Technik

Langspleiß bei Seilbahnseilen – Teil 3

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: Teil 1 in ISR 1/2016, Teil 2 in ISR 2/2016 und Teil 3 in der vorliegenden Ausgabe.    

4 Berechnungen
4.1 Funktionsweise (statisch und ohne Biegung)
4.1.1    Der Langspleiß funktioniert auf der Basis von Reibung

Die Reibungskraft (FR) ist das Produkt aus der Normalkraft (FN), mit der die Außenlitzen auf das Ein­steckende drücken, und des Reibungskoeffizienten (μ), der zwischen den Außenlitzen und dem Gummiband bzw. zwischen dem Gummiband und der eingesteckten Litze herrscht (Kraftwirkung analog Bild 9, Längsschnitt Bild 11).

Die maximale Haltekraft wird durch die Reibungskraft (FR) und die Länge der Einstecklitze bestimmt. Der Wert der Haltekraft nimmt in Richtung der Einsteck­enden ab, wo sie zwingend null sein muss. Wenn dies nicht der Fall sein sollte, wird die Einstecklitze ausgezogen und der Spleiß sich möglicherweise öffnen.

Der Zustand der Gewölbebildung, wie im Bild 10 dargestellt, ist zwingend zu verhindern, ansonsten wird die Haltekraft für die Einsteckenden maßgeblich reduziert! Dies hat Dr. Ing. Hans Overlach [1] 1931 schon festgestellt und mittels einer Versuchsreihe bestätigt bzw. durch einen entsprechenden „Minderfaktor“ berücksichtig.

Des Weiteren ist er davon ausgegangen und hat auch experimentell versucht nachzuweisen, dass der Kraftabbau entlang des Ein­steckendes exponentiell abnimmt sowie dass für einen sicheren Spleiß der Abbau der auf die einzelnen Litzen wirkenden Seilspannkraft in ihrer ganzen Größe durch Reibung erfolgt. Dazu gibt Overlach die nachstehende Formel für die Ausziehkraft an:
 

    S ...    Ausziehkraft
    s ...    Vorspannkraft
    a …    Radius Seilmitte – Litzenmitte
    α …    Schlag- bzw. Flechtwinkel
    μ …Reibwert Wickelmaterial – Einstecklitze
    x …    Länge des Einsteckendes
    k …    Minderfaktor bei zu kleinem     Seildurchmesser entlang der eingelegten Litze (gemäß Overlach [1], mit 0,5 in die Berechnung einfließend, da immer eine gewisse Gewölbebildung vorkommen kann)

Aus der Betrachtung der oben angeführten Formel werden folgende Tatsachen ersichtlich:
Die Seilschlaglänge bzw. der Schlag- bzw. Flechtwinkel haben einen wesentlichen Einfluss auf die Haltekraft sowie auf die Anzahl der Umwindungen der eingesteckten Litze. Somit darf die Seilschlaglänge, ohne das sich für den Spleiß negative Folgen ergeben, nicht ohne weiteres verlängert werden bzw. sie sollte mit entsprechender Vorsicht gewählt werden.
Der Reibungskoeffizient des um die Einstecklitzen gewickelten Spleißmaterials muss bekannt sein und als Minimalwert eingesetzt werden. Wird unwissend ein Mittelwert eingesetzt und verändert sich dieser unerkannt in Richtung Minimalwert, so könnten die Einsteckenden unter den geänderten Bedingungen ausgezogen werden.

Die durch das Spleißmaterial gewollte Aufdoppelung muss dauerhaft erhalten bleiben, damit nicht eine unerwünschte, übermäßige Setzung des Durchmessers zu einer Gewölbebildung, zu Reduktion der Normalkraft und somit zu einer Erhöhung des Minderfaktors k führt.

4.2 Funktionsweise (dynamisch und mit Biegung)

Gegenüber der statischen Beanspruchung, ist die dynamische Beanspruchung im Betrieb einer Seilbahn wesentlich anspruchsvoller, und aus diesem Grund sind auch längere Einsteckenden notwendig.

Für diesen Fall wird nach Overlach [1] die Ausziehkraft S wie folgt berechnet:

Ψ ... Minderfaktor gebogener Litzen / Seile (gemäß Overlach [1] 0,185 für Gleichschlag- bzw. 0,137 für Kreuzschlagseile)

Gegenüber der Gleichung (1) für statische Anwendungen ist bei der Gleichung (2) (dynamisch und mit Biegung) der Faktor Ψ dazugekommen. Er berücksichtigt die Biegung sowie die durch den Betrieb entstehende Schwellbeanspruchung.

