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Einfluss der Drahtschwingfestigkeit auf die Lebensdauer von Seilen
(2007) Ziegler, Stefan; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den mechanischen Eigenschaften von Drähten für die Seilherstellung und deren Einfluss auf die Lebensdauer von laufenden Seilen. Hierzu wurde eine repräsentative Auswahl von insgesamt 32 Drähten in Einzeldrahtprüfverfahren (Hin- und Herbiegeversuche, Verwindeversuche, Drahtumlaufbiegeversuche) untersucht. Anhand der Ergebnisse aus den Drahtumlaufbiegeversuchen wurden sechs Drähte mit unterschiedlichen Schwingfestigkeiten ausgewählt und zur Herstellung von Seilen verwendet. Die Lebensdauer dieser Seile wurde in Dauerbiegeversuchen ermittelt. Die Ergebnisse der Seilversuche wurden mit den Ergebnissen der Einzeldrahtprüfungen verglichen, um Korrelationen bestimmen zu können. Es hat sich gezeigt, dass mit zunehmender Drahtdauerfestigkeit die Lebensdauer der Seile zunimmt. Aufgrund der Idealisierungen und Einschränkungen bei der analytischen Spannungsberechnung ist die Kenntnis der Beanspruchung von Drähten in Seilen noch unvollständig. Um diese Lücke zu schließen, wurde die Finite-Elemente-Methode zur Berechnung der Beanspruchungen in zwei häufig eingesetzten Seilkonstruktionen angewendet. Durch eine detaillierte Analyse der Beanspruchungen wurden die Verläufe der Spannungen über dem gesamten Seilquerschnitt vollständig bestimmt. Die Lebensdauer von stehenden Seilen wird bisher mit einer Lebensdauergleichung berechnet, die mit einer linearen Mehrfachregression aus Versuchsergebnissen bestimmt wurde. Hierbei werden weder die Drahteigenschaften noch die wirkenden Beanspruchungen berücksichtigt. In der vorliegenden Arbeit wurde daher ein Berechnungsansatz entwickelt, mit dem aus den Drahtschwingfestigkeiten und den mittels FEM berechneten Beanspruchungen in den Drähten die Seillebensdauer von zugschwellbelasteten Seilen (zunächst beschränkt auf Spiralseile) bestimmt werden kann.
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Einfluss der seitlichen Seilablenkung auf die Lebensdauer von Drahtseilen beim Lauf über Seilscheiben
(2005) Schönherr, Silke; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Thematik der seitlichen Ablenkung von laufenden Stahlseilen und speziell mit den Auswirkungen auf die Seillebensdauer. In zahlreichen Seilanwendungen, z.B. bei Kranen, führt die Anordnung der Seilscheiben vielfach dazu, dass die Seile beim Lauf über die Seilscheiben unter einem seitlichen Ablenkwinkel auf- und ablaufen. Dass große seitliche Ablenkwinkel zu einer erhöhten Schädigung der Seile führen ist seit langem bekannt. Die Lebensdauerminderung durch Schrägzug wurde bisher jedoch nie umfassend wissenschaftlich untersucht und quantifiziert. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die Schädigungsmechanismen und zusätzlichen Seilbelastungen, die bei der seitlichen Seilablenkung auf der Rillenflanke auftreten, identifiziert und analysiert. Experimenteller Schwerpunkt der Untersuchung waren die Lebensdauerversuche. In systematischen und reproduzierbaren Dauerbiegeversuchen wurde die Seillebensdauer und die Drahtbruchentwicklung bei seitlicher Seilablenkung für 6 Kreuzschlagseile untersucht. In den Dauerbiegeversuchen wurden die Parameter Seilkonstruktion, Seilnenndurchmesser, Seilablenkwinkel, Durchmesserverhältnis von Seilscheibe zu Seil, Rillenöffnungswinkel und Biegelänge variiert. Erstmalig sind damit umfangreiche Schrägzugversuche bis zur Bruchbiegewechsel-zahl