Unternehmen Zerreißprobe

Unser Leben hängt oft an Seilen - auf der Brücke, am Berg, im Fahrstuhl. Wie sie leiden, altern und brechen, erkundet die Seilforschung

Wenn das Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart dem Publikum etwas bieten will, ist die Abteilung Seilforschung gefragt. In der 14 Meter hohen Seilhalle wird dann auf einer Prüfmaschine ein 74 Millimeter dickes Schiffstau eingespannt. Bei etwa 1500 Kilonewton Zugkraft gibt es einen ordentlichen Knall. Danach stellen sich die Institutsmitglieder zum Gruppenfoto auf, halten die beiden Tauteile hoch wie ein erlegtes Tier und lachen in die Kamera. Versuch gelungen, Patient tot.

Das Seil ein Patient? Wer sich mit Seilforschung befasst und insbesondere mit Seilforschern eingelassen hat, dem geschieht Wunderliches: Alsbald beginnt er selbst Menschliches an dem bescheidenen Maschinenelement zu entdecken. Es lebt, leidet, altert und bricht, ist weder gern schief gewickelt noch unterfordert, braucht Beachtung und schlägt sich so durch wie unsereiner. Den größten Teil seines Lebens ist das Seil nicht ganz intakt. Und immer ein bisschen krank.

Solange wir und unser Leben dran hängen, wenn wir im Aufzug fahren oder mit der Seilbahn gondeln, in einer Seilschaft klettern oder eine Hängebrücke überqueren, hoffen wir, dass das Seil hält, und schauen lieber nicht genauer hin. Doch wer einmal ein soeben für rund 50 000 Euro montiertes Tragseil irgendeiner alpinen Seilbahn aus der Nähe betrachtet, hat Anlass zur Sorge: Schon reißen die ersten Litzen, Drahtbruchnester entstehen, Rost befällt entfettete Partien. Überall beginnt ein Reiben und Knirschen, ein Biegen und Brechen. Die Vorstellung mag dem Laien nicht behagen, aber das Leben des Seils ist Verfall. Das Sterben beginnt mit der Montage. Der Fachmann tröstet uns mit dem wunderbar sentimentalen Hauptsatz der Seilforschung: "Seile sterben langsam."

Die erstaunlichen Herausforderungen der Seilforschung und ihre liebenswerten Repräsentanten konnte man kürzlich in Stuttgart kennen lernen, wo sich fast die Hälfte der weltweit tätigen Experten traf. Mit dem ersten Internationalen Stuttgarter Seiltag feierte das dortige Institut sich selbst und seinen 75.

Geburtstag. Aber auch die Seilforschung als solche, die eigentlich eine deutsche Disziplin ist. Vor 168 Jahren war es schließlich der Clausthaler Oberbergrat Wilhelm Albert, der erstmals in der Schachtförderung die unter ihrem Eigengewicht reißenden Ketten durch Seile ersetzte und seitdem als Erfinder des Drahtseils gilt. Und heute? Die ETH Zürich hat ihre weltweit anerkannte Seilforschung jüngst eingestellt. Frankreich kümmert sich nur noch um Brücken-, England um Off-Shore-Seile. Allein in Stuttgart ruht der Blick auf dem Ganzen. Zehntelmillimeter dicke Drahtseilchen zum chirurgischen Knochensägen werden hier geprüft. Der internationale Bergsteigerverband lässt Bergseile auf Reißfestigkeit und Knotbarkeit testen. Die zerstörungsfreie Prüfung oberschenkeldicker Stahltrossen steht auf dem Programm. Aber auch die Physik des Seils. Sowie: Seilimagepflege.

"Seile sind eigentlich Kunstwerke. Leider teilt der Rest der Welt diese unsere Erkenntnis nur selten", hatte der Drahtseilindustrielle Michael Molkow in seiner programmatischen Rede Seile, und was die Leute davon erwarten beklagt. Sein Kollege Johannes Verwaayen (BTS Drahtseile Gelsenkirchen) legte gleich los und gab Einblicke in die Wunderwelt der Seile. 3150 Meter lange Förderkorbseile sind derzeit in südafrikanischen Goldminen gefragt! Im Off-Shore-Bereich etwa, auf Ölplattformen, kommen Kranseile zum Einsatz, die sogar 15 Kilometer lang sind. Gewicht: 160 Tonnen. Die schwersten jemals geschlagenen Seile: 260 Tonnen. Stückgewicht! Limitierender Faktor der Produktion ist mittlerweile der Transport. In einem Südtiroler Dorf sitzt ein Drahtseilhersteller, der gewaltige Seile herstellen könnte - nur kann er sie nicht mehr wegschaffen. Die Straße ist zu eng für die monströsen Spezialtransporter. Hängebrückenbauer haben solche Probleme nicht. Bei einem Durchmesser von einem Meter - wie bei der Golden Gate Bridge - werden Mammutseile gleich an Ort und Stelle gefertigt.