4.3 Ergebnisse

Diverse durchgeführte Versuche bestätigen größtenteils die schon bekannten Aussagen von Overlach [1] und Beck [2] bzw. lassen sie noch spezifischere Aussagen über das jeweilige Spleißverfahren zu.

So wurden folgende Versuche durchgeführt; detaillierte Aussagen müssen aber noch speziell ausgewertet und verarbeitet werden.

  • Zerreißversuch Seil mit Knoten und zwei Einsteckenden: Bei diesem Zerreißversuch konnte die von Overlach [1] schon 1931 gemachte Aussage bestätigt werden, dass ein Spleiß bei genügend langen Einsteckenden die Mindestbruchkraft des Seiles erreichen kann. Das Seil riss erst nach Überschreiten der für dieses Seil gültigen Mindestbruchkraft.
  • Diverse Ausziehversuche mit unterschiedlich langen Einsteck­enden, unterschiedlichen Bewicklungen und bei wesentlich dickeren Seilen (ᴓ 42 mm): Ihre Auswertung wird detailliertere Rückschlüsse auf die Rei­bungs­ko­effizienten, den Einfluss der Einsteckendenlänge und die Bewicklungsstabilität ergeben.
  • Grenzversuche auf der Testan­lage der Fa. Fatzer: Auf Grund dessen, dass die Fa. Fatzer jahrelange, breite Felderfahrung mit kurzen Einsteckenden besitzt und auf seiner hauseigenen Testanlage Grenzversuche durchgeführt hat, liegen genügend Informationen vor, die eine passende Dimensionierung bei der Länge der Einsteckenden erlauben.

5 Diskussion

Wo liegen die Grenzen bezüglich der Längen der Einsteckenden sowie der Gesamtlänge eines Lang­spleißes wirklich?

All die oben beschriebenen Überlegungen und Erfahrungen zeigen, dass man davon ausgehen kann, dass die aktuell vorgeschriebene Spleißgeometrie in sehr vielen Fällen genügend Sicherheitsreserven hat. Es muss jedoch an dieser Stelle betont werden, dass, wenn man die Gesamtlänge oder die Länge der Einsteckenden reduzieren möchte, vorher die auf der spezifischen Anlage vorherrschenden Bedingungen gründlich analysiert werden müssten. Nur damit wäre es möglich, bei gleich bleibender Sicherheit vereinzelt die vorgegebenen Längen zu unterschreiten. Insbesondere ist der Unterzeichnende überzeugt, dass eine Gesamtlänge des Spleißes von ca. 720 bis 800 x d (entspricht 12 x 60 d) bei ausgewählten Anlagen möglich wäre.
Andererseits aber darf man nicht übersehen, dass die immer dicker werdenden Förder- bzw. Zugseile (mit einem Durchmesser von bis ca. 60 bis 70 mm) sowie die immer größeren Schwellbeanspruchungen, denen die Seile ausgesetzt sind, die Anforderungen an den Spleiß erhöhen. Deswegen müsste man potentielle Änderungen in diesem Bereich mit Bedacht vornehmen.

Die stetige Entwicklung im Bereich der Seilbahntechnik verlangt nach einer kontinuierlichen Überprüfung und Verbesserung des Spleißprozesses als Ganzes. Der Spleiß als das „schwächste Glied“ einer Seilschleife darf nicht frühzeitig ausfallen und dadurch die Lebensdauer des gesamten Seiles unnötig beeinträchtigen.

Das Kennen und Verstehen der Einsatzgrenzen eines Langspleißes aus unterschiedlicher Herstellung und mit unterschiedlicher Geometrie ist von großer Wichtigkeit und erlaubt die perfekte Ausnutzung bei den unterschiedlichsten Randbedingungen und Einsatzsituationen.

6 Danksagung

Der Autor möchte C. Nater (Fatzer AG) und seinem F&E-Team für die technische Unterstützung und ­engagierte Hilfe herzlich danken.


Literatur
[1]    Dr. Ing. H. Overlach, 1931. Über Langspleißungen
[2]    Dipl. Ing. W. Beck, 1981. Ausführungsform und Verhalten des Lang­spleißes bei Dauerbeanspruchung
[3]    Europäische Norm EN 12927-3, Langspleiß von 6-litzigen Zug- und Förderseilen für Seilbahnen 


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