Einflussfaktoren auf die Lebensdauer laufender Faserseile: vorgelegt von Dipl.-Ing. Andreas Kretschmer
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Chemnitz
Technische Universität
2016
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1 EINLEITUNG 1
1.1 MOTIVATION
.....................................................................................................................
1
1.2 ZIELSTELLUNG UND
LOESUNGSWEG..........................................................................................
3
2 GRUNDLAGEN UND STAND DER TECHNIK 5
2.1
HOCHLEISTUNGSFASERN.........................................................................................................
5
2.1.1 ULTRA-HOCHMOLEKULARES
POLYETHYLEN..................................................................
5
2.1.2 AROMATISCHE P O LY A M ID E
....................................................................................
6
2.1.3 AROMATISCHE P O LY
ESTER.......................................................................................
7
2.2 LAUFENDE
FASERSEILE.........................................................................................................
8
2.2.1 EINSATZGEBIETE
...................................................................................................
8
2.2.2
SCHAEDIGUNGSMECHANISMEN.................................................................................
10
2.2.3 DAUERBIEGEVERSUCHE
..........................................................................................
12
2.2.4 MASSNAHMEN ZUR
LEBENSDAUERSTEIGERUNG.........................................................
13
2.3 FLECHTERZEUGNISSE
.........................................................................................................
14
2.3.1 DEFINITION EINES G E FLE CH
TS.................................................................................
14
2.3.2 R
UNDGEFLECHT......................................................................................................
16
2.3.3
FLACHGEFLECHT......................................................................................................
18
2.3.4
KENNZEICHNUNG...................................................................................................
19
2.3.5 VERWENDUNG VON F LECH TP ATRO N EN
..................................................................... 20
2.4
SEILKONSTRUKTIONEN.........................................................................................................
23
2.4.1 N O RM U N G
............................................................................................................
23
2.4.2
KONSTRUKTIONSELEMENTE.......................................................................................
24
2.4.2.1 F ILA M E N
T..............................................................................................
24
2.4.2.2 G A R N
....................................................................................................
24
2.4.2.3
SEILLITZE.................................................................................................
24
2.4.3 GESCHLAGENE
SEILE................................................................................................
25
2.4.4 GEFLOCHTENE S E ILE
................................................................................................
28
2.4.5 KERN-MANTEL-SEILE
.............................................................................................
29
2.4.5.1
GRUNDLAGEN...........................................................................................
29
2.4.5.2
KERNSEIL.................................................................................................
29
2.4.5.3 SEILMANTEL
...........................................................................................
31
2.4.5.4
KERN-MANTEL-VERSCHIEBUNG................................................................
33
2.4.5.5
KERN-MANTEL-VERBINDUNGSTECHNOLOGIEN..............................................
36
2.5 KONSTRUKTIVE KENNGROESSEN VON RUNDGEFLECHTEN
.............................................................
37
2.5.1 ANZAHL DER LITZEN
.............................................................................................
37
2.5.2
FLECHTIGKEIT.........................................................................................................
37
2.5.3 F AE D IG K E
IT............................................................................................................
38
2.5.4 VERDREHWINKEL DER L I T Z E N
.................................................................................
39
2.5.5 FLECHT WINKEL
......................................................................................................
41
2.5.6
SEILDURCHMESSER...................................................................................................
41
2.6
RUNDFLECHTMASCHINEN......................................................................................................
44
2.6.1 H
AUPTBAUGRUPPEN..............................................................................................
44
2.6.2
FLECHTPROZESS......................................................................................................
48
2.6.2.1 G
RUNDLEGENDES....................................................................................
48
2.6.2.2 MECHANISMUS ZUM VERKREUZEN DER L ITZ E N
........................................ 49
2.6.2.3 ABZUG DER LITZEN
...............................................................................
50
2.6.3 N EUENTW
ICKLUNGEN.............................................................................................
52
3 VERSUCHSTECHNIK, -PLANUNG UND -DURCHFUEHRUNG 55
3.1 AUFSCHLUESSELUNG DER A RB EITSP AK ETE
..............................................................................
55
3.1.1 KONKRETISIERTE AUFGABENSTELLUNG
.....................................................................
55
3.1.2 AUFSCHLUESSELUNG DER ZU UNTERSUCHENDEN P A RA M E TE R
.......................................
57
3.1.3 WERKSTOFFAUSWAHL FUER DIE U NTERSUCHUNGEN
......................................................
58
3.1.4 ABGELEITETE PARAMETER FUER DAS DREIFLECHTIGE S E I L
.............................................
58
3.1.5 ANFORDERUNGEN AN EINE SIMULTAN PRODUZIERENDE
KERN-MANTEL-FLECHTMASCHINE
FUER DREIFLECHTIGE S
EILE..........................................................................................
59
3.1.6 PARAMETER DES ANGESTREBTEN KERN-MANTEL-SEILS MIT V ERBINDUNG
..................
59
3.2 V
ERSUCHSPLANUNG............................................................................................................
61
3.2.1 EINGRENZUNG DER FERTIGUNGSPARAM ETER
............................................................
61
3.2.2 R
EFERENZSEILE......................................................................................................
62
3.2.3 UEBERBLICK ZU DEN
VERSUCHSSEILEN........................................................................
63
3.2.4 VERWENDETES
BEZEICHNUNGSSYSTEM.....................................................................
63
3.2.5
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG.......................................................................................
64
3.2.6 ENDVERBINDUNG DER
VERSUCHSSEILE.....................................................................
65
3.3
VERSUCHSTECHNIK...............................................................................................................
66
3.3.1
GRUNDSAETZLICHES...................................................................................................
66
3.3.2
ZUGPRUEFMASCHINE................................................................................................
66
3.3.3
BIEGEVERSUCHE......................................................................................................