durchgeführt worden. Neben dem erwarteten Einfluss des Schrägzugwinkels konnten dabei zusätzliche, bisher nicht bekannte Einflüsse ermittelt und erklärt werden. Die ausgewerteten Dauerbiegeversuche zeigen, dass die Lebensreduzierung bei Schrägzug nicht allein vom Schrägzugwinkel sondern von weiteren Parametern des Seiltriebs (z.B. vom D/d-Verhältnis) und von seilspezifischen Einflüssen (z.B. von der Seilkonstruktion) abhängt. Seile, die aufgrund ihrer Konstruktion eine größere Verdrehsteifigkeit aufweisen, erfahren bei der seitlichen Seilablenkung eine stärkere Lebensdauerreduzierung. Für die praktische Anwendung wurde auf Basis der 6 Versuchseile eine Gleichung abgeleitet, mit der die Lebensdauerreduzierung, die ein Seil beim Lauf über eine Seilscheibe mit seitlicher Seilablenkung erfährt, überschlägig berechnet und vorhergesagt werden kann. Im Hinblick auf die Sicherheit von Seiltrieben mit seitlicher Ablenkung wurde außerdem das in der DIN 15020 festgelegte Ablegekriterium maximale Anzahl sichtbarer Außendrahtbrüche auf festgelegten Bezugslängen auf Anwendbarkeit und Sicherheit bei Schrägzug überprüft. Bei der statistischen Auswertung der sicht-baren Außendrahtbrüche hat sich gezeigt, dass in Seiltrieben mit Stahlscheiben und bei weitgehend konstanten Seilzugkräften das Ablegekriterium Drahtbruchzahl auch bei Seilen mit Schrägzug angewendet werden kann. Ein häufiges Schädigungsproblem von Seilen in Seiltrieben der Praxis ist der Seildrall. Bei Schrägzug wird das Problem einer Seilverdrehung zusätzlich verstärkt. Abschließend geht die Arbeit auf die Verdrehung von Seilen bei Schrägzug ein und zeigt die wesentlichen Einflussgrößen auf.
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Lebensdauer von Stahlseilen beim kombinierten Lauf über Treib- und Ablenkscheiben unterschiedlicher Rillenform
(2011) Berner, Oliver Roger; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Die Lebensdauer von Stahldrahtseilen in Treibscheibenaufzügen wird von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst. Bei allen Anwendungen, bei denen Seile über Rollen laufen, erfahren die Seile eine Zug- und Biegebeanspruchung, die zu einer Materialermüdung und zu einem Verschleiß der Drähte an der Seiloberfläche und im Inneren der Seile führt. Darüber hinaus findet man bei Treibscheibenaufzügen systembedingt weitere anwendungsspezifische Beanspruchungen, die zu einer zusätzlichen Lebensdauerminderung der Seile führen. Zu diesen zusätzlichen lebensdauerbeeinflussenden Faktoren zählen der Seilschlupf, die hohe Pressungsbeanspruchung in Formrillen von Treibscheiben sowie eine wechselnde Ovalisierung der Seile und der Seilschlupf. Im Rahmen einer ausführlichen Literaturrecherche wird der derzeitige wissenschaftliche Stand der Forschung zum Thema Lebensdauer laufender Stahlseilen und speziell von Aufzugsseilen beschrieben. Im theoretischen Teil der Arbeit erfolgt eine detaillierte Darstellung und Analyse der aufzugspezifischen Schädigungsmechanismen für das Seil. Dazu werden verschiedene Arbeiten zur Beanspruchung laufender Seile in Rundrillen um die Betrachtung der Pressung und Ovalisierung beim Lauf von Stahlseilen in Formrillen erweitert. Anhand der so gewonnenen Erkenntnisse werden die Wechselbeanspruchungen analysiert, die das Seil beim Lauf über eine Kombination aus Form- und Rundrille erfährt. Mögliche Einflussfaktoren, wie die Seilquersteifigkeit, werden dabei ebenfalls betrachtet. Ausgehend von den im Aufzug vorhandenen statischen und dynamischen Seilkraftverhältnissen und auf Basis der geleisteten Reibarbeit wird ein Modell zur Quantifizierung des Seilverschleißes gebildet. Dieses wird anhand von Dauerbiegeversuchen mit und ohne Schlupf verifiziert. In den durchgeführten Versuchen werden sowohl wesentliche seilspezifische Parameter, wie die Seileinlage, als auch zahlreiche Parameter des Aufzugseiltriebs, z.B. Seilscheibengeometrien, variiert, um die Auswirkung auf die Lebensdauer zu untersuchen. Zusätzlich zur Anwendung der bekannten Dauerbiegemaschinen wurde eigens für die Untersuchung der Problemstellung ein Prüfstand für schlupfbehaftete Dauerbiegeversuche entwickelt und aufgebaut. Die methodische Vorgehensweise bei der Durchführung, Inspektion und Auswertung der Dauerbiegeversuche wird erläutert und es werden die bei den regelmäßigen Inspektionen während der Versuchsdurchführung gewonnenen Schadensverläufe und Drahtbruchentwicklungen dargestellt. Durch den Vergleich der Rundrillen-Referenzversuche mit den Versuchsreihen mit Formrille lässt sich der Schädigungsparameter Rillenform isoliert quantifizieren. Zusätzlich kann durch die Auswertung von Doppelscheibenversuche mit Kombinationen von Form- und Rundrillen der Einfluss der wechselnden Seilovalisierung ermittelt werden. Die Versuchauswertung der schlupfbehafteten Dauerbiegeversuche gibt Aufschluss über den Einfluss der Seilkraftverhältnisse und die Minderung der Seillebensdauer durch zusätzlichen Seilschlupf. Im Hinblick auf die Anwendungssicherheit wird die Drahtbruchentwicklung untersucht und erstmals bei Aufzugsseilen der Zusammenhang zwischen der Anzahl äußerlich sichtbarer Drahtbrüche und der verbleibenden Restbruchkraft experimentell ermittelt. Damit konnte die Frage nach der Sicherheit der bestehenden Ablegekriterien geklärt werden. Unter Berücksichtigung der Haupteinflussparameter wurde auf Basis der Versuchsergebnisse ein mehrdimensionaler Regressionsansatz aufgestellt und die Regressionskoeffizienten ermittelt. Für die Auslegung von Aufzugsseilen ist damit ein neuartiger Berechnungsansatz verfügbar, der erstmals die tatsächlichen Pressungsverhältnisse in Formrillen und den Seilschlupf berücksichtigt.
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Methodik zur Planung und Steuerung der Kommissionierung in der logistischen Produktion des Versandhandels
(2007) Logemann, Ulrich; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Das Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart (IFT) beschäftigt sich seit Anfang 1999 mit Fragen der Abwicklung des physischen Warenstroms der so genannten Güter des täglichen Bedarfs. Dieser Forschungsschwerpunkt des Institutes begründet sich damit, dass auf Basis der immer wichtiger werdenden Frage der Abwicklung des Materialflusses, gerade für den Bereich der Belieferung des Endkunden mit Gütern des täglichen Bedarfs erhöhter Forschungsbedarf notwendig ist, um betriebswirtschaftlich sinnvolle Dienstleistungen am Markt offerieren zu können. Dies betrifft unmittelbar den Bereich des Versandhandels, da hier die Logistik geprägt ist von der überwiegend vorherrschenden Geschäftsbeziehung Business to Customer (B2C). Gerade bei den so genannten Universalversendern steht die Logistik aufgrund des hohen, täglich abzuarbeitenden Sendungsaufkommens (bis zu 100.000 Kundensendungen/Tag) und einer sehr großen Anzahl von verschiedenen Artikeln (Artikelspektrum größer 200.000 Artikelpositionen) bei gleichzeitigem Trend zur immer schnelleren bzw. zeitgenaueren Kundenbelieferung vor der Aufgabe, einen nach Menge