Forschungsprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl laufender und abgeschlossener Forschungsprojekte unserer Abteilungen

Seiltechnologie – Aktuelle Projekte

Prototyp der monolithischen Seilendverbindung für hochmodulare Faserseile (c)
Prototyp der monolithischen Seilendverbindung für hochmodulare Faserseile

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Die Grundlage zur Beantragung bildeten 2 sehr erfolgreich abgeschlossene DFG Projekte mit jeweils 3-jähriger Laufzeit. Die Projekte wurden im Rahmen einer Forschergruppe „Hybride intelligente Konstruktionselemente“ (HIKE) sehr erfolgreich absolviert. Im Rahmen der ersten geförderten Phase HIKE I (6/2009-5/2012 mit dem Förderkennzeichen 2187/18-1) wurde die monolithische Seilendverbindung systematisch erforscht und zum Patent angemeldet und zusätzlich waren im Forschungsumfang auch sensorische Funktionen im Seil und in der neuartigen Endverbindung zu integrieren. In der zweiten geförderten Phase HIKE II (11/2012-10/2015 mit dem Förderkennzeichen 2187/18-2) war der Schwerpunkt der Grundlagenforschung der Größeneinfluss der monolithischen Seilendverbindung von 12 mm bis zu 96 mm zu erforschen. Zudem wurden aktorische Eigenschaften in das Seil selbst integriert.

Beide aufeinanderfolgende Teilprojekte der Forschergruppe wurden im Rahmen der Kolloquien und im Rahmen der nachfolgenden Begutachtungen (HIKE I am 02.05.2012 und HIKE II am 10.11.2015) durch die DFG sehr positiv bewertet. Ferner entstand bereits während der Forschungsarbeit eine enge Kooperation durch die Produktion von Seilen mit integrierten Sensorgarnen mit der Firma Geo Gleistein. Diese Sensorgarne wurden von einem Projektpartner der Forschergruppe nach unseren Spezifikationen hergestellt und der Firma Gleistein zur Verseilung übergeben. Bereits hier erkannte die Firma Geo Gleistein das große Potential der neuartigen monolithischen Seilendverbindung für hochmodulare Faserseile und zeigte großes Interesse an einer Kooperation.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Das gleichzeitige Auftreten von Zug- und Torsionsbelastungen im Betrieb ist bei Drahtseilen mittlerweile als Schadensursache für frühzeitige Ausfälle in verschiedenen Seilanwendungen, wie zum Beispiel bei Mooring Lines von Offshore Bohrplattformen oder bei Tragseilen von Pendelseilbahnen, erkannt. Das in den Jahren 2007 bis 2009 durchgeführte und überaus positiv begutachtete Forschungsprojekt „Lebensdauer und Ablegereife von Drahtseilen unter kombinierter Zugschwell- und Torsionsbeanspruchung“ mit kleinen Seildurchmessern von 12 mm, hat einen signifikanten Einfluss der Verdrehung bei gleichzeitiger Zugschwellbelastung aufgezeigt. In dem Forschungsprojekt sollen diese Erkenntnisse auch für größere Seildurchmesser bis 60 mm verifiziert werden.

Die Relevanz dieser Thematik wird durch aufgetretene Schadensfälle nachdrücklich belegt. So wird beispielsweise aus dem Bereich der Offshore-Industrie von zugschwellbeanspruchten Drahtseilen zur Verankerung von Bohrplattformen berichtet, die durch in das Seil eingeleitete Verdrehungen einen Lebensdauerverlust von 90 % gegenüber der ursprüngliche vorgesehenen Einsatzdauer erfuhren. Da der Sachverhalt prinzipiell auf sämtliche Seilanwendungen (wie z.B. Tragseile stehender Bauwerke oder Seilbahnen) übertragen werden kann, stufen wir den Einfluss der Erkenntnisse auf Bauteilauslegung, Sicherheitstechnik und Normenwerk von Drahtseilen als sehr groß ein.

Bisher wurden in der Seilforschung systematische Versuchsreihen in der Regel mit isolierten Belastungen unter Variation eines Parameters durchgeführt (z.B. reine Zugschwellbelastung mit Variation der Mittelspannung). Im beantragten Forschungsvorhaben soll dies jedoch nicht isoliert geschehen, sondern wie im oben genannten Forschungsprojekt unter Belastungen, wie sie im Betriebszustand zu erwarten sind (Überlagerung von Zugbelastung und Torsionsbelastung, Variation verschiedener Parameter) bei verschiedenen Seildurchmessern. Auf diese Weise kann die Realität wesentlich genauer abgebildet werden als dies bei Untersuchungen mit einzeln variierten Parametern der Fall wäre.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Der Einfluss von Gegenbiegung auf die Lebensdauer von laufenden Seilen im Vergleich zu gleichsinniger Biegung heute weitgehend unerforscht. Dennoch kann gegensinnige Biegung (Gegenbiegung) in vielerlei Seiltrieben der Fördertechnik, beispielsweise bei Aufzügen, Kranen, Seilbahnen, Schachtförderanlagen und in der Bühnentechnik,  konstruktiv nicht umgangen werden und muss deshalb in der Lebensdauerberechnung des Seiltriebs berücksichtigt werden.

Gültige Normenwerke und Berechnungsmethoden berücksichtigen den Einfluss von Gegenbiegung auf die Lebensdauer von laufenden Seilen pauschal mit einem konstanten Faktor. Jedoch haben sowohl Literaturrecherche, als auch am IFT durchgeführte Vorversuche gezeigt, dass die Abnahme der Lebensdauer im Vergleich zur gleichsinnigen Biegung von diversen Parametern wie Litzenzahl, Schlagart, Seilkraft, Durchmesserverhältnis Scheibe zu Seil, sowie insbesondere vom  Achsabstand der Seilrollen unter Gegenbiegung abhängt und die bisherige Vorgehensweise der Berechnung der Lebensdauer nicht die wahren Verhältnisse wiederspiegelt. Die in der Fachzeitschrift LIFT-REPORT 1/2016 veröffentlichten Ergebnisse der am IFT durchgeführten Vorversuche zeigen eine deutliche Anhängigkeit der Lebensdauer vom Achsabstand der Gegenbiegung. Es zeigt sich, dass mit den gängigen Lebensdauerberechnungsmethoden zum Teil erhebliche Abweichungen zu der tatsächlich erreichten Lebensdauerwerten erreicht werden können, was in vielen Fällen zu erheblichen Sicherheitsrisiken führen kann.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, in diesem Bereich durch Grundlagenforschung breit anwendbare Kennwerte über den Einfluss der Gegenbiegung auf die Lebensdauer von laufenden Drahtseilen zu entwickeln. Insbesondere sollen die Umstände, unter welchen das Seil einerseits der Gegenbiegung „entgeht“, andererseits jedoch auch überproportional mehrgeschädigt wird, untersucht werden. Die Ergebnisse sollen die Betriebssicherheit von Seiltrieben mit Gegenbiegung erhöhen und die heute vorhandenen Sicherheitsrisiken ausschließen. Das so erworbene Verständnis über die Schädigungswirkung der Gegenbiegung und die konstruktiven Wege zur Verringerung der Seillebensdauerminderung durch Gegenbiegung kann in allen Anwendungsbereichen der Fördertechnik zur Anwendung kommen.

Fördermittelgeber: Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK)

Drachen (Englisch Kites) können in der Lage sein, erhebliche Mengen an erneuerbarer Energie durch Drehen von Generatoren oder als Antrieb bereitzustellen. Diese Lösungen sind noch nicht vollständig kommerzialisiert und es gibt viele wissenschaftliche Fragen über die Interaktion zwischen dem Drachen, der Leine und dem Anker und dem restlichen Energiesystem.

Die Universität Stuttgart mit Instituten aus dem Bereich Luftfahrt und Maschinenbau ist aufgrund ihrer langjährigen Erfahrung in den Bereichen erneuerbare Energien, Flugzeugdesign, Simulation und Steuerung sowie Anbindungen gut aufgestellt, um diese Forschungsfragen zu beantworten und entsprechende Werkzeuge zu entwickeln. Unser Ziel ist die aktuellen und zukünftigen Drachen-basierten Energiesysteme beim Start, im Normalbetrieb, bei der Landung und in Notsituationen betreiben zu können. Wir wollen Innovationen und Erfahrungen aus der Luft- und Raumfahrt sowie Windenergie nutzen um Zuverlässigkeit zu erhöhen und Energiekosten zu senken.

