Drahtseil für Krane richtig wählen: Faserkern vs. Stahlkern

Das Drahtseil ist das kritischste tragende Bauteil im Hubwerk eines Krans. Die korrekte Auswahl entscheidet direkt über die Anlagensicherheit und die Nutzungsdauer. Gemäß der Norm DIN 15018 – Kranbau; Bemessung und Konstruktion muss die Mindestbruchkraft des Drahtseils die Sicherheitsbedingung F₀ ≥ S × n erfüllen, wobei S die maximale statische Seilzugkraft im Betrieb und n der von der Triebwerksgruppe abhängige Sicherheitsfaktor ist. Darüber hinaus legt ISO 4308-1:2003 – Auswahl von Drahtseilen für Krane fest, dass bei der Seilauswahl die Durchmesser von Seilrollen und Trommeln, die Seilkonstruktion sowie die erwartete Nutzungsdauer als wesentliche Faktoren zu berücksichtigen sind – ein vollständiger Auswahlrahmen für den Konstrukteur.

4 Drahtseilkonstruktionen und ihre Einsatzbereiche

Nach der Konstruktion werden Kran-Drahtseile in vier Kategorien eingeteilt: Punktberührung, Linienberührung, Flächenberührung und verdichtete Litzen. Punktberührende Seile (z. B. 6×19) sind einfach herzustellen, weisen jedoch hohe Kontaktspannungen zwischen Innen- und Außendrähten auf – geeignet für Standard-Anschlagarbeiten. Linienberührende Seile (z. B. 6×19W, 6×25Fi) reduzieren die Kontaktspannung durch parallele Verlegung der Drähte in verschiedenen Lagen und erreichen eine um ca. 30 % höhere Ermüdungslebensdauer als punktberührende Seile. Sie sind die Standardausführung im Hubwerk der Brückenkrane von Kelude.

Flächenberührende Seile verwenden profilierte Litzen; die Außendrähte werden durch Matrizenziehen zu einer ebenen Kontaktfläche geformt, was eine hervorragende Verschleißfestigkeit ergibt – ideal für mehrlagige Seilwicklung. Verdichtete Drahtseile werden durch Schmieden oder Walzen plastisch verformt, wodurch der Metallfüllfaktor auf über 0,85 steigt. Bei gleichem Durchmesser liegt die Bruchkraft 15 % bis 20 % höher als bei normalen Drahtseilen. Bei der Auswahl ist die Schlagart entsprechend der Triebwerksgruppe M zu bestimmen: Unterhalb der Stufe M5 ist eine einlagige Litze zulässig, ab Stufe M6 werden linienberührende oder mehrlagige Litzenkonstruktionen empfohlen.

Faserkern vs. Stahlkern: 4 Kernparameter im Vergleich

Die Seele eines Drahtseils wird in Faserkern (FC) und Stahlkern (IWRC) unterschieden. Beide Typen unterscheiden sich signifikant in Flexibilität, Querdruckfestigkeit, Metallquerschnitt und zulässigem Temperaturbereich. Der Faserkern besteht aus Natur-Sisal oder synthetischem Polypropylen, verfügt über gute Ölspeicher- und Schmiereigenschaften und ermöglicht eine kontinuierliche Selbstschmierung des Seils im Betrieb, wodurch die Korrosion der Innendrähte verzögert wird. Faserkernseile sind flexibel und eignen sich für einlagige Seilwicklung und Anwendungen mit häufiger Biegung.

Der Stahlkern (IWRC) besteht aus einem unabhängigen Drahtseil als Seele. Seine Querdruckfestigkeit ist deutlich höher als die des Faserkerns; bei mehrlagiger Seilwicklung wird er nicht so leicht durch die außenliegenden Lagen verformt. Der Metallquerschnitt ist größer, und die Mindestbruchkraft liegt bei gleichem Nenndurchmesser ca. 8 % bis 12 % über der von FC-Seilen. Bei den Metallurgiekranen und Gießkränen von Kelude ist der IWRC-Stahlkern bei hohen Temperaturen zwingend vorgeschrieben – Faserkernseile versagen bei Umgebungstemperaturen über 60 °C durch Karbonisierung. Darüber hinaus weisen IWRC-Seile eine geringere Strukturdehnung auf und eignen sich daher für präzises Anschlagen mit exakter Positionierung.

3 Auswahlkriterien für drehungsarme Drahtseile

Drehungsarme Drahtseile (auch als nicht drehende Seile bezeichnet) sind so konstruiert, dass Innen- und Außenlitzen in entgegengesetzter Schlagrichtung angeordnet sind. Dadurch heben sich die durch die Last erzeugten Drehmomente der Innen- und Außenschicht gegenseitig auf. Diese Seile eignen sich besonders für Einfach-Hubwerke und Krane mit großer Förderhöhe, da sie ein unkontrolliertes Drehen des Hakens und damit der Last wirksam verhindern. Bei der Auswahl sind drei Punkte zu beachten.

