Browsing by Author "Kuczera, Thomas"

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Ermittlung der Beanspruchung großer Seilscheiben
(2012) Kuczera, Thomas; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)
In der Fördertechnik werden in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen Seiltriebe mit Seilscheiben eingesetzt. Große Seilscheiben mit einem Durchmesser von mehr als 2m werden beispielsweise in Schachtförder- und Seilbahnanlagen, Schiffshebewerken, Großgeräten im Tagebau und im Offshore-Bereich verwendet. Bisherige Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Kräfte zwischen Seil und Seilscheibe gehen von einer konstanten längenbezogenen Anpresskraft auf den Seilscheibenkranz aus und vernachlässigen weitere Einflüsse (bspw. Querkräfte aus dem Schrägzug und dynamische Kräfte). Die Biegesteifigkeit des Seils verursacht jedoch beim Auf- und Ablauf des Seils auf die Seilscheibe eine Erhöhung der längenbezogenen Anpresskraft um das bis zu 4-fache der mittleren Anpresskraft [Häb-95]. Diese Kraftüberhöhungen am Seilauf- und –ablauf bewirken bei Seilscheiben mit Speichenkonstruktion eine Erhöhung der inneren Beanspruchung (Vergleichsspannung) der Seilscheibe von über 20% (siehe Kap. 6.5 dort wird der Zahlenwert berechnet) und müssen deshalb bei der Dimensionierung von Seilscheiben berücksichtigt werden. Bei kleinen Seilablenkwinkeln (<60°) tritt eine deutliche Reduzierung der Seillebensdauer auf [Mül-66]. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei kleinen Ablenkwinkeln die Kraftüberhöhungen am Seilauf- und –ablauf teilweise oder auch vollständig zusammenfallen und nochmals deutlich größere Anpresskräfte zwischen Seil und Seilscheibe entstehen. Da diese Kräfte bisher unbekannt waren, konnten sie bei der Dimensionierung nicht berücksichtigt werden. In der vorliegenden Forschungsarbeit wird ein analytisches Modell dargestellt, in das die bisher nicht berücksichtigten Effekte und Beeinflussungsfaktoren (z. B. Seilmasse und Seilgeschwindigkeit) integriert sind, so dass die Kräfte zwischen Seil und Seilscheibe nun vollständiger beschrieben werden können. Ferner wird ein numerisches Mehrkörpersimulationsmodell beschrieben, mit dem die bis dahin unbekannten Kräfte zwischen Seil und Seilscheibe aufgrund kleiner Ablenkwinkel (die Pressungsspitzen bei Auf- und Ablauf des Seils fallen zusammen), des Schrägzugs und der Dynamik ermittelt werden können. Zur Ermittlung der inneren Beanspruchung von Seilscheiben wird eine Methode auf Basis der Finiten-Elemente-Berechnung entwickelt und die Spannungsverläufe beispielsweise in den Speichen der Seilscheibe während der Rotation dargestellt. Zur Validierung des entwickelten Berechnungsverfahrens und der numerischen Modelle werden an einer in der Praxis eingesetzten Seilscheibe einer Seilbahnanlage umfangreiche Messreihen zur Bestimmung der Verformungen und Spannungen in der Seilscheibe durchgeführt. Abschließend wird eine Methode zur sicheren festigkeitstechnischen Dimensionierung großer Seilscheiben entwickelt. Diese Methode basiert auf den gewonnenen Erkenntnissen der Anpresskräfte zwischen Seil und Seilscheibe, aus denen allgemeingültige Belastungsannahmen abgeleitet werden.