Wirkungsweise einer gewalzten Seilendverbindung unter Zug- und Zugschwellbeanspruchung

Abstract

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.

Although swaged fittings have become increasingly important for structural engineering and mechanical handling, no technical standards exist either for production or structural analysis. Due to the complex behaviour of the components (terminal and wire rope) analytical calculations are not available to estimate the load capacity of swaged terminals under tension or fatigue loads. Due to non-uniform methods of analysis available test results cannot be applied directly to other rope constructions and terminations. Current standards defined endurance loads for defined rope types and termination such as cast sockets. For a safe dimensioning it is necessary to specify mechanical closure and fatigue conditions considering stress and amplitude depending on swage parameter and material. Only a few design recommendations are available, which are based on geometric parameters and experimental data. Therefore the load capacity of the swaged terminal was investigated. The task was split into a theoretical and an experimental section. Analytical formulas were derived with the Finite-Element-Method to describe the behaviour of wire rope and sleeve after swaging. For this wire rope termination in combination with open spiral strands the fatigue properties were investigated in a systematic test program. Using the Finite Element Method the contact pressure between the wire rope surface and the sleeve can be estimated for different swaging parameters. This paper presents a calculation to describe the load transmission considering the influence of friction and form closure. FE-based calculation is only available for certain construction element such as welded joint. For swaged terminal no experimental data are known. More than 300 fatigue tests were undertaken to estimate the fatigue behaviour. An aim of the experimental work was the fatigue testing of different round wire spiral strands for the diameter range. The fatigue strength can be defined as a function of load properties mean load and stress variation range), wire rope construction and terminal material as well as swage parameters. Based on the research results it can be stated that the endurance limit of the open spiral strands, arranged according to ascending influence, depends on guaranteed ultimate tensile strength, rope diameter, rope construction and wire material. With increasing wire strength the examined Galfan-coated open spiral strands exhibit a higher endurance. For stainless steel wires the range of guaranteed ultimate tensile strength is much smaller than for unalloyed wires. The first steps towards using the Finite Element Method for calculation the fatigue limit for manufactured wire ropes have been made. To modify the presented calculation methods further research activities are necessary and essential.