Industrie & Technik

Stahlseile auf dem Prüfstand

05.05.2022 - Weltweit einzigartige Anlage testet Stabilität deutlich schneller als bisher möglich.

Bei Stahlseilen für den Brückenbau gibt es keine Kompromisse: Sie müssen gewaltigen Kräften standhalten, und das viele Jahre lang. Schon vor dem Bau einer Brücke müssen die Stahlseile und ihre Verankerungen ausführlich getestet werden. Diese Versuche sind normaler­weise sehr aufwändig, sie benötigen viel Zeit und Energie. An der TU Wien wurde nun allerdings ein völlig neues Prüfverfahren für Brückenseile entwickelt: Man spannt das Seil in eine tonnenschwere Vorrichtung ein und bringt es bei seiner eigenen Resonanz­frequenz zum Schwingen. So kann es bis zu dreißigmal pro Sekunde wechselnd belastet werden – damit erhält man bereits im Lauf eines einzigen Tages zuverlässige Daten über das Dauerschwing­verhalten. Die Anlage wird nun von der TU Wien und der TÜV Austria TVFA am Science Center der TU Wien betrieben.

Mit Brückenbau beschäftigt sich Johann Kollegger vom Institut für Trag­konstruktionen der TU Wien bereits seit vielen Jahren. Mehrere innovative Brücken­designs wurden von ihm entwickelt, auch die Idee für die neuartige Testmethode für Brückenseile hatte er bereits vor einigen Jahren. Kleinere Varianten der Prüfanlage wurden im Lauf der Jahre an der TU Wien gebaut, nun gelang es schließlich, eine solche Anlage in voller Größe zu errichten und damit Experimente an Seilen durchzuführen, wie man sie für den Bau großer Schrägkabel­brücken benötigt. Die erste wirkliche Belastungsprobe hat die Prüfmaschine nun erfolgreich abgeschlossen: Ein Schrägkabel­system mit 151 Litzen wurde erfolgreich geprüft, mit über zwei Millionen Lastwechseln und einer zyklischen Belastung zwischen 1450 Tonnen und 1900 Tonnen.

„Wenn man bisher große Stahlseile prüfen wollte, hat man sie in servo-hydrau­lischen Prüfanlagen immer und immer wieder extremen Kräften ausgesetzt – etwa einmal alle ein bis zwei Sekunden, und das über ein bis zwei Monate hinweg“, erklärt Wolfgang Träger. „Nach rund zwei Millionen solcher Belastungen lässt sich dann sagen, ob das Seil eine ausreichende Ermüdungs­festigkeit aufweist.“ An der TU Wien macht man das allerdings ganz anders: Zwischen zwei Seilen wird ein zwanzig Tonnen schwerer Stahlrahmen festgezurrt – auf der einen Seite das Seil, das man überprüfen möchte, auf der anderen Seite ein starkes Behelfsseil. In dieser Kopplungs­einheit sind zwei rotierende Massen eingebaut. Wenn man sie in Bewegung versetzt, kann der ganze Stahlrahmen zum Schwingen angeregt werden – ähnlich, wie eine ungleichmäßig beladene Wasch­maschine im Schleudergang zu schwingen beginnt. Im Gegensatz zur Waschmaschine, die recht unvor­hersehbar in verschiedene Richtungen rüttelt, lässt sich die Schwingung in der Versuchs­anlage aber präzise steuern: Gerüttelt wird exakt in Richtung der Seile, mit genau vorge­gebener Frequenz und Amplitude.

„Wir stellen die Schwingung so ein, dass wir genau die Resonanzfrequenz des Seils erreichen“, sagt Wolfgang Träger. „Bis zu dreißigmal pro Sekunde kann das Seil auf diese Weise belastet werden.“ Bei jedem einzelnen Belastungs­zyklus wird das Seil fünf Millimeter gedehnt, dann wird es um zehn Millimeter kürzer, bevor es wieder seine Ausgangslage erreicht. Im Anschluss an den Dauerschwing­versuch wird das Seil mit einer Kraft von 42 Meganewton belastet, um die Tragfähigkeit des Prüfkörpers zu bestimmen. „Während der Experimente ist es extrem laut in der Halle, man spürt die Vibrationen am ganzen Körper“, sagt Träger. „Aber mit unserer Methode können quasi über Nacht Millionen Belastungen aufgebracht werden, um zuver­lässige Aussagen über die Dauerschwing­festigkeit der Drahtseile treffen zu können.“

Damit wird nicht nur Zeit gespart, sondern auch Energie. Der Energie­einsatz kann im Vergleich zu bestehenden Anlagen um den Faktor Tausend gesenkt werden und zusätzlich wird die Prüfdauer um den Faktor dreißig bis sechzig reduziert. Ähnliche Anlagen gibt es derzeit nirgendwo sonst auf der Welt. Die TU Wien wird in Zukunft in Kooperation mit der TÜV Austria TVFA eine Palette an Material­prüfungen anbieten – wie zum Beispiel die Prüfung von Spanngliedern für Windkraft­anlagen, Tübbing­segmenten für den Tunnelbau und Stützen für den Hochhausbau.

TU Wien / JOL

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