A128

Berechnung der Schwingfestigkeit festgewalzter Bauteile

(A128 S 24/09/97)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. September 1997 – 31. August 2000

Die Seillebensdauer, die Ablegedrahtbruchzahl zur Erkennung der Seilablegereife und das Drehverhalten sind wichtige Kenngrößen beim Einsatz der Seile in der Praxis. Für diese Kenngrößen bestehen Berechnungsmethoden, die auf theoretische Überlegungen aber vor allem auf den Ergebnissen von Versuchen mit verschiedenen Seilkonstruktionen beruhen. Für drehungsarme und drehungsfreie Seile sind diese Berechnungsmethoden bisher wegen fehlender Versuchsergebnisse nicht anwendbar. Mit den vorliegenden Ergebnissen einer Untersuchung wird diese Lücke geschlossen. Da die drehungsarmen und drehungsfreien Drahtseile - von Sonderfällen abgesehen - als Spiralrundlitzenseile ausgeführt sind, beschränkt sich die Untersuchung auf diese Seile.

Die Dauerbiegeversuche wurden in einer Seilbiegemaschine durchgeführt. Die Prüfseile werden dabei zu einem Seilring zusammengeschlossen, der über eine oszillierend bewegte Antriebsscheibe sowie die Prüfscheibe geführt wird. Das über die Prüfscheibe hin- und herbewegte Seilstück wird schwellend auf Biegung und zusätzlich durch ein Gewicht auf Zug beansprucht. Untersucht wurden Seile im Durchmesserbereich von 8 bis 18 mm.

In Abhängigkeit von der Bruchbiegewechselzahl wurde die durchmesser-bezogene Seil-Zugkraft für unterschiedliche Werte des bezogenen Prüfscheiben-Druchmessers aufgetragen. Bei Erreichen einer bestimmten Biegewechselzahl fällt die ertragbare bezogene Seilzugkraft steil ab. Aus den Versuchsergebnissen lassen sich die folgenden Aussagen ableiten.

Seillebensdauer

Mit den aus den Ergebnissen abgeleiteten Konstanten kann die Seillebensdauer der Spiralrundlitzenseile bei der Beanspruchung durch Einfachbiegung, durch Gegenbiegung oder durch Biegung mit Zugkraftänderung berechnet werden als
    
die mittlere Bruchbiegewechselzahl N,

die Biegewechselzahl N10, bei der mit einer Sicherheit von 95 % höchstens
  10 % der Seile gebrochen sind,
    
die mittlere Ablegebiegewechselzahl NA und

die Biegewechselzahl NA10, bei der mit einer Sicherheit von 95 % höchstens
10 % der Seile ablegereif sind.

Mit den ermittelten Konstanten kann außerdem der optimale Seildurchmesser der Spiralrundlitzenseile mit den bekannten Gleichungen berechnet werden.

Ablegedrahtbruchzahl

Beim Lauf der Seilscheiben und Trommeln mit Rundrillen treten äußerlich sichtbare Drahtbrüche vor dem Seilbruch zuverlässig nur bei einem Teil der Spiralrundlitzenseile auf. Für diese Seile kann mit den ermittelten Konstanten die Ablegedrahtbruchzahl bei den verschiedenen Beanspruchungen berechnet werden. Nur für diese Seile gelten die angeführten Ablegebiegewechselzahlen.

Maximal zulässige Seilzugkraft

Die zulässige Seilzugkraft ist vor allem beschränt durch die Fließspannung der durch Zug und Biegung beanspruchten Seildrähte. Die daraus resultierende Grenzkraft wird als Donandtkraft bezeichnet. Mit den ermittelten Konstanten kann die mittlere Donandtkraft und die Donandtkraft, die von höchstens 1 % der Seile unterschritten wird, berechnet werden.

Die Grenzkraft, bei der noch eine vorgegebene Zahl von Drahtbrüchen zu erwarten ist, kann ebenfalls berechnet werden. Sie gilt wiederum nur für die Spiralrundlitzenseile, die vor dem Seilbruch zuverlässig Drahtbrüche zeigen.

Drehverhalten

Für die Unterscheidung von drehungsarmen und drehungsfreien Seilen gilt:

Drehungsfrei ist ein Seil, wenn während der Zugbelastung mit der Zugkraft S
  von
S                 S
¾ = 0  bis  ¾ = 150 N/mm2
d2             d2

  der Verdrehungswinkel j je Seillänge IS kleiner bleibt als
j         360o
¾ = ¾¾¾
IS       1000 d
- Drehungsarm sind Spiralrundlitzenseile, die die Anforderungen an
  drehungsfreie Seile nicht erfüllen.

Mit den gefundenen Konstanten kann das Drehmoment von unverdrehten und - sofern eine Mindestzugkraft überschritten ist - von mäßig verdrehten drehungsarmen Spiralrundlitzenseilen berechnet werden. Für den Sonderfall, daß drehungsfreie Seile an beiden Enden drehsteif gehalten sind, kann das durch die Zugkraft bewirkte Drehmoment mit der zu erwartenden Streuung berechnet werden aber nur bei unversehrtem Seil. Das angestrebte Drehmoment Null ist bei den untersuchten sogenannten Seilen besser erreicht als bei früheren Messungen mit älteren Seilen.

Forschungsstelle 1:
Institut für Werkstoffkunde der Technischen Universität Darmstadt (lfW)
www.tu-darmstadt.de/mpa-ifw
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. C. Berger
 
Forschungsstelle 2:
Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik der TU Darmstadt (IFSW)
www.ifsw.tu-darmstadt.de
 
Forschungsleiter 2:
Prof. Dr.-Ing. T. Seeger
(vorgelegt vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V., VDMA für FVV)

Schlussbericht über: Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V., Frankfurt, 2001 (VDMA)

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF