Wie wirkt sich die Temperatur auf den Reibungskoeffizienten von Kabeln aus?
Zwar ist es allgemein bekannt, dass hohe Temperaturen die Kabelreibung erhöhen, doch es gab diesbezüglich nur wenige Untersuchungen. Neue Forschungen von Polywater verdeutlichen die Auswirkungen der Temperatur auf den Reibungskoeffizienten.
Schwankungen des Reibungskoeffizienten
Der Reibungskoeffizient (COF) zwischen Kabel und Kabelkanal ist ein entscheidender Faktor, der die Kabelspannung während der Installation direkt beeinflusst. Der Wert hängt vom Material des Kabelmantels und des Kabelkanals ab. Weitere Studien haben den Einfluss der Seitenwandkraft auf den COF gezeigt. Auch andere Faktoren spielen während der Installation eine Rolle. Ein wesentlicher Umgebungsfaktor ist die Temperatur der Materialien. Die Praxis hat gezeigt, dass der Reibungskoeffizient bei höheren Temperaturen steigt, was auf Veränderungen in der Oberflächendynamik des Kabels oder der Rohrleitung schließen lässt.
Studien zur Temperatur
Zwar ist es allgemein bekannt, dass hohe Temperaturen die Kabelreibung erhöhen, doch es gab diesbezüglich nur wenige Untersuchungen. Neue Forschungen verdeutlichen die Auswirkungen der Temperatur auf den COF, wie nachstehend zusammengefasst. Diese neue Studie misst den COF in einem großen Temperaturbereich und bestätigt, dass hohe Temperaturen die Reibung erhöhen und dass Schmiermittel diese Auswirkungen minimieren.
Tests mit dem Reibungstisch
Bei verschiedenen Temperaturen wurden mit der Reibungstischmethode COF-Werte gemessen. Polywater® hat viele Jahre hindurch Tausende von Messungen mit dieser Testmethode gesammelt und analysiert. Fast alle Tests wurden bei Umgebungsbedingungen zwischen 18 bis 24 °C (65 bis 75 °F) durchgeführt. Anhand dieser Standard-Testmethode wurden neue Daten erstellt, die einen viel größeren Temperaturbereich von -40 bis 50 °C (-40 bis 122 °F) abdecken.
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Für diese Untersuchungen wurden die Rohre und Kabel vor dem Test in Trockeneis gekühlt, um kalte Oberflächen zu simulieren. Die Reibungstests wurden bei der Erwärmung der Kabel auf die Umgebungsbedingungen fortgesetzt, und die Oberflächentemperatur wurde jeweils zu Beginn des Tests mit einem Infrarotthermometer aufgezeichnet. Um warme Temperaturen zu simulieren, wurden die Rohre und Kabel vor dem Test eine Stunde lang in einem 50 °C (122 °F) heißen Ofen temperiert. Alle Tests wurden mit einer Normkraft von 200 lbf/ft (298 Joule/m) durchgeführt.
Die nachfolgenden Diagramme 1 bis 3 zeigen die Resultate dieser Tests für drei verschiedene Kabeltypen. Es gibt Abweichungen je nach Kabeltyp, aber bei jeder Serie erhöht sich der COF bei etwa 38 °C (100 °F). In einigen Fällen erhöht sich die Reibung auch bei sehr niedrigen Temperaturen. Schmiermittel senken den gesamten COF wie erwartet. Noch wichtiger ist aber, dass der COF bei geschmierten Kabeln durch höhere Temperaturen nur minimal gesteigert wird. Schmiermittel minimieren die inzwischen dokumentierten Auswirkungen von externen Temperaturschwankungen erheblich.
Die Diagramme 1 bis 3 zeigen die Auswirkungen von Temperaturschwankungen auf den COF. Dieser Anstieg ist bei ungeschmierten Kabeln deutlich, bei geschmierten Kabeln jedoch minimal.
Wärmeentwicklung durch Reibung
Bei der nächsten Temperaturstudie wurde die Umgebungstemperatur nicht absichtlich verändert. Um den Temperaturanstieg durch Reibungskräfte zu messen, wurde ein Trommeltest durchgeführt. Ein Kabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 60 ft/min (18,3 m/min) durch eine Ummantelung mit 420° gezogen. Das Kabel wurde mit und ohne Schmiermittel jeweils 20 Mal eingezogen, um einen längeren Kabelzug zu simulieren. Nach Abschluss jedes Einziehvorgangs wurde die Oberflächentemperatur des entsprechenden Kabels mit einem IR-Thermometer gemessen und aufgezeichnet.
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Bei dem Kabel, das ohne Schmiermittel eingezogen wurde, war die Temperatur nach jedem Einzugtest um ein halbes Grad Fahrenheit angestiegen. Von Beginn bis zum Ende der Tests stieg die Temperatur um 9 °C (17 °F). Wurde ein Schmiermittel verwendet, änderte sich die Temperatur während der 20 Wiederholungen kaum. Durch die Reduzierung der Reibung vermindern Schmiermittel auch die Wärmeeinwirkung durch Reibung. Schmiermittel können Wärme auch absorbieren und ableiten. Siehe die nachstehenden Diagramme 4 und 5.
Diagramm 4: Die Temperatur erhöht sich beim Einziehen eines ungeschmierten Kabels mit jeder Wiederholung.
Diagramm 5: Die Temperatur bleibt beim Einziehen eines geschmierten Kabels bei jeder Wiederholung gleich.
So kann die Oberflächentemperatur auch beim Einziehen von Kabeln bei Umgebungstemperaturen durch die Reibungskraft ansteigen. Schmiermittel minimieren diese Wärmeentwicklung. Aus früheren Untersuchungen wissen wir, dass eine höhere Temperatur den COF erhöht. Das zeigen auch die Ergebnisse der Wiederholungstests. Bei den nicht geschmierten Kabeln erhöht sich der COF mit jedem Durchgang. Bei den geschmierten Kabeln bleibt der COF gleich. Siehe Diagramm 6. Die Tatsache, dass Schmiermittel die Wärmeentwicklung vermindern, ist ein zusätzlicher Vorteil der Kabelschmierung.
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Diagramm 6: Mit Schmiermittel bleibt der COF während mehrerer Wiederholungen gleich, bei einem ungeschmierten Kabel steigt der COF bei jeder Wiederholung.
Schmiermittel verringern die Schwankungen des Reibungskoeffizienten
Schmiermittel für Kabel senken den COF und ermöglichen so längere Distanzen bei der Kabelverlegung, unabhängig davon, ob das Kabel eingezogen oder eingeblasen wird. Schmiermittel minimieren auch die Wärmeentwicklung. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass COF-Schwankungen aufgrund von Temperaturunterschieden verringert werden. Es ist nicht immer möglich, die Umgebungs- und Temperaturbedingungen zu kontrollieren, unter denen die Kabel installiert werden. Die Wahl und Verwendung von Schmiermitteln für Kabel ist jedoch durchaus sinnvoll. Schmiermittel für Kabel erhöhen die Prognostizierbarkeit der Leistung.