 2 und 3) vom einen Seilende sowie drei nebeneinanderliegende Litzen (z. B. 4, 5 und 6) sowie die dazugehörige Seileinlage miteinander zusammengedreht („verheiratet“, Bild 7). Das „Verheiraten“ der beiden miteinander zu verspleißenden Seilenden funktioniert bei dieser Art um einiges einfacher und schneller als das Zusammenführen der einzelnen Litzen beim Rosenspleiß.

Da jeweils je eine Seilhälfte zusammengedreht wird, muss speziell auf gleiche Seileigenschaften sowie beim Zusammendrehen auf gleiche Litzenzugkräfte geachtet werden. Bei Nichtbeachtung dieser Punkte könnte innerhalb des Spleißes eine entsprechende Asymme­trie entstehen, welche sich im 

Betrieb negativ auf die Qualität des Spleißes auswirkt.

2.4.3  Spleiß mit Mittelstück

Ein Mittelstück in einem Spleiß kann als Folge eines der nachfolgenden Gründe entstehen bzw. eingeplant werden:

  • Einsteckenden sind bei einem 6-litzigen Seil kürzer als 100 x d, wodurch die Gesamtlänge des Spleißes kleiner als 1200 x d wäre. Diese fehlende Länge wird üblicherweise in der Spleißmitte durch ein „Mittelstück“ ausgefüllt.
  • Es wird bewusst eine gegenüber der vorgegebenen Spleißgesamtlänge vorgesehene Überlänge in der Spleißmitte eingeplant, welche unter Umständen für eine erste „Ringverkürzung“ (Kürzung, bei welcher nur jeweils eine Litze pro Knoten ausgedreht und neu eingelegt werden muss) verwendet werden kann.

2.5  Knotenarten

2.5.1  Parallelknoten

Bei einem Parallelknoten werden die beiden Litzen (Bild 8 links) parallel aneinander vorbeigeführt, bevor sie in den Kern des Seiles eingeführt und zur Einstecklitze werden. Spleiße mit Parallelknoten weisen in Folge der Parallelführung der Litzen im Knotenbereich einen stark erhöhten Seildurchmesser (bis zu +15 % über Nenndurchmesser) auf, weil entlang dieses Bereiches sieben Litzen nebeneinander liegen. Dadurch erfahren die Litzen in diesem Bereich durch Linienberührung reduzierte Pressungen und deswegen ist die Entstehung von Reibkorrosion kleiner. Obwohl Parallelknoten bezüglich Lebensdauer eindeutige Vorteile aufweisen, werden sie wegen des übergroßen Knotendurchmessers bei Anlagen mit kuppelbaren Klemmen nie und bei Anlagen mit fixen Klemmen nur noch sehr selten eingesetzt. Eine Ausnahme bilden hier die Schleppliftseile: Damit die Klemmen nicht versehentlich auf die Knoten geklemmt werden, ist es wichtig, dass die Knoten gut erkennbar sind. Aus diesem Grund werden die Knoten in manchen Ländern noch als Parallelknoten ausgeführt.

2.5.2  Kreuzknoten

Bei einem Kreuzknoten werden die beiden Litzen (Bild 8 rechts) im Knotenbereich überkreuzt, bevor sie in den Kern des Seiles eingeführt werden und zur Einstecklitze werden. Die Überkreuzung der Litzen hat eine geringere Durchmessererhöhung als beim Parallelknoten (nur bis zu +10 % über Nenndurchmesser) zur Folge. Der Kreuzknoten hat sich bei Anlagen mit umlaufenden Seilen und kuppelbaren Klemmen klar durchgesetzt.

2.5.3  Ineinandergelegter Kreuzknoten

Beim ineinandergelegten Kreuzknoten werden im Knotenbereich die zu überkreuzenden Litzen aufgedreht und im geöffneten Zustand aneinander gelegt. Hiermit wird sowohl die Pressung in Folge der Vergrößerung des Kontaktbereichs zwischen den Knotenlitzen reduziert als auch die Durchmessererhöhung am Knoten noch kleiner gehalten (Bild 5).

Teil 2 von „Langspleiß bei Seilbahnseilen“ folgt in ISR 2/2016


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