und Struktur nicht vorhersagbaren Sendungseingang möglichst wirtschaftlich abzuarbeiten. Die vorliegende Arbeit stellt einen neuen, mehrstufigen Ansatz vor, die Sendungen des Versandhandels systematisch zu strukturieren und als frei definierbare Arbeitspakete (Serien) in die logistische Bearbeitung (Kommissionierung) einzusteuern. Stufe 1: Klassifizierung der Sendungen Unmittelbar nach der Sendungsübernahme in die logistische Produktionssteuerung wird allen Sendungen aufgrund ihrer inneren Struktur ein Sendungstyp zugeordnet Stufe 2: Serienbildung Im logistischen Produktionssteuerungssystem können verschiedene Serientypen hinterlegt werden. Für jeden Serientyp erfolgt eine Festlegung, welche Sendungstypen (siehe Stufe 1) in die Serie Eingang finden. Bei der Serienbildung greift je nach Serientyp die Verarbeitung auf die (frei definierte) Anzahl von Sendungstypen zu und fasst einzelne Sendungen gemäß den vom Benutzer vorgegebenen Parametern zu Abarbeitungsmengen (Serien) zusammen. Stufe 3: Fahrplanbildung Die Fahrplanbildung erfolgt für einen definierten Abarbeitungszeitraum (Schicht / Tag). Ergebnis der Fahrplanbildung ist ein abarbeitungsfähiger Fahrplan. Dieser legt die Reihenfolge der verschiedenen Serien fest, die über eine Abwicklungslinie pro Tag oder Schicht abgearbeitet werden. Um die neue Serienbildung für die Logistik handhabbar zu machen, wurde das neue Verfahren in ein DV-System implementiert, welches die Schnittstellen zu den bisherigen Systemen in der Logistik bereitstellt, die Sendungen in ihrer Gesamtheit verwaltet und den Prozess der logistischen Abwicklung steuert. Basierend auf diesem mehrstufigen Verfahren der Verarbeitung der Kundensendungen wurden zusätzlich Prozesse zur Produktivitätssteigerung implementiert. Sie greifen konsequent dort ein, wo in einem manuellen Kommissionierprozess personeller Aufwand reduziert oder vermieden werden kann. Über Systemfunktionalitäten können eine Vereinfachung der Abläufe bei Abweichungen und Fehlern im Kommissionierprozess, eine Vermeidung von technischen oder personellen Engpasssituationen in der physischen Abarbeitung sowie eine Reduzierung des Kommissionieraufwandes über eine spezielle Rennerabwicklung auf Basis des aktuell verfügbaren Sendungsvorrates erreicht werden. Der Nachweis der Einsatzfähigkeit des Verfahrens in der logistischen Praxis wurde mit dem Einsatz des Systems in der Logistik Neckermann Versand AG in Frankfurt erbracht. Für den betriebswirtschaftlichen Nachweis wurde der Personaleinsatz über den Realisierungszeitraum betrachtet und über eine Kennziffer abgebildet. Einsparungseffekte aus Parallelprojekten (z.B. Umbau des Warenausganges oder Reorganisationsmaßnahmen im Hängewarenlager) wurden aus der Gesamtbetrachtung eliminiert. Die qualitativen Verbesserungen im Materialfluss konnten über die Entwicklung des Anteils an Differenzpaketen in der physischen Abwicklung nachgewiesen werden. Die Arbeit beschreibt ausführlich Konzeption, Entwicklung und Umsetzung des Verfahrens der Serienbildung und der Methodik zur Planung und Steuerung der Kommissionierung in der logistischen Produktion. Sie wurden am Beispiel des Versandhandels entwickelt, da hier aufgrund der Randbedingungen des Geschäftsmodells eine Komplexität in der physischen Abwicklung vorliegt, die in anderen Bereichen in dieser Form nicht gegeben ist. Aufgrund der dargestellten Einsatzmöglichkeiten ist das Verfahren auf alle logistischen Abwicklungen übertragbar, die eine Erzeugung von Kundensendungen zur Zielsetzung haben.