Den eindrucksvollen Leistungen der Industrie steht allerdings ein erstaunlich rudimentäres Wissen über die Physik des Seils gegenüber. Was im Seil vorgeht, wenn es über eine Rolle gebogen oder mehrlagig aufgewickelt wird, ist der Wissenschaft immer noch ein Rätsel. Die Reibungs- und Spannungsverhältnisse im Inneren des Seils sind so komplex, dass es bis heute kein mathematisches Modell für deren Beschreibung gibt, keine Algorithmen, keine Computersimulationen. Alles Wissen über das Seil wurde im Experiment gewonnen

alle Voraussagen über seine Standzeit sind vage. Doch statt sich zu schämen, sprechen Seilforscher wie der Stuttgarter Institutsleiter und Ingenieur Karl-Heinz Wehking mit offensichtlichem Vergnügen von der Unberechenbarkeit des Seils, die Experimente und somit Ingenieure so unersetzlich macht. Kein Wunder also, dass der wichtigste Raum des Stuttgarter Instituts die Seilhalle ist, in der die Langzeitversuche zum Seilsterben stattfinden. Und nicht irgendein Rechnerraum.

Haushoch ragen die Prüfmaschinen zum Hallendach. Stahlträger. Schutzgitter.

Eine Ecke voller quietschbunter Bergsteigerseile. Über Rollen endlos im Kreis läuft ein im Seilbahnbetrieb zerschlissenes Zugseil, beäugt von Kameras und Messsensorik. In einer Hallenecke werden tonnenschwere Gewichte zigtausendmal gehoben und polternd abgesetzt. Besonders malträtiert werden Seile offenbar im Kranbereich. Eine Prüfmaschine simuliert den gefürchteten Schrägzug, der beim Aufwickeln vorkommt und die Seillebensdauer um ein Drittel herabsetzt.

Im Fachjargon ausgedrückt: Die "Seilablagereife" tritt verfrüht ein.

Des Seilforschers liebevolles Verhältnis zu seinem Forschungsobjekt schlägt sich in seiner Wortwahl nieder. Nie würde er von Wegwerfen reden. Man "legt ein Seil ab"! Gelegentlich hört man in der Seilhalle einen Schuss - dann ist wieder mal ein Faserseil gerissen. Dumpfer klingt berstendes Drahtseil. Doch solche spektakulären Ereignisse stehen nicht im Zentrum des Interesses: Es geht um das Leben vor der Ablage.

Seilforschung ist selten reine Grundlagenforschung. Wer die Zermürbung der Seile erforschen will, braucht nicht nur unendlich viel Geduld, sondern auch viel Geld. Bis zu 80 Prozent der Institutsmittel kommen aus der Industrie.

Wie lange - besser: warum nur so kurz - lebt zum Beispiel ein Seil, das bei einem Kran immer wieder mehrlagig auf eine Trommel gerollt wird? Würde Kranwagenhersteller Liebherr zu gern wissen. Bisher weiß er nur eins genau: Das teure Stück ist verdammt schnell hinüber. Die Stuttgarter, die im Verlaufe des Projektes Mehrlagenwicklung im Kranbau in großen Prüfmaschinen etwa 25 000 Meter Seile zu verschleißen beabsichtigen, sind mittlerweile zu der erschütternden Erkenntnis gelangt, dass Mehrlagenwicklung die Zeit bis zur Ablagereife eines Seils um den Faktor 50 verkürzt. Ein Grund: Die äußere Lage gräbt sich beim Aufrollen in die darunter liegende ein und wird beim Abrollen brutal wieder herausgerissen.

Eine zweite Untersuchungsreihe führte soeben zu einem scheinbar paradoxen Ergebnis, das Brückenkonstrukteure interessieren müsste: Manche Seile - etwa solche, an denen Hängebrücken hängen - leiden ausgerechnet dann besonders, wenn das an ihnen hängende Gewicht zu gering ist. Haben Litzen und Drähte im Abspannseil einer Brücke zu viel Spiel, werden sie aufgrund von Schwingungen durch Verkehr oder Wind leichter zerbröseln.

Ob es um die gigantischen Seilbündel einer Hängebrücke oder die fingerdünnen Seile eines kleinen Aufzuges geht: Alle gehorchen dem Hauptsatz der Seilforschung vom langsamen Sterben und müssen dauernd überwacht werden.

Erstaunlich ist, wie archaisch die entsprechenden Methoden heute noch sind.