Es gibt mehrere wichtige Aspekte dieses Systems, die wir untersuchen wollen. Die Ziele dieser Forschung reichen von den einzelnen Modulen des Systems bis hin zum Gesamtsystem:

  • Entwicklung einer validierten Entwurfsmethodik zur Optimierung des Drachen-Ankersystems für verschiedene Wetterbedingungen und unterschiedliche Ziele, z.B. zur Energieerzeugung oder für konstante Antriebsleistung.
  • Entwicklung von Methoden zur Gewährleistung eines sicheren und zuverlässigen Betriebs des Drachen, der Leine und des Ankers über Wochen, Monate oder Jahre. Dies kann die Schadensüberwachung in der Leine, selbstheilende Leine und die automatisierte zerstörungsfreie Prüfung beinhalten.
  • Identifizierung und Erprobung von Möglichkeiten zur Senkung der Systemkosten, z.B. durch Reduzierung der Materialmenge im Drachen oder des Durchmessers der Leine, und Quantifizierung ihrer Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit und Energieerzeugung.

Seiltechnologie – Abgeschlossene Projekte

Automatisierte Überwachung von Faserseilen mit einer Zeilenkamera (c)
Automatisierte Überwachung von Faserseilen mit einer Zeilenkamera

Fördermittelgeber: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Das hier beantragte Forschungsprojekt hat zum Ziel, auf Basis des bereits bei Stahlseilen von Seilbahnen eingesetzten visuellen Seilprüfgerätes, ein modulares Gerät zu entwickeln, das für hochfeste Faserseile eingesetzt wird. Allein bei RBGs gibt es zum Beispiel Variationen in der Anzahl der Masten, Einmast oder Zweimast, und in der Anzahl der eingesetzten Seile, bestehen Unterschiede im verfügbaren Bauraum, wodurch es notwendig ist, ein Prüfgerät zur Verfügung zu stellen, das modular aufgebaut ist und an verschiedenste Bedingungen anpassbar ist.

Dazu wurde vom Projektpartner Automation W+R GmbH ein Gesamtsystem eines visuellen Prüfgerätes entwickelt werden, das aus speziellen autonomen Kameramodulen besteht und über ein dazugehöriges Auswertesystem in Form eines transportablen Computers mit Spannungsversorgung verfügt. Aufgrund der beengten Bauräume in den genannten Seiltrieben soll zusätzlich verschieden große Grundrahmen entwickelt werden, so dass je nach Anwendungsfall ein passender Rahmen gewählt werden kann. Das Ziel und der Kern der Forschungsarbeit des IFT umfassen die seiltechnischen Fragstellungen hinsichtlich der Implementierung von Ablegekriterien für laufende hochfeste Faserseile. Es sollen hierzu verschiedenste Ablegereifekriterien untersucht werden. Hier kann auf die jahrzehntelange Erfahrung des IFT nicht nur im Faserseilbereich sondern auch im Drahtseilbereich aufgebaut werden. Zur Aufstellung der Ablegekriterien sollen Dauerversuche auf dem am IFT aufgebauten RBG durchgeführt werden und daraus Kriterien abgeleitet werden.

Künstliche Nachbildung von Fehlern zur Verifizierung der manuellen visuellen Seilinspektion (c)
Künstliche Nachbildung von Fehlern zur Verifizierung der manuellen visuellen Seilinspektion

Fördermittelgeber: Bundesamt für Verkehr Schweiz (BAV)

Die visuelle Seilinspektion ist ein unbestreitbar notwendiges Hilfsmittel zur zerstörungsfreien Prüfung von Drahtseilen. Sie trägt wesentlich dazu bei einen sicheren Betrieb und daher eine höhere Verfügbarkeit der Anlagen zu gewährleisten. Jedoch ist es ebenfalls bekannt, dass die Durchführung der visuellen Inspektion in vielen Fällen sehr schwer umzusetzen und mitunter auch gefährlich sein kann. Die visuelle Inspektion eines Trag-, Förder- oder Zugseiles wird meist durch zwei Personen durchgeführt. Jedoch besteht auch bei der Inspektion mit zwei Personen das Problem, dass nicht die komplette Seiloberfläche eingesehen werden kann.

Das Ziel des Forschungsprojektes war es, ein systematisches Verfahren für die visuelle Seilinspektion zu entwickeln. Basierend auf dem aktuellen Stand der Normen, vorhandenen Arbeitsplatzsituationen und einer Kategorisierung der wichtigsten Fehlerarten, wurden zwei Feldversuche durchgeführt. Im Rahmen dieser sind Inspektionen an unterschiedlichen Anlagen- und Seiltypen, mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Inspektionstypen durchgeführt worden. Für die Durchführung der Feldversuche, die dazu dienten, die Zuverlässigkeit der visuellen Inspektion zu ermitteln, wurde eine künstliche Nachbildung der Fehler, die am häufigsten zu einer Ablegereife des Seiles führen, angestrebt. Die Fehlerbilder Blitzschlag, Schädigung mehrerer Drähte, Riefen, Litzengassenkorrosion, Korrosion und Drahtbruch wurden abstrahiert und die Nachbildungen bei systematischen Tests am IFT optimiert.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Konstruktionselemente wie Federn oder Seile sind schon seit Jahrhunderten wesentliche Bestandteile von technischen Systemen. Auch wenn durch zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten die Leistungsfähigkeit von Konstruktionselementen permanent gesteigert wurde, so sind die grundlegenden Funktionen doch immer in der mechanischen Domäne verblieben. Aufgrund zahlreicher Anforderungen werden allerdings seit Jahrzehnten mechanische Systeme zunehmend zu mechatronischen Systemen weiterentwickelt, die Sensorik, Aktorik und Regelungstechnik in sich vereinen und somit vielfältige Aufgaben übernehmen. Daher hat sich die Forschergruppe „Hybride Intelligente Konstruktionselemente“ (HIKE) die Aufgabe gestellt, die grundlegenden Funktionen solcher Konstruktionselemente zu erweitern. Die so entwickelten HIKE zeichnen sich durch Fertigungs- und funktionale Integration von Sensoren, Aktoren, anzeigenden Elementen und/oder Regelungen/Steuerungen auf der Ebene des Konstruktionselements aus.

In der ersten Förderphase wurden HIKE entwickelt, Grundlagen für eine neuartige Konstruktionsmethodik sowie die Einbindung der Sensorik in diese HIKE erarbeitet. Die Verknüpfungen der Teilprojekte und die Evaluierung der gewonnenen Erkenntnisse erfolgten anhand eines Schalentragwerks mit integrierter Sensorik, Aktorik und Regelung. Durch die Einbringung der Adaptivität können unterschiedliche Lastfälle (z. B. durch Windlasten) identifiziert, geeignete Maßnahmen für eine Homogenisierung und Reduzierung der Spannungen ermittelt sowie mittels der Aktoren umgesetzt werden. Während die HIKE aus der ersten Förderphase nur über zusätzliche sensorische Funktionen verfügten, die zusammen mit konventionellen Aktoren in den Demonstrator eingebracht wurden, konnten diese in der zweiten Förderphase durch sensorische und aktorische HIKE ersetzt werden. Darauf aufbauend wurden weitere Untersuchungen hinsichtlich der Dynamik der HIKE bzw. den sich daraus ergebenden Möglichkeiten wie eine aktive Schwingungsdämpfung untersucht.

Aufbauend auf den Ergebnissen der Forschergruppe ergeben sich zahlreiche neue und erweiterte Fragestellungen, die im Rahmen neuer Forschungsvorhaben untersucht und in mehreren Transferprojekten gemeinsam mit der Industrie weiterentwickelt werden sollen.

Fördermittelgeber: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Das Forschungsprojekt hatte zum Ziel, auf Basis der vorliegenden Erkenntnisse ein neuartiges hochfestes Faserseil zu entwickeln, welches den Belastungen und Beanspruchungen als Hubseil in Regalbediengeräten standhält und im Einsatz bei kleineren D/d-Verhältnissen Sicherheit und Lebensdauer der heute in RBG eingesetzten Stahlseile übertrifft.

Parallel dazu erfolgte die entsprechende Anpassung bzw. Untersuchung der wichtigsten zu berücksichtigenden Einflussparameter des Seiltriebes. Im Verlauf des AiF-Forschungsprojektes 15370/N1 „Einsatz von hochfesten Faserseilen für Hubbewegungen in der Lagertechnik“ zeigte sich, dass die Auslegung der Rahmenparameter des Seiltriebes beim Einsatz von laufenden Faserseilen auf die zu erzielende Lebensdauer wesentlich signifikanteren Einfluss besitzt, als dies in Anwendungen mit laufenden Stahlseilen der Fall ist.

Zum Seitenanfang