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Optimierung der Distributionslogistik im Bereich der Kurier-, Express- und Paketdienstleister
(2004) Rahn, Klaus-Peter; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Darstellung und dem Nachweis eines Optimierungsansatzes zur Reduzierung von Aufwänden und Kosten im Bereich der Distributionslogistik von Gütern des tägl. Bedarfs innerhalb der Kurier-, Express- und Paketdienstbranche. Dabei werden zusätzlich aufgrund der aktuellen und zukünftig immer stärker werdenden Bedeutung Aspekte des E-business mit in die Betrachtung integriert. Aufbauend auf Prozessanalysen heutiger Dienstleister wird ein Prozessmodell aufgebaut, anhand dessen der derzeitige Istzustand abgebildet und dem Sollzustand nach erfolgter Optimierung gegenübergestellt werden kann. Der Sollzustand ist gekennzeichnet durch den Einsatz eines modularen Regalsystems, welches an den Ausgängen der vorhandenen Sortiertechnik direkt mit den Sendungen beladen und anschließend (ohne zusätzliche Sortiervorgänge) in das Verteilfahrzeug geladen wird. Durch diese Komponente „Regalmodule“, die im Rahmen einer methodischen Konstruktion in die prototypische Umsetzung überführt wurde, werden im Vergleich zum Istzustand die Handhabungsprozesse deutlich reduziert, was zu betriebswirtschaftlichen Einsparpotentialen in beachtlicher Größenordnung führt (Optimierungsmodell). Für den betriebswirtschaftlichen Nachweis wird ferner ein neuer EDV-Tool entwickelt, mit dem die Prozesskosten der bisherigen Distributionslogistik im KEP-Bereich (Istzustand) und die Logistik mit neu entwickelten Komponenten (Sollzustand) verglichen und die Einsparmöglichkeiten zahlenmäßig nachgewiesen werden können. Ferner erlaubt das Tool die Auswirkung von Parameterveränderungen (wie ausführlich in Kap. 5.4 darstellt) auf das Einsparpotential. Neben dem Aufbau der Prozesskostenvergleichsrechnung als EDV-Tool für den be-triebswirtschaftlichen Nachweis beschreibt die Arbeit ausführlich die Konzeption, Entwicklung und Umsetzung der Komponente Regalmodul und befasst sich schwerpunktmäßig mit den vier durchgeführten Pilotversuchen, die den Nachweis der Funktionalität und auch des betriebswirtschaftlich sinnvollen Einsatzes der Module beim Anwender erbracht haben. Die Pilotversuche und die im Detail dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die Komponente Regalmodul als Optimierungsansatz auf die gesamte Branche übertragen werden kann und somit ein allgemeingültiger Lösungsansatz zur Kostenreduzierung innerhalb der Distributionslogistik erzielt worden ist. Darauf aufbauend zeigt die Arbeit im letzten Bereich (siehe Kap. 6) weitere innovative Systemgedanken zur Optimierung der Distributionslogistik durch zusätzliche neue ganzheitliche Ansätze (Vision).
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Die Optimierung der Entsorgungslogistik von Industrieunternehmen
(2000) Heimsoth, Jörg; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Im Arbeitsgebiet der Entsorgungslogistik von Industrieunternehmen ist bislang erst sehr vereinzelt angestrebt worden, systematisch die vorhandenen Prozesse zu optimieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst die Ausgangssituation der Entsorgungslogistik untersucht und dargestellt, dass die vorhandene Behältertechnik in Bezug auf die geforderte durchgängige Kompatibilität entlang der Transportkette Industrieentsorgung Schwachstellen aufweist und deutlich gemacht, dass eine Kombination der Leistungsmerkmale aus kommunalem Behälter und Behälter der Versorgungslogistik zukünftig erstmals eine durchgängige Mechanisierung der Transportkette Entsorgung darstellen würde. Diese und weitere Anforderungen wurden im nächsten Schritt konstruktiv in ein neuartiges Behältnis umgesetzt. Der wirtschaftliche Nutzen solcher Behälter lässt sich jedoch schwer abschätzen, weil keine Erfahrungswerte von Anwendern vorliegen und die heutige Entsorgungslogistik auf die vorhandenen Behältersysteme ausgerichtet ist. Daher ist eine Planungssoftware entwickelt worden, die aus einem CAD-Modul und einem Berechnungs-Modul besteht. Bei PELIKOS handelt es sich um eine Planungssoftware zur Kostenvergleichsrechnung verschiedener Varianten. Das Programm bietet die Möglichkeit den Nutzen von Entsorgungskonzepten zu ermitteln und die Auswirkung einer Änderung von wichtigen Parametern auf die Logistikkosten bereits in der Planungsphase abzuschätzen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass sich durch eine optimierte Entsorgungslogistik durchaus Potentiale erschließen lassen; so konnte bei einem sehr großen, komplexen Werk ein Einsparungspotential von 27 % gegenüber dem Ist-Zustand ermittelt werden. Mit der Software PELIKOS wurde erstmalig ein Programm entwickelt, welches die Unternehmen bei der Planung einer optimalen innerbetrieblichen Entsorgungslogistik unterstützt, wobei es einen geeigneten Kompromiss zwischen ausreichender Genauigkeit und erforderlichem Planungsaufwand darstellt.
