Seiltrommeln

Die Abmessungen der Seiltrommeln haben wesentlichen Einfluss auf das Spulverhalten des Seiles.

Die historische Abfolge der Bauformen von Seiltrommeln begann mit Fahrzeugfelgen, weil diese schnell zur Hand waren. Zum Starten von Schulgleitern war ihr Fassungsvermögen ausreichend, denn man brauchte nur dünnes Seil. Die niedrigen Felgenhörner zwangen aber schnell zum Bau spezieller Trommeln, weil das Seil leicht heruntersprang. Die Flugzeuge wurden mit Geschwindigkeiten geschleppt, für die auch die Übersetzung der verwendeten Fahrzeuggetriebe ausgelegt waren. Deshalb gab man den Seiltrommeln etwa den Durchmesser von Fahrzeugrädern. Um trotz dieses geringen Durchmessers genügend Seil für lange Schleppstrecken fassen zu können, waren die Trommeln entsprechend breit. Dies zwang zum Einbau von Spulvorrichtungen. Dabei handelt es sich um verschiebbare Rollen, die das Seil beim Aufspulen gleichmäß von rechts nach links und links nach rechts über die Trommeloberfläche führen. Meistens wurde diese Bewegung mittels eines Gewindes erzeugt. In der Spindel waren ein Rechts- und ein Linksgewinde übereinander geschnitten, die an den Enden der Spindel gerade ineinanderliefen. Die Spindel wurde untersetzt mit der Trommel gedreht, so dass sich ein sog. Stein, der mit den Seilspulrollen verbunden war und in das Endlosgewinde eingriff, hin- und herbewegte. Eine Spulvorrichtung ist laut BFST (Punkt 4121) für Winden vorgeschrieben, bei denen der Seileinlauf weniger als 18 mal so weit von der Trommelachse entfernt als die Trommel breit ist.

Ohne die Spulvorrichtung würde sich in der Verlängerung des Seileinlaufes beim Aufwickeln auf die Trommel eine Wulst aus Seil bilden, weil ähnlich wie bei einem Riementrieb die Zugkraft auf einem größeren Radius geringer ist, da das Drehmoment (= Kraft x Radius) der Trommel bei jedem Radius gleich ist. Außerdem trägt die Fliehkraft ihren Teil dazu bei, dass das Seil an der höchsten Stelle aufgelegt wird. Die Zugkraft der Winde wirkt auf so eine Seilwulst und zieht sie irgendwann zusammen bzw. flach, was mit starker Reibung zwischen den einzelnen Seillagen und einem Ruck verbunden ist. Der Materialverschleiß auf breiten Trommeln ohne Spulvorrichtung wäre nicht vertretbar. Die Spulvorrichtung legt dagegen eine Lage nach der anderen mehr oder weniger sauber übereinander. Die Steigung und die Übersetzung der Spindel müssen auf die Seildicke abgestimmt sein. Das fällt schwer, da ein Windenseil im Laufe seines Lebens um bis zu 15 % dünner wird. Wird das Seil zu langsam geführt, so klettert es auf das eine Umdrehung vorher aufgelegte Seil. Wird das Seil zu schnell geführt, bleiben Lücken zwischen den Wicklungen zurück, in die das Seil der höheren Lagen hineinfällt. In der Praxis wurde der Vorschub der Spindel so gewählt, dass die Trommel beispielsweise 40 Wicklungen über die Breite erhielt, wenn sie maximal 50 fassen konnte. Um die Trommeloberfläche bei maximal ausgezogenem Seil zu schützen war es notwendig, die erste Lage von Hand dicht an dicht aufzuspulen, wobei die Trommel entsprechend 10 Umdrehungen zurück gedreht wurde, bevor man das Seilende an ihr befestigte. Die saubere Aufspulung kam nur dann zustande, wenn man für jede Trommel eine eigene Spulvorrichtung verwendete. Bei frühen Sparversionen bewegten sich die Spulrollen auch dann mit, wenn die Trommel stillstand, während mit der anderen Trommel geschleppt wurde. Beim Anschleppen lief das Seil dann nicht selten schräg von der Trommel zu den kurz davor positionierten Spulrollen, was zu einer starken seitlichen Zugbelastung auf die Spulvorrichtung führte. Genauso wurde das Seil dann beim Rückholen von der zuerst benutzten Trommel schräg heruntergezogen. Die Lebensdauer des Steines war bei diesen Winden sehr begrenzt. Doch auch bei Doppeltrommelwinden mit zwei Spindeln kommt es zu unregelmäßigen Spulungen, wenn zwischen den Spulrollen und der Trommel Seil herausgetrennt oder Seil von der Trommel heruntergehoben wurde. Wegen fehlender Wicklungen liegt dann nach dem ersten Abspulen eine Wicklung Seil mehr oder weniger schräg auf der untersten Lage und wird nach dem Anschleppen von den höheren Lagen gequetscht. Die schöne Vorstellung von dem sauber und ordentlich aufgespulten Seil schwindet vollends, wenn man die Störanfälligkeit dieser Anordnung betrachtet - die Häufigkeit von Seilsalaten ist groß.

Seilsalate entstehen immer dann, wenn sich obere Wicklungen von der Trommel lösen. Folgende Faktoren haben Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Seilmechanik:

1. Durchmesser der Trommel (Beispiele mit 70 cm und 1 m Durchmesser)
• Umfang und Breite
• Eine Trommel mit Spulvorrichtung und 70 cm Durchmesser hat eine Breite von ca. 25 cm, eine Trommel mit 1 m Durchmesser ohne Spulvorrichtung hat eine Breite von ca. 10 cm. Es können sich immer gerade so viele Wicklungen von der Trommel lösen, wie nicht von anderen Seilabschnitten bedeckt sind. Eine Spulvorrichtung legt die Wicklungen schön nebeneinander, so dass viele Wicklungen deswegen lediglich von der Spannung des Seiles auf der Trommel gehalten werden. Eine große Trommel hat erstens wegen ihrer geringen Breite weniger unbedeckte Wicklungen, und zweitens liegen die letzten Wicklungen nicht neben- sondern eher übereinander, weil eine Spulvorrichtung fehlt. Garnrollen werden letztlich auch nicht dicht an dicht aufgespult, sondern über Kreuz, damit sich der Faden nicht selbständig macht.
• Steifigkeit des Seiles
• Ein Seil setzt aufgrund seiner begrenzten Flexibilität einer Biegung eine Kraft entgegen. Es biegt sich leichter von einer Krümmung mit 35 cm Radius weg als von einer Krümmung mit 50 cm Radius. Besonders problematisch werden Nagelstellen, Schnell- oder Kurzspleiße, weil sie steifer als gesundes Seil sind. Sie provozieren auf kleinen Trommeln Schlaufenbildung.
• Fliehkraft auf das Seil
• Fährt ein Auto mit derselben Geschwindigkeit (z.B. 90 km/h) um eine Kurve, so ist die Fliehkraft umso größer, je enger die Kurve ist. Die Zentripetalbeschleunigung bei 90 km/h um einen Kurvenradius von 35 cm beträgt 182 g (1 g = 9,81 m/s²), um einen Radius von 0,5 m sind es dagegen "nur" 127 g. Bei 30 km/h sind es immerhin noch 20 g bzw. 14 g. Der Unterschied in der Fliehkraft wirkt sich - abgesehen von ihrer Steifigkeit - bei Schnellspleißen, Nagelstellen oder Kurzspleißen aus. Kleine Trommeln werfen an solchen "beschwerten" Seilabschnitten schnell eine Schlaufe, wenn das Seil nicht unter Spannung steht, vor allem kurz nach dem Ausklinken des Seglers. Die Zugkraft, die im Seil durch die Fliehkraft entsteht, ist jedoch unabhängig vom Trommeldurchmesser. Bei einem Seil, das sich mit 90 km/h bewegt und 0,1 kg / m wiegt, beträgt sie 177 N. Da das Seil elastisch ist, behält es diese Spannung zuzüglich der Zugkraft der Winde im aufgewickelten Zustand bei und schnürt die Trommel zusammen. Kleine Trommeln mit ihrer größeren Anzahl von Seilwicklungen müssen deshalb besonders stabil gebaut sein, um sich nicht zusammenzuziehen.
2. Seilstaumöglichkeiten
• Volumen um die Trommeloberfläche
• Wenn eine Wicklung des Seiles lose ist und ihren Durchmesser aufgrund einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen freiem und aufgewickeltem Seil vergrößert, so setzt sie irgendwann am Boden unter der Trommel auf. Daraufhin vergrößert sie sich nach oben und schiebt die nächste Wicklung spätestens dann auf, wenn sie die obere Abdeckung der Trommel berührt. Es lösen sich also umso schneller umso mehr Wicklungen, je weniger lichter Raum um die Trommeloberfläche herum vorhanden ist. Die Steifigkeit des Seiles über kurze Längen verstärkt diesen Effekt in engen Räumen und bei kleinen Trommeln.
• Raum zwischen Umlenkrollen und Trommel
• Das Seil bewegt sich beim Abspulen aufgrund der Fliehkraft und seines Impulses normalerweise freiwillig und geradlinig von der Trommel weg, solange sich nichts im Weg befindet. Spulrollen sind ein Hindernis, das das Seil bremst. Zwischen der Trommel und diesen Rollen bildet sich ein Stau. Durch die Steifigkeit des Seiles auf der kurzen Entfernung pflanzt sich dieser Stau leicht auf die Trommel zurück, wo sofort Wicklungen aufgeschoben werden, wenn die Seilspannung nicht aufrechterhalten wird.
3. Trägheitsmoment & Bremsen
• Beim Seilausziehen
• Wird die Seilausziehgeschwindigkeit verringert, so muss auch die Trommeldrehzahl verringert werden, damit das Seil zwischen Rollen und Trommel straff bleibt. Hätte die Trommel keine Masse, so würde sie ohne Verzögerung stehen bleiben, weil keine Energie gespeichert wäre. Die Auflageflächen von kleinen und großen Trommeln sind etwa gleich groß und gleich schwer, weil die großen Trommeln schmaler sind, um die Bildung von Seilwülsten zu minimieren. Diese Auflageflächen bewegen sich bei gleicher Seilgeschwindigkeit ebenfalls mit der gleichen Geschwindigkeit. Große und kleine Trommeln besitzen demnach prinzipiell die gleiche Energie, die beim Seilausziehen von der Bremse schnell genug abgebaut werden muss, wenn der Seilrückholer seine Geschwindigkeit verringert. Die Unterschiede liegen nun v.a. bei den beweglichen Massen im Inneren der Trommeln. Verwendet man eine LKW-Radaufhängung mit LKW-Bremstrommeln, so sind diese Massen entsprechend hoch, so dass die Bremse relativ stark angezogen werden muss, damit die Trommel schnell genug verzögert, um einen Seilsalat zu verhindern. Seilmechaniken mit kleinen breiten Trommeln, Spulvorrichtung und LKW-Trommelbremsen haben herstellerseitig eine maximal zulässige Ausziehgeschwindigkeit von 30 km/h. Bei höheren Geschwindigkeiten kommt es zum Blockieren des Seiles auf der Trommel, was Unfallgefahr für den Seilrückholer und Seilsalat bedeutet. Bei allen Winden wird empfohlen, so wenig Seil wie möglich zu verwenden, um die trägen Massen für das Seilausziehen und die Beschleunigung beim Start gering zu halten. Die Bedeckung der Trommelberfläche muss aber stets sichergestellt sein, um die Trommeln nicht abzuschleifen und unwuchtig werden zu lassen. Besonders anfällig dafür sind Trommeln aus Aluminum, mit dem der Stahl des Seiles leichtes Spiel hat.
  Seilsalat wegen zu geringer Bremskraft beim Seilausziehen.
  Es gibt halbautomatische Ausziehbremsen, bei denen eine Rolle mit einem Gewicht auf das Seil drückt. Verliert das Seil an Spannung, weil die Trommel nachläuft, so senkt sich die Rolle ab und betätigt dabei die Bremse der Trommel. Die Bremswirkung, die Dämpfung und die Massenträgheit des Rollenarmes, der Trommel und der variablen Seilmenge müssen jedoch genau abgestimmt sein, damit sich bei veränderlichen Ausziehgeschwindigkeiten keine Aufschaukel-Effekte einstellen.
• Beim Seileinziehen
• Die Bremswirkung darf vom Windenfahrer in keinem Fall so groß gewählt werden können, dass sie die Trommel zu schnell zum Stehen bringt. In diesem Fall reicht die Reibung zwischen den Seillagen nicht mehr aus, um den Schwung der oberen Lagen zurückzuhalten. Mit anderen Worten bleibt die Trommel stehen, während sich die Seillagen weiterdrehen. Solch eine Blockierbremsung führt zu einem kapitalen Seilsalat, bei dem sich sämtliche Seillagen ablösