Reibungskoeffizient beim Einziehen von Kabeln – Spannung durch Rohrkrümmungen

Definition des Reibungskoeffizienten

Der Reibungskoeffizient ist ein Maß für den Reibungswiderstand gegen eine Bewegung.  Er wird durch die Messung der Kraft, die benötigt wird, um ein Objekt über eine Oberfläche zu schieben, berechnet.  Beim Einziehen von Kabeln hängt der Reibungskoeffizient von den Kabelmantel- und Rohrmaterialien, dem Zustand des Rohrs, der Temperatur und natürlich vom Schmiermittel ab.  Beim Einziehen von Kabeln ist die Messgröße Reibung am hilfreichsten, wenn sie beim Einziehen von echten Kabeln in Rohre unter praxisähnlichen Bedingungen ermittelt wurde.

Gleichungen zum Einziehen von Kabeln – gerade Rohrabschnitte

Der auf dem des Reibungskoeffizienten basierende Schätzwert für die Spannung wird mit Hilfe der Kabelzug-Gleichungen berechnet. Wie bereits besprochen, sieht die grundlegende Gleichung für das Einziehen von Kabeln in einen geraden Rohrabschnitt so aus:

Gleichung für gerade Rohrabschnitte
Gerader Rohrabschnitt: Tout = Tin + LWμ
Wobei:
  Tout = Spannung am Ende
  Tin = Spannung am Anfang
  L = Länge des geraden Rohrabschnitts
  W = Gewicht des Kabels (pro Länge)
  μ = Reibungskoeffizient

 

Bitte beachten Sie: Die Spannung summiert sich, basierend auf der Spannung am Anfang des Rohrabschnitts, dem Kabelgewicht und der Reibung.

Kabelzug-Gleichungen – Rohrkrümmungen

Die Kraft, die zum Einziehen eines Kabels erforderlich ist, erhöht sich auf eine andere Weise, wenn es in eine Rohrkrümmung eingezogen wird. Diese Kraft hängt von der Spannung am Anfang der Krümmung (Anfangsspannung) sowie vom Krümmungswinkel und von der Reibung ab. Die zusätzliche Kraft zum Einziehen um eine Krümmung wird durch die „Euler-Eytelwein-Formel“, auch „Seilreibungsformel“ genannt, ermittelt.

Gleichung für Rohrkrümmungen
Rohrkrümmung: Tout = Tin * eμθ
Wobei:
  Tout = Spannung am Ende
  Tin = Spannung am Anfang
  μ = Reibungskoeffizient
  θ = Krümmungswinkel (Bogenmaß)
  e = Natürlicher Logarithmus (Basis e)

 

Die Reibungstheorie in der Praxis

      Eine Winsch vervielfacht die Zugkraft

Im Englischen wird die Gleichung auch als „Capstan Equation“ bezeichnet, da sie auf dem Mechanismus einer Winsch („capstan“) basiert.  Mit einer Winsch kann die Spannkraft stark erhöht werden, indem die Anzahl der Umschlingungen (θ) erhöht, die Reibungsfläche auf der Trommel (μ) vergrößert oder die Haltekraft erhöht wird.

Doch wenn ein Kabel um eine Krümmung eingezogen wird, sind der Krümmungswinkel, der Reibungskoeffizient und die Eingangsspannung festgelegt und sie bestimmen die Zugspannung.

Wenn wir uns die Gleichung ansehen, stellen wir fest, dass die Eingangsspannung mit dem Faktor eμθ multipliziert wird. Bei einem Reibungskoeffizienten von 0,10 und einer Krümmung von 90 Grad beträgt der Multiplikationsfaktor 1,17.  Doch bei einem Reibungskoeffizienten von 0,80 und einer Krümmung von 90 Grad beträgt der Multiplikationsfaktor 3,51.  Der niedrigere Reibungskoeffizient erhöht also die Eingangsspannung um 17 %, während der höhere Koeffizient sie um 251 % erhöht!  Kleine Änderungen bei μ (Reibungskoeffizient) haben eine große Auswirkung auf die Spannung in der Krümmung. Um die größte Übereinstimmung zwischen der berechneten Spannung und der in der Praxis gemessenen Spannung zu erzielen, werden genaue Werte für den Reibungskoeffizienten benötigt.

Prüfung über mehrere Rohrkrümmungen zur Messung des Reibungskoeffizienten

Der Reibungstisch von Polywater ermöglicht die schnelle Messung des Reibungskoeffizienten zwischen unterschiedlichen Oberflächen unter Verwendung eines breiten Spektrums von Schmiermitteln.  Mit unseren Prüfverfahren mit mehreren Krümmungen können weitere Auswirkungen gemessen werden. Bei der Prüfung mit mehreren Krümmungen kann gemessen werden, wie gut das Schmiermittel als Beschichtung erhalten bleibt, wenn das Kabel durch die Rohrkrümmungen gezogen wird. Bei dieser Prüfung haben wir die Schmiermittelmenge, die Kabelfüllung sowie das Einziehen von Kabeln durch Wasser und das Einziehen von mehreren Kabeln untersucht.

Bei einer Prüfung mit mehreren Krümmungen wird ein Gewicht zum Kabel hinzugefügt, damit die Eingangsspannung bekannt ist. Das Kabel wird mit einem Motor mit konstanter Drehzahl durch eine Reihe von Krümmungen gezogen, und die Zugspannung wird mit einer Kraftmessdose gemessen. Die Spannungsdaten werden in regelmäßigen Abständen gemessen, normalerweise jede halbe Sekunde. Anhand der Kraft, die erforderlich ist, um das Kabel durch die Krümmungen zu ziehen, wird dann der Reibungskoeffizient berechnet. Diese Prüfung ergänzt die Prüfung mit dem Reibungstisch, erfordert aber einen höheren Zeit- und Materialaufwand, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.

Eine genaue Schätzung der Zugspannung ist das Ziel einer genauen Messung des Reibungskoeffizienten. Kabel haben maximale Grenzwerte für die Spannung, je nach Leiterdurchmesser und Material. Es ist wichtig, dass diese Grenzwerte bei der Installation nicht überschritten werden! Die Planung von Kabelkanälen, die Schätzung der Spannung sowie die Verwendung eines Hochleistungs-Schmiermittels ermöglichen es, unter den maximalen Spannungs-Grenzwerten zu bleiben.

Ein weiterer Aspekt sind die Grenzwerte für den Seitenwanddruck (Zerquetschen). Diese Kraft tritt auf, wenn ein Kabel durch eine Krümmung gezogen wird.  Mehr zum Thema Seitenwanddruck im nächsten Blog-Artikel.