68
3.3.3.1 WIRKUNGSWEISE DER SEILSCHAEDIGUNG DURCH BIEGUNG UNTER LAST . . .
68
3.3.3.2 FESTLEGUNG ZU RILLENABMESSUNGEN
...................................................
68
3.3.3.3
WECHSELBIEGEMASCHINE........................................................................
68
3.3.3.4 FUENF-ZONEN-WECHSELBIEGEMASCHINE
...................................................
70
4 ENTWICKLUNG EINER HERSTELLUNGSTECHNOLOGIE FUER KERN-MANTELSEILE 73
4.1 GENERELLE ANFORDERUNGEN AN EIN KERN-MANTEL-SEIL
......................................................
73
4.1.1 ANFORDERUNGEN UND AUFBAU DES M AN TE LS
.........................................................
73
4.1.2 ANFORDERUNGEN AN DAS K E RN SE
IL........................................................................
73
4.2 VORAUSSETZUNGEN FUER EIN DREIFLECHTIGES S E I L
...................................................................
74
4.2.1 BENOETIGTE MASCHINE UND DEREN BESETZUNG - F LECH TP ATRO N E
...........................
74
4.2.2 BESCHREIBUNG DER GEWUENSCHTEN VERSUCHSEILE UND DEREN GRUNDLEGENDE
KON
STRUKTION
............................................................................................................
77
4.3 VORSTELLUNG DER FLECHTM
ASCHINE....................................................................................
79
4.3.1 GRUNDLEGENDER AUFBAU UND ZU REALISIERENDE F U N K TIO N EN
..............................
79
4.3.2 UEBERSETZUGSETZUNGSVERHAELTNIS ZWISCHEN KERN UND MANTEL
...........................
82
4.3.3 LOESUNGSANSATZ UND UMSETZUNG DER K LOEPPELUEBERGABE
....................................
82
4.3.4 KLOEPPELUMLAUF DES
VERKNUEPFUNGSKLOEPPELS......................................................
86
4.3.5 FUNKTIONSWEISE DES STUETZRINGS MIT INTEGRIERTER WEICHE IM AEUSSEREN
FLECHTKREIS 87
4.3.6 AUFGABEN DES STUETZPILZES
.................................................................................
88
4.3.7 AUFGABEN DER F AD EN LEITU N G
..............................................................................
89
4.3.8 FUNKTIONSWEISE DES G
REIFERS..............................................................................
91
4.3.9 BESCHREIBUNG DES GESAMTEN FLECHTPROZESSES
...................................................
93
4.4 ANALYSE DER PROTOTYPENM ASCHINE
.................................................................................
94
4.4.1 ANALYSE DES FERTIGUNGSABLAUFES UND VERBESSERUNGSVORSCHLAEGE
.....................
94
5 VERSUCHSERGEBNISSE 97
5.1 GEOMETRISCHE BETRACHTUNGEN
.......................................................................................
97
5.1.1
MORPHOLOGIE.........................................................................................................
97
5.1.2 CHARAKTERISIERUNG DES SEILQUERSCHNITTES
.........................................................
98
5.2 KERNSEILE
........................................................................................................................
99
5.3 BETRACHTUNG DER KERN-MANTEL-SEILE
.................................................................................
101
5.4 BIEGEWILLIGKEIT
...................................................................................................................103
5.5 ZUGFESTIGKEIT
......................................................................................................................107
5.5.1 EINFLUSS DER FLECHTIGKEIT.................. 107
5.5.2 EINFLUSS DER VERDREHUNG DER LITZEN
..................................................................
108
5.5.3 IN ABHAENGIGKEIT DER VERARBEITUNGSRICHTUNG DER LITZEN IM
FLECHTPROZESS . . 109
5.5.4 EINFLUSS EINES M A N TE LS
..........................................................................................
109
5.6 BIEGEWECHSELFESTIGKEIT
.......................................................................................................110
5.6.1 EINFLUSS DER
FLECHTIGKEIT........................................................................................
110
5.6.2 EINFLUSS DER
LITZENVERDREHUNG...............................................................................
111
5.6.3 EINFLUSS DER VERARBEITUNGSRICHTUNG IM FLECHTPROZESS
........................................
112
5.6.4 EINFLUSS DER AUFLAGE VERHAELTNISSE
............................................................................
113
5.6.4.1 RUNDRILLE GEGEN OPTIMIERTE R I L L E
.........................................................
113
5.6.4.2 AUFLAGESEITE DES GEFLECHTS IN DER R ILLE
................................................
116
5.6.5 EINFLUSS DES M A N TE
LS...............................................................................................116
5.7 ENTWICKLUNG EINES BERECHNUNGSMODELLS
...........................................................................
118
5.8 MOEGLICHE GRUENDE DER OBERFLAECHENUNTERSCHIEDE
...............................................................
120
5.9 ENTSTEHUNG UND WIRKUNG VON FERTIGUNGSFEHLERN IN G
EFLECHTEN......................................123
5.10 FEHLERB ET RAECHT UNG DER UNTERSUCHUNGEN
...........................................................................
125
5.11 OPTIMIERUNG DER RILLENGEOM ETRIE
....................................................................................
127
5.12 AUSWERTUNG DER 5-ZONENBIEGEWECHSELVERSUCHE MIT M ANTELKONSTRUKTION
.....................
131
5.13 MODIFIKATION DES GEFLECHTSABZUGES
.................................................................................
132
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 135
6.1 KONZIPIERTE UND UMGESETZTE FLECHTMASCHINE
..................................................................
135
6.2 UNTERSUCHTE S E ILE
...............................................................................................................
135
6.3 SEILSCHEIBENGEOMETRIE
......................................................................................................
136
6.4 A
USBLICK..............................................................................................................................
137
|
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