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.

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.