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Software-gestützte Angebotsberechnung in der kommunalen Entsorgungssammellogistik
(2003) Mallée, Torsten; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Der Markt der deutschen Entsorgungswirtschaft befindet sich seit Anfang der 90er Jahre in einer ausgeprägten Umbruchphase. In diesem Zusammenhang findet ein starker Verdrängungswettbewerb statt in dem Marktanteile stark umkämpft sind. Der dadurch entstehende Kostendruck spiegelt sich vor allem auch in der kommunalen Abfallentsorgung wider, die den umsatzstärksten Teil dieses Marktes darstellt. Insbesondere die Sammellogistik steht hier im Mittelpunkt der Bemühungen Kosteneinsparungen zu erzielen. Die Ermittlung der durch sie entstehenden Kosten zeichnet sich jedoch, bedingt durch die Vielzahl und den z.T. großen Ermittlungsaufwand der zu berücksichtigenden Parameter, durch eine hohe Komplexität aus. Die vielfältige am Markt angebotene Software für die Entsorgungsbranche bietet Unterstützung im Bereich der Verwaltung und Planung. Es fehlt jedoch ein Werkzeug zur schnellen und gleichzeitig präzisen Kostenberechnung der Sammellogistik. Zudem gibt es bis heute keine grundlegende wissenschaftliche Untersuchung der Wichtigkeit der für die Berechnung benötigten Eingangsparameter. In dieser Arbeit wurde das Software-Tool SOKRATES (Software-gestütztes Kosten-rechnungs-Angebotstool für die Entsorgungssammellogistik) erstellt, dass eine erstmalige Kombination der klassischen Verfahren zur Siedlungsstruktureinteilung, der Tourenplanung und der Kostenberechnung in der kommunalen Sammellogistik darstellt. SOKRATES ermöglicht eine schnelle und genaue Berechnung der Sammellogistikkosten z.B. im Rahmen der Erstellung von Angeboten bei Ausschreibungsteilnahmen und der Überprüfung von Effekten geplanter Optimierungsmaßnahmen. Mit Hilfe dieser Software konnte im Anschluss anhand hierfür erstellter Modellregionen erstmalig eine umfassende und dynamische Sensitivitätsanalyse der Berechnungsparameter erstellt werden, in der der Einfluss verschiedener Gebietscharakteristika herausgestellt wurde. Ergebnis der Analyse ist der Nachweis einer starken Abhängigkeit der Sensitivitäten einzelner Parameter von der jeweils zu entsorgenden Region. Diese Unterschiede sind insbesondere bedingt durch das unterschiedliche spezifische Abfallaufkommen, die unterschiedlichen Fahrleistungen sowie die jeweils idealerweise einzusetzende Fahrzeugtechnik und die erforderlichen Personalbesatzungsstärken. Mit Hilfe der Berechnungssoftware SOKRATES und der Kenntnis über die Einflussgrößen der zu ermittelnden bzw. zu berücksichtigenden Daten kann der Entsorgungswirtschaft, vor allem im Rahmen von Ausschreibungsteilnahmen, ein wirkungsvolles Hilfsmittel zur Unterstützung der Kostenberechnung in der kommunalen Sammellogistik zur Verfügung gestellt werden.
