Wie wichtig ist die Toleranz der Hebebandlänge für Ihren Rig-Entwurf?

In den letzten Jahren ist die Verwendung synthetischer Hochleistungs-Hebebänder mehr und mehr bevorzugt worden. Eine der wichtigsten Eigenschaften von synthetischen Hebebändern ist ihre sehr geringe Elastizität. Die Frage ist, ob die für Hebematerial aus Stahl entwickelten Bemessungsfaktoren für die neue Generation von Hebematerial gelten. In diesem Überblick gehen wir auf diese Aspekte ein, beschreiben die Probleme und geben Designern und Ingenieuren Empfehlungen, um potenziell unsichere Situationen vermeiden zu können.

 

Hintergrund

Gegenwärtig wird bei der Berechnung der Hebebandspannung üblicherweise von exakten Hebebandlängen ausgegangen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist jedoch in realen Situationen von einer gewissen Diskrepanz bei den Hebebandlängen auszugehen. Insbesondere beim Heben einer Last mit vier Hebebändern, die oben an einem einzigen Punkt angeschlagen sind, kommt es bei verschiedenen Hebebandlängen zu unterschiedlichen Belastungen der einzelnen Hebebänder. Dabei wird zweifellos das kürzeste Hebeband stärker belastet als die anderen Bänder. Die Elastizität des Materials gleicht diesen Effekt teilweise aus, da sich das kürzeste Hebeband mehr dehnt und somit mehr seiner Last auf die anderen drei Hebebänder des Rigs verteilt. Bei Materialien mit geringer Elastizität ist dieser ausgleichende Effekt jedoch begrenzt.

Um diese Unsicherheit zu beseitigen, werden die Hersteller aufgefordert, ihre Hebebänder in so genannten angeglichenen Paaren herzustellen. Für diesen Begriff gibt es mehrere Definitionen, er bezieht sich aber im Allgemeinen auf eine Längenabweichung zwischen den Komponenten von höchstens dem 0,5-Fachem des Hebebanddurchmessers.Dadurch kann die Toleranz bis zu einem gewissen Grad kontrolliert werden, aber mit größeren Lasten (und damit größeren Banddurchmessern) nimmt auch die zulässige Längendifferenz zu. 
Um diese Längendifferenz auszugleichen, neigen Konstrukteure dazu, die minimal geforderte Bruchlast in der Regel mit einem Sicherheitsfaktor von 1,25 zu multiplizieren. Dieser wird "Schräglastfaktor ("Skew Load Factor", SLF) genannt. Tatsächlich ist dieser Faktor völlig willkürlich gewählt und wird heute für alle Materialarten gleich angewendet, unabhängig davon, ob ein Hebeband aus Polyester, HMPE oder Stahl hergestellt wurde.  

 

Näher betrachtet

Angenommen, man hebt eine kastenförmige Last an 4 gleichmäßig verteilten Hebepunkten an. Der Schwerpunkt wird genau im Mittelpunkt der Last angenommen. Im Idealfall tragen alle 4 Hebebänder die gleiche Last, wobei von 4 Hebebändern aus derselben Produktionscharge, also gleichen Paaren, ausgegangen wird, die somit nicht mehr als das 0,5-Fache ihres Durchmessers voneinander abweichen. Im ungünstigsten Fall werden die beiden gegenüberliegenden Ecken an kürzere Hebebänder am unteren Ende der Toleranzskala angeschlagen. Die beiden anderen Hebebänder (an den anderen Ecken) besitzen eine größere Toleranz am oberen Ende derToleranzgrenze. In dieser Situation muss durch den SLF von 1,25 nun eine maximale Lastdifferenz von 125 % pro Hebeband ausgeglichen werden. Das bedeutet, dass im günstigsten Fall beide Paare jeweils 50 % der Last tragen, aber im ungünstigsten Fall bedeutet der SLF jedoch, dass eine Lastverteilung von 62,5 % zu 37,5 % zulässig wäre.  

 Diese Theorie soll nun in eine reale Situation umgesetzt werden, in der 4 HMPE-Softslings mit einer Länge von 10 000 mm und einem Durchmesser von 200 mm verwendet werden. Die größte zulässige Längentoleranz gemäß der Definition der angeglichenen Paare beträgt 100 mm. Ohne sich in technischen Details zu verlieren, kann man davon ausgehen, dass ein Hebeband bei normalem Gebrauch um 0,5 % und bei 2x der Nutzlastgrenze (Working Load Limit, WLL) um 1 % gedehnt wird. Wenn in dieser Situation die beiden gegenüberliegenden Hebebänder kurz sind (9900 mm) und die anderen beiden 10 000 mm lang sind, tragen zwei Hebebänder fast die gesamte Last, während die anderen beiden die Befestigungselemente kaum belasten. Statt 1,25 beträgt der SLF-Faktor tatsächlich 2. 

 

Lösung

Einfach die Sicherheitsfaktoren zu erhöhen, ist zwar eine wirksame Methode, um die Symptome zu behandeln, aber gleichzeitig wird das zugrunde liegende Problem nicht berührt. Die Lösung dieses Problems wäre jedoch viel effektiver. Anstatt nur die zulässigen Längendifferenzen zu verringern, müsste der Faktor zumindest unabhängig vom Durchmesser des Hebebands berechnet werden. Tatsächlich ist die Hebebandlänge ein weitaus effizienterer Parameter, mit dem gearbeitet werden kann. Darüber hinaus ist es zweckmäßig zu bedenken, dass es weitaus sinnvoller ist, sowohl SLF-Faktoren für jede einzelne Projekt-/Rig-Situation zu bestimmen, statt den standardmäßigen, regulierten Faktor von 1,25 anzuwenden, als auch dafür die Länge der tatsächlich verwendeten Hebebänder zu berücksichtigen.

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