Die Zugseile einer Seilbahn etwa sind einmal im Monat zu kontrollieren, die Tragseile alle drei Monate. Zwei Personen hocken außerhalb der Betriebszeit, also im Dunkeln, im Winter sogar bei Eiseskälte am Seil, das in geringem Revisionstempo an ihnen vorbeiläuft. Sie starren und starren, stoppen die Anlage, machen sich Notizen. Blitzeinschlag- oder Roststellen, alle Einzeldrahtbrüche werden festgehalten. Nähern sich Anzahl und Dichte der Schwachstellen einer kritischen Marke, rückt die Ablagereife nahe. Zum Stuttgarter Seiltag präsentierte das Institut für Fördertechnik eine Weltneuheit: eine Videoapparatur, mit deren Hilfe die Sichtkontrolle in einer warmen Hütte am Bildschirm vorgenommen werden kann. In Zukunft sollen Bilderkennungssysteme die automatische Kontrolle ermöglichen.

Um Problemzonen innerhalb eines Seiles zerstörungsfrei erkennen zu können, greift man auf magnetinduktive Verfahren zurück, die ständig verfeinert werden und dicke Seile für den Prüfer quasi transparent machen. Der eisenhaltige Draht wird magnetisiert. An Drahtbruchstellen kommt es zu messbaren magnetischen Streufeldern. Auch hier darf die Drahtbruchzahl pro festgelegte Länge einen Grenzwert nicht überschreiten.

Wann das Seil voraussichtlich fällig ist, ausgemustert zu werden, kann - das muss zur Ehrenrettung der Seilforschung erwähnt werden - bei relativ einfachen Anwendungen mittlerweile prognostiziert werden. Die entsprechende Formel verdankt die Welt ebenfalls einem Stuttgarter, dem 1977 bis 1995 als Institutsleiter tätigen Klaus Feyrer. Die Feyrersche Lebensdauerformel ist das Resultat unzähliger Experimente mit unterschiedlichen Seilen. Sie liefert nicht nur für die einfache Längsbelastung eines Seiles Ergebnisse, sondern auch für die fatale "Biegewechselbeanspruchung". Im Aufzug- oder Seilbahnbetrieb läuft das Seil über eine Rolle, was aufgrund der im Seil auftretenden Reibungen das Material stark beansprucht. Die Anzahl der zu absolvierenden Biegewechsel geht direkt in die Lebensdauerberechnung ein.

Entsprechende empirisch entwickelte Formeln soll es dereinst auch für heiklere Beanspruchungen wie Mehrlagenwicklung oder Schrägzug geben - doch dafür müssen noch viele Seile ihr Leben lassen.

Ein buntes Stück Textilseil wanderte während des Stuttgarter Seiltages durch die Hände der "Seilfreunde", wie man sich in der Familie nennt. Der Institutsleiter persönlich achtete darauf, dass das gute Stück nicht wegkam.

Das Material: Aramid. Die hochfeste und leichte Polyamidfaser, aus der schusssichere Westen hergestellt werden, wird in Kürze im Aufzugbau Premiere haben. Seit langem ist den Architekten das voluminöse Maschinenhaus über dem Aufzugschacht ein Dorn im Auge. Hier sind Maschine, Getriebe und die große Umlenkrolle untergebracht. Getriebelose Motoren mit einer kleinen Scheibe könnten das bauliche Ärgernis überflüssig machen. Drahtseile indes laufen nicht über kleine Scheiben.

Der Schweizer Aufzugbauer Schindler hat nun ein biegefreudiges, zum Schutz gegen UV-Strahlung und Feuchtigkeit ummanteltes Aramidseil entwickelt, das momentan im Feldversuch in 70 Anlagen läuft. Während ein konventionelles Drahtseil für 400 000 Biegewechsel gut ist, soll ein Aramidseil 27 Millionen Mal über die Rolle laufen können. Und dazu noch den Sicherheitscheck erleichtern: Im Seil integrierte Sensorik ermöglicht die automatische Überwachung des Seilzustandes. Die dreimal höheren Materialkosten gegenüber einem konventionellen Aufzugseil sollen durch Einsparungen bei Maschinenraum und Antrieb kompensiert werden.

Seit den Zeiten des Clausthaler Oberbergrats Albert haben sich industriell genutzte Seile in Aufbau und Material ständig weiterentwickelt, die Stähle wurden besser, die Schmierung optimiert, die Verseilmaschinen arbeiteten immer präziser - doch stets waren es Drahtseile. Das könnte sich bald ändern.

Der Festvortrag zum 100. Geburtstag des Instituts für Fördertechnik jedenfalls ist schon mal angekündigt: Aramidseile und ihre Anwendung.

* Weitere Informationen im Internet:

www.zeit.de/2002/16/seilforschung