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Untersuchung zur Lebensdauer von Kranhubseilen in der Mehrlagenwicklung
(2008) Weiskopf, Ulrich; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
In vielen fördertechnischen Anwendungen wie bei Mobil- und Turmdrehkranen werden mehrlagig bewickelte Seiltrommeln eingesetzt. Bei der mehrlagigen Bewicklung sind die Seile im Vergleich zum einlagigen Seiltrieb einer erheblich höheren mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Die Seillebensdauer ist deshalb in der Mehrlagenwicklung erheblich reduziert. Diese Minderung der Seillebensdauer durch die Mehrlagenwicklung ist bisher nur ansatzweise untersucht. Wegen der für die praktischen Anwendungen fehlenden Berechnungsmöglichkeiten sind Seil-, Kran- und Windenhersteller gezwungen, mit hohen Sicherheitsfaktoren und strengen Ablegekriterien für Hubseile in der Mehrlagenwicklung zu arbeiten. Hieraus ergeben sich deutliche wirtschaftliche und sicherheitstechnische Nachteile. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst der heutige Kenntnisstand in den relevanten Bereichen der Seil- und Hubwerkstechnik dargestellt. Davon ausgehend erfolgt eine ausführliche Betrachtung der für die Mehrlagenwicklung entscheidenden Schädigungsmechanismen und deren Einflusses auf die Seillebensdauer in theoretischer, experimenteller und analytischer Hinsicht. Zur Verifizierung der Betrachtungen werden breit angelegte Versuchsreihen beschrieben, die der Quantifizierung des Einflusses der wichtigsten Schädigungsparameter in der Mehrlagenwicklung sowie der Untersuchung seilspezifischer Einflussparameter dienen. Als Ergebnis der Versuchsauswertungen wird unter Berücksichtigung der geschaffenen Datenbasis eine allgemeingültige, in dieser Form bisher nicht vorliegende Lebensdauergleichung für Seile in der Mehrlagenwicklung vorgestellt, mit der erstmals die Lebensdauer von Hubseilen in der Mehrlagenwicklung mit hoher Sicherheit berechnet werden kann. Zu Beginn der Forschungstätigkeiten war der Rückgang der Seillebensdauer durch die Effekte der Mehrlagenwicklung vorsichtig auf ca. ein Drittel im Vergleich zum einlagigen Lauf über Scheiben eingeschätzt worden. Tatsächlich kann durch die jetzt vorliegenden Ergebnisse eine deutlich höhere Lebensdauerabnahme auf ca. 3 bis 10 % im Vergleich zur Rundrille nachgewiesen werden. Damit sind durch die Ergebnisse der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen erstmals wesentliche Grundlagen für das Verständnis der zur Seilschädigung führenden Abläufe in der Mehrlagenwicklung geschaffen worden. Zudem liegt jetzt durch die beschriebene Lebensdauergleichung ein wichtiges Werkzeug für die Auslegung von Seilen und Seiltrieben mit Mehrlagenwicklung vor.
