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20. Mai 2022

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1900 Tonnen oder die Kraft von 1000 Elefanten

1900 Tonnen oder die Kraft von 1000 Elefanten© TU Wien

TU Wien nimmt eine der weltweit mächtigsten Drahtseil-Prüfanlagen in Betrieb. Mittels eines neuen Verfahrens werden dabei auch Messungen mit enormen Gewichtskräften massiv beschleunigt. Die Methode ist im Hoch- und Tunnelbau oder bei Windkraftanlagen anwendbar.

(red/mich/cc) Bei Stahlseilen für den Brückenbau gibt es keine Kompromisse: Sie müssen gewaltigen Kräften standhalten, und das viele Jahre lang. Schon vor Baubeginn müssen die Stahlseile und ihre Verankerungen ausführlich getestet werden und dafür gibt es ganz exakte Prüfvorschriften. Im Normalfall sind diese Versuche sehr zeit- und energieaufwändig.

Die TU Wien hat nun ein komplett neues Prüfverfahren für Brückenseile entwickelt, wo das Seil in eine tonnenschwere Vorrichtung eingespannt wird und bei seiner eigenen Resonanzfrequenz zum Schwingen gebracht wird. So kann es bis zu 30-mal pro Sekunde wechselnd belastet werden und 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.

Zwei Millionen Belastungstests zwischen 1450 und 1900 Tonnen
Johann Kollegger vom Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien beschäftigt sich seit vielen Jahren mit dem Thema Brückenbau. 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 die Errichtung einer solchen Anlage in voller Größe und damit sind nun auch Experimente an Seilen möglich, wie man sie etwa für den Bau großer Schrägkabelbrücken benötigt.

Die erste wirkliche Belastungsprobe hat die Prüfmaschine nun erfolgreich abgeschlossen: Ein Schrägkabelsystem mit 151 Litzen und über zwei Millionen Lastwechseln sowie einer zyklischen Belastung zwischen 1450 Tonnen und 1900 Tonnen. „Bei bisherigen Prüfungen wurden Stahlseile in servo-hydraulischen Prüfanlagen immer und immer wieder extremen Kräften ausgesetzt – etwa einmal alle ein bis zwei Sekunden, und das bis zu zwei Monate hinweg“, erklärt Wolfgang Träger, verantwortlicher Bauingenieur. „Nach rund zwei Millionen solcher Belastungen lässt sich dann sagen, ob das Seil eine ausreichende Ermüdungsfestigkeit aufweist.“

Die High-Tech Rüttelmaschine mit der Kraft von 1000 Elefanten
An der TU Wien werden nun zwischen zwei Seilen ein zwanzig Tonnen schwerer Stahlrahmen festgezurrt – auf der einen Seite das zu überprüfende Seil, auf der anderen Seite ein starkes Behelfsseil. In dieser sogenannten Kopplungseinheit sind zwei rotierende Massen eingebaut. Werden diese 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 unruhigen Waschmaschine, 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“, erklärt Wolfgang Träger. „Bis zu 30-mal 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 wird das Seil mit einer kaum vorstellbaren Kraft von 42 Meganewton belastet, um die Tragfähigkeit des Prüfkörpers zu bestimmen – das entspricht der Gewichtskraft von rund 50 Eisenbahnlokomotiven oder knapp tausend Elefanten.

Eine neue Palette an Materialprüfungen
In einem gewöhnlichen Universitätslabor mitten im verbauten Gebiet kann eine derart mächtige Anlage kaum aufgebaut werden, daher wurde eine Halle im Science Center der TU Wien am Arsenal in Wien genutzt. „Mit unserer Methode können quasi über Nacht Millionen Belastungen aufgebracht werden, um zuverlässige Aussagen über die Dauerschwingfestigkeit der Drahtseile treffen zu können“, so Träger. Damit wird nicht nur Zeit gespart, sondern auch Energie.

Der Energieeisatz kann im Vergleich zu bestehenden Anlagen um den Faktor 1000 gesenkt werden und zusätzlich wird die Prüfdauer um den Faktor 30 bis 60 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, darunter auch die Prüfung von Spanngliedern für Windkraftanlagen, sogenannte Tübbingsegmenten für den Tunnelbau oder Stützen für den Hochhausbau.

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red/mich/cc, Economy Ausgabe Webartikel, 10.05.2022