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12. Februar 2011

Seilforschung

Wie lange hält ein Seil, bis es reißt?

Wie lange hält ein Seil, wann reißt es? Dazu gibt es keine Formel, nur das Experiment. Unterwegs mit Seilforschern.

  1. Robust – aber wie sieht es drinnen aus? Foto: Simon Ebel - Fotolia

  2. Vertrauen ist gut, Kontrolle besser: Zugspitzbahn Foto: dpa/Fotolia

Seile fristen ein undankbares Dasein. Sie heben Frachten, tragen Brücken, befördern Menschen – aber keiner nimmt Notiz davon. Seile haben zu funktionieren, jederzeit. Dass aber auch sie altern, kränkeln und leiden, merken wir erst, wenn alle Stricke reißen. Doch dann ist es zu spät.

Zum Glück ist der Beißer im James-Bond-Film "Moonraker" reine Fiktion. Im Kampf mit 007 schreckt der Gegenspieler nicht einmal vor einem Stahlseil zurück und durchtrennt es mit einem Biss. Die Seilbahn am Zuckerhut in Rio de Janeiro stürzt darauf in die Tiefe.

Wie Seile in Wirklichkeit halten oder reißen, das ergründen Seilforscher wie Oliver Reinelt. Von Stuttgart aus reist er in die Welt, um Hängebrücken und Seilbahnen unter die Lupe zu nehmen. Sein Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) der Universität Stuttgart ist weltweit führend. Ein Dutzend Ingenieure arbeitet hier an einer Formel, um das Rätsel des Seils endlich zu lösen. Denn wie lange es hält und welche Faktoren seinen Verfall beschleunigen, das versteht man bis heute nur ansatzweise.

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Seilforschung kann aufregend sein. Reinelt baumelt an Brücken, klettert über Kräne oder klemmt sich an Seilbahnen. Er ist lieber draußen als im Büro; an diesem Wintertag inspiziert er die Nebelhornbahn bei Oberstdorf. In Deutschland schreibt es das Gesetz vor, dass Seilbahnen zweimal pro Jahr überprüft werden. Das IFT betreut Hunderte von Anlagen.

Die Inspektion eines Tragseils im Winter ist Knochenarbeit.
"Oben ist es zwei Jacken kälter", warnt Alexander Schmid, Vizebetriebsleiter der höchsten Seilbahn im Allgäu, und bittet in die Gondel. Mit zehn Metern pro Sekunde passiert die Bahn die Sprungschanze und erreicht die Mittelstation Seealpe auf 1280 Metern. Schneidender Nordwind empfängt die Gäste. Drei Tage hat Reinelt eingeplant, um die drei Abschnitte der Bahn zu prüfen. Mit sich führt er große, graue Koffer und in einem davon ein elektromagnetisches Prüfgerät. Es wird dem Seil Stück für Stück auf die Pelle rücken. Reinelt legt es um das Seil und verbindet es mit seinem Laptop. Es kann losgehen.

Das Verfahren hat sich tausendfach bewährt. Drahtbrüche findet man mit simpler Physik. Dazu spannt man eine Spule um das Seil und magnetisiert es. Jede Störung im Magnetfeld entlarvt einen Drahtbruch und damit eine Narbe im Leben eines Seils. Dabei erweist sich die Kontrolle des Zugseils der Gondeln vergleichsweise als Kinderspiel, da es in einer Endlosscheife läuft. Die Inspektion des immobilen Tragseils hingegen ist Knochenarbeit, vor allem im Schneegestöber.

Wie gut, dass Hilfswissenschaftler Jan Weiss mitgekommen ist. "Es bleibt uns nichts anderes übrig, als das Tragseil Zentimeter für Zentimeter nach Schäden abzufahren", sagt Reinelt, während sich Kollege Weiss hoch über der Gondel in einem eigens montierten Gestell bäuchlings hinlegt und Prüfgerät wie Seil im Blick behält. Unten in der Gondel empfängt Reinelt die Daten auf seinem Laptop. Dann setzt sich die Bahn langsam in Bewegung. Schon nach wenigen Metern schlägt das Grundsignal aus, der erste Drahtbruch ist gefunden. Kein Anlass zur Sorge, beruhigt Reinelt. Es dürfen nur nicht zu viele werden.