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Untersuchung zur Lebensdauer von zugschwellbeanspruchten Drahtseilen
(2002) Klöpfer, Andreas; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Die vorliegende Arbeit befasst sich in umfassender Weise mit der Thematik der stehenden Seile. Von der Berechnung der Drahtspannungen von zugschwellbeanspruchten Seilen über die Versuchsdurchführung und -auswertung von über 350 Zugschwellversuchen, der Prüfung von Kriterien zur Ablegereifeerkennung bis hin zur Bemessung von stehenden Seilen wurden die wichtigsten Fragestellungen auf dem Forschungsgebiet der stehenden Seile abgedeckt. Es existieren zwar Untersuchungen -hauptsächlich Zugschwelluntersuchungen- von verschiedenen Forschungsstellen, allerdings ist festzustellen, dass die Ergebnisse oftmals nur sehr eingeschränkt aussagekräftig oder keine geeigneten Auswertemethoden angewandt bzw. entwickelt worden sind. Auch die analytischen Betrachtungen zur Seillebensdauer von zugschwellbeanspruchten Drahtseilen sind z.T. fehlerbehaftet und bereits im Ansatz fragwürdig. Stets wurden nämlich nur die planmäßigen Spannungsanteile im idealisierten Seilaufbau berücksichtigt. Tatsächlich treten neben den planmäßigen Drahtspannungen auch sogenannte unplanmäßige Drahtspannungen in erheblicher Größe auf. In Messungen mit Dehnmessstreifen konnten Spannungsunterschiede von Drähten innerhalb einer Drahtlage vom mehrfachen des Mittelwertes festgestellt werden. Die im Rahmen dieser Untersuchung ausgewerteten Zugschwellergebnisse weisen im untersuchten Bereich eine starke Abhängigkeit der Seillebensdauer von der unteren Seilzugkraft auf. Besonders bei den Litzenseilen konnte dieses charakteristische Seilverhalten regelmäßig beobachtet werden. Der vorgestellte Regressionsansatz eignet sich besonders gut zur Beschreibung der Seillebensdauer und wurde in das Rechenprogramm "Lebschwell" integriert. Mit diesem Werkzeug können erstmals auf einfache Weise Lebensdauerprognosen erstellt werden. Ein weiteres wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist der Nachweis für den Überarbeitungsbedarf der DIN 15018. Die vor über 30 Jahre entwickelte DIN 15018 trägt den heute üblichen Seilkonstruktionen nicht mehr Rechnung. Das Lebensdauerpotential der Seile wird durch die DIN 15018 längst nicht ausgeschöpft. Die Ergebnisse dieser Untersuchung können unmittelbar in die europäische Normungsarbeit einfließen und einen wichtigen Beitrag zur sinnvollen Bemessung von stehenden Seilen leisten.
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Wirkungsweise einer gewalzten Seilendverbindung unter Zug- und Zugschwellbeanspruchung
(2009) Raupp, Daniela; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)
Seilkonstruktionen sind aufgrund ihres geringen Gewichts und der hohen Festigkeit als Zugglieder wesentliche Bestandteile sowohl im konstruktiven Ingenieurbau als auch in der Fördertechnik. Als Endverankerungen werden vermehrt die so genannten Pressfittinge eingesetzt. Bei dieser Endverbindung wird durch Kaltumformung eine Stahlhülse dauerhaft mit dem Stahlseil verbunden. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Seilendverbindung unter Zug- und Zugschwellbelastung untersucht. Für die Berechnung der Tragfähigkeit und die Herstellung der Pressfittinge stehen keine Normen oder Grundlagen zur Verfügung. Der Nachweis der Tragfähigkeit dieser Endverbindung erfolgt bis heute ausschliesslich über zerstörende Zug- und zeitintensive Zugschwellversuche. Aus der durchgeführten FE-Berechnung geht hervor, dass ein linearer Lastansatz zu einer sinnvollen Abgrenzung der übertragbaren Seilzugkraft führt. Unter Berücksichtigung des berechneten Fugendrucks und einer linearen Krafteinleitung kann mit diesem Modellansatz eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Zugversuche erzielt werden. Seilkonstruktionen in der Anwendung als stehende Seile sind nicht nur statischen, sondern auch zeitlich veränderlichen Lasten ausgesetzt. Im Gegensatz zu laufenden Seilen ist das Zugschwellverhalten von stehenden Seilen kaum untersucht. Vereinzelte experimentelle Untersuchungen zeigen, dass Pressfittinge gegenüber Kunststoffvergüssen eine deutlich reduzierte Lebensdauer im Zugschwellbereich besitzen. Mit dieser Arbeit wird eine Datenbasis zur Verfügung gestellt, die die Versuchsparameter systematisch hinsichtlich der Einflüsse aus der schwellenden Oberlast, Schwingweite, Seildurchmesser und -konstruktion, sowie des Werkstoffes für die gewalzte Seilendverbindung in weiten Grenzen variiert. Es wurde festgestellt, dass Galfan-verzinkten Seil-Zugglieder gegenüber vergleichbaren Konstruktionen aus nichtrostenden Stählen der Werkstoffnummer 1.4401 oder 1.4436 eine deutlich höhere Zeitfestigkeit besitzen.