Erstens: Drehungsarme Seile werden üblicherweise in den Konstruktionen 18×7, 19×7 und 35×7 angeboten. Die 18×7-Konstruktion besteht aus 12 Außenlitzen im rechten Kreuzschlag und 6 Innenlitzen im linken Kreuzschlag – die Drehmomente von Innen- und Außenschicht sind ausgeglichen, geeignet für Förderhöhen bis 100 m. Die 35×7-Konstruktion mit ihrer hohen Litzenzahl und hohem Metallfüllfaktor ist für Förderhöhen über 150 m ausgelegt, z. B. im Hubwerk der Portalhubwerke für Wasserkraftwerke von Kelude Kelude.

Zweitens: Bei drehungsarmen Seilen ist das Verhältnis D/d von Trommel- und Seilrollendurchmesser strenger auszulegen. Für die Stufe M5 wird D/d ≥ 22,4 empfohlen, für M6 gilt D/d ≥ 25 und für M7 D/d ≥ 28 – jeweils höher als bei normalen Seilen derselben Triebwerksgruppe. Der Grund liegt in der Mehrlagen-Litzenkonstruktion, die bei zu kleinem Biegeradius zur „Vogelkäfig“-Verformung neigt.

Drittens: Die Befestigung des Seilendes muss zuverlässig gegen Verdrehung gesichert sein. Das direkte Anschweißen des Seilendes ist bei drehungsarmen Seilen untersagt. Stattdessen sind Keilklemmverbindungen oder vergossene Kauschen zu verwenden, und unterhalb der Verbindung ist eine Drehsicherung anzuordnen, um eine mit der Zeit akkumulierte Drehverformung und das damit verbundene Aufdrehen der Litzen zu verhindern.

Durchmesserabstimmung: Trommel- und Rollenverhältnis sowie Sicherheitsfaktor

Gemäß DIN 15018 und ISO 4308-1:2003 ist das Verhältnis D/d zwischen dem Nenndurchmesser d des Drahtseils und dem Teilkreisdurchmesser D von Trommel und Seilrollen der zentrale Parameter für die Nutzungsdauer des Seils. Ein zu kleines D/d führt zu übermäßigen Biegespannungen und einem drastischen Abfall der Ermüdungslebensdauer. Die Mindestwerte für D/d in Abhängigkeit von der Triebwerksgruppe sind: M3 ≥ 14, M4 ≥ 16, M5 ≥ 18, M6 ≥ 20, M7 ≥ 22,4, M8 ≥ 25.

Der Sicherheitsfaktor n variiert ebenfalls mit der Triebwerksgruppe: M3 n ≥ 4,0, M4 n ≥ 4,5, M5 n ≥ 5,0, M6 n ≥ 6,0, M7 n ≥ 7,0, M8 n ≥ 9,0. Bei der Werksabnahme von Kelude wird die tatsächliche Bruchkraft jedes Kran-Drahtseils geprüft, um eine Reserve von F₀ gemessen ≥ S × n × 1,15 sicherzustellen. Bei der Auslegung sind außerdem der Rillenwinkel, der Ablenkwinkel sowie der Neigungswinkel des Seils beim Auflauf auf die Trommel zu berücksichtigen; bei Ablenkwinkeln über 4° ist eine Seilführungseinrichtung vorzusehen.

5 Stilllegungskriterien und Inspektionsintervalle

Gemäß GB/T 5972-2016 – Wartung, Inspektion und Stilllegung von Kran-Drahtseilen und ISO 4309:2017 – Krane – Drahtseile – Wartung, Inspektion und Stilllegung ist ein Drahtseil stillzulegen, wenn eines der folgenden 5 Kriterien erfüllt ist: ① Die Anzahl der Drahtbrüche innerhalb einer Schlaglänge erreicht 10 % der Gesamtdrahtzahl; ② Der Seildurchmesser hat um mehr als 7 % gegenüber dem Nenndurchmesser abgenommen; ③ Ein vollständiger Litzenbruch oder ein freiliegender Seilkern ist aufgetreten; ④ Deutliche Korrosionsnarben oder Oberflächenkorrosion haben zu einer Durchmesserreduzierung geführt; ⑤ Das Seil weist bleibende Verformungen auf, wie Käfigbildung, Litzenauswurf, Kinken oder Quetschungen.

Die Inspektionsintervalle richten sich nach der Nutzungshäufigkeit in drei Stufen: Bei kontinuierlich betriebenen Kranen (Jahresbetrieb > 4.000 h) ist wöchentlich eine Sichtprüfung und monatlich eine eingehende Inspektion durchzuführen. Bei intermittierend betriebenen Kranen (Jahresbetrieb 2.000–4.000 h) genügt eine Sichtprüfung alle zwei Wochen und eine eingehende Inspektion alle zwei Monate. Bei gelegentlich betriebenen Kranen (Jahresbetrieb < 2.000 h) sind monatliche Sichtprüfungen und halbjährliche eingehende Inspektionen ausreichend. Die eingehende Inspektion umfasst den Schmierzustand, die Zuverlässigkeit der Seilendbefestigung, den Verschleiß der Trommelrillen sowie die gleichmäßige Lastverteilung an der Ausgleichs-Seilrolle.

Vergleich der Drahtseil-Konstruktionsparameter

Stilllegungskriterien und Inspektionsmethoden im Vergleich

Häufig gestellte Fragen