Dass Seile reißen, kommt äußerst selten vor. Seilbahnen gehören zu den sichersten Verkehrsmitteln der Welt, auch wenn das Schaukeln in schwindelnder Höhe nicht jedermanns Sache ist. Im norditalienischen Cavalese gab es dennoch gleich zwei folgenschwere Unglücke. Der Grund war aber nicht Verschleiß. 1998 kappte ein zu tief fliegender US-Militärjet das Tragseil, 20 Menschen stürzten in den Tod. 1976, beim schwersten Unglück der Seilbahngeschichte, war lange unklar, weshalb das Tragseil in Cavalese brach und 42 Menschen starben. Heute weiß man: Es war ein Seilüberwurf, der vorkommt, wenn der Wind stark bläst und das Zugseil über das Tragseil wirft. Werden die Gondeln nicht schnell gestoppt, reiben die Seile so lange aneinander, bis das Tragseil reißt.

Zu den eigentümlicheren Einrichtungen im Seillabor der Stuttgarter gehört seit geraumer Zeit eine eigene Folterhalle. Hier werden Seile für Forschungszwecke malträtiert, bis sie reißen. Die Experimente bilden die Grundlage allen Wissens über Lebensdauer und Strapazierfähigkeit eines Seils. Denn wie es leidet, wenn man es wickelt, biegt und an ihm zerrt, darüber existieren nur im Experiment gewonnene Erfahrungswerte. Bis heute gibt es kein Computermodell, keinen Algorithmus, keine Formel. So bleibt die Folter das einzig probate Mittel, um mehr aus ihm heraus zu bekommen.

Die Tortur von Kletterseilen dauert vergleichsweise kurz. Am sogenannten Fangprüfstand müssen sie fünf Abstürze durchstehen, um für den Markt zugelassen zu werden. Eine Kante simuliert den Karabiner und ein Gewicht den Kletterer. Peter Raach überwacht die Versuche. Seine Zuständigkeit ist das Seillabor. Kletterseile aus Hanf gehören schon seit Jahrzehnten der Vergangenheit an. Heute fallen Bergsteiger in Seile aus Polyamid und Polyethylen. Die federn einen Absturz nicht nur besser ab, sondern sind auch um einiges bruchfester.

Hanfseile waren früher gang und gäbe. Da sie ohne Schutzschicht bar lagen, Kanten an ihnen scheuerten und Wasser eindrang, rissen sie gerne mal – vor allem wenn eine größere Seilschaft daran hing. So war es wahrscheinlich 1865 bei einer berühmten Tragödie am Matterhorn. Erstbesteiger Edward Whymper verlor durch Seilriss beim Abstieg vier seiner Begleiter. Europa war erschüttert. Englische Zeitungen warfen ihm vor, das Hanfseil absichtlich durchtrennt zu haben, um sein Leben zu retten – eine Darstellung, der er zeitlebens heftig widersprach. Heute würde sich aber kein Kletterer mehr freiwillig mit einem Naturfaserseil sichern lassen.

Doch nicht nur beim Bergsteigen sind Kunststofffasern gefragt. Ihre Vorzüge sind offensichtlich: Sie sind viel leichter als Stahl, brauchen kein Fett als Schmiermittel und bestechen durch höhere Biegewechselfestigkeit. Sie können also, wie in einem Fahrstuhl, häufiger über Drehscheiben laufen, ohne brüchig zu werden. Da sie zudem in kleineren Radien aufgewickelt werden können, nehmen die Scheiben weniger Platz ein. Auch Wartung und Inspektion sind einfacher.

Die Wunderfasern heißen Aramid und Dyneema. Aramid existiert seit den sechziger Jahren, ist äußerst fest, hitze- und säurebeständig und taugt daher für schusssichere Westen und Feuerwehrkluft. Auch an Segelbooten, Tennisschlägern und Angelruten ist Aramid häufig im Einsatz. Da es aber nur wenig dehnbar ist, findet es beim Bergsteigen eher selten Verwendung. Ist es direktem UV-Licht ausgesetzt, büßt es Festigkeit ein.

Dyneema hingegen leidet nicht unter direktem Sonnenlicht. Zudem ist es fünfmal reißfester als Aramid, dehnbarer und wird auch bei strengstem Frost nicht spröde. Deshalb eignet es sich für Einsätze sowohl im Weltall als auch in der Tiefsee. Die Ölförderung im Golf von Mexiko oder vor der Küste Brasiliens wäre ohne solche Seile nicht möglich. Kilometerlange und meterdicke Stahlseile wären für diese Einsätze schlicht zu schwer, trotz Auftrieb des Wassers. Kunstfasern wie Dyneema gehört die Zukunft, sagt auch Peter Raach. Das einzige Problem: Man weiß noch sehr wenig über sie, weit weniger als über Stahlseile. Daher sind sie bisher nicht flächendeckend im Einsatz.

Manches ist so geheim, als gelte es Fort Knox zu schützen.
Am Stuttgarter Institut ist man drauf und dran, das zu ändern. Da sich die Abteilung Seilforschung aus Drittmitteln finanziert, steht man in engem Kontakt zur Industrie. Einige Versuche sind so geheim, als gelte es Fort Knox zu schützen. Zahlreiche große wie kleine Biege- und Zugschwellmaschinen sind im Dauerbetrieb, alle zwei Tage gibt es einen dumpfen Knall – dann ist wieder ein Seil hin. "Was Seile überhaupt nicht gerne mögen, ist, wie bei Kränen in mehreren Lagen übereinander gewickelt zu werden", sagt Raach. Ihre Lebensdauer werde damit auf ein Bruchteil verkürzt, in der Regel auf zwei bis acht Prozent.

Das kann teuer werden. Hat ein Seil ausgedient, sprechen die Forscher von der Ablege-Reife. "Wir sammeln in unserem Seillabor tagtäglich neue Erfahrungswerte, um die Lebensformeln zu verfeinern und die Ablege-Reife zu bestimmen", erklärt Raach. Die ständige Kontrolle bereits montierter Seile werde aber immer notwendig sein.

An der Nebelhornbahn tasten sich Reinelt und Assistent Weiss Meter um Meter Richtung Talstation vor. Die letzte Messung im Visier, sieht Reinelt an seinem Monitor jedwede Veränderung. Er fahndet nach größeren Schäden und außergewöhnlichen Messsignalen. "Das Seil lebt", sagt er. Drahtbrüche würden größer und kleiner oder treten neu auf. Das empfangene Signal der elektromagnetischen Messung jedoch sei selten eindeutig. Einige Schäden überlagern sich, führen dadurch zu größeren Ausschlägen oder heben sich gar ganz auf. "Das sind dann die kleinen Fiesheiten", sagt er. Trotz modernster Technik können Brüche immer noch schwer lokalisiert werden. Ein nahe an der Messspule liegender Drahtbruch etwa kann ein höheres Signal verursachen als einer weiter innen. In solchen Fällen sei es hilfreich, mit der Seilkonstruktion vertraut zu sein. Von vielen Untersuchungen kenne man typische Krankheiten von Seilen und damit ihr Versagen.

Um eine nachträgliche Analyse der Messerergebnisse kommt ein Seilprüfer also nicht herum. Häufig opfert er dafür seinen Feierabend. "Ich will sichergehen, dass das Seil noch den Forderungen der Norm entspricht und die Bahn am nächsten Tag sorgenfrei fahren kann. Dann erst", sagt Reinelt, "kann ich gut schlafen."

Autor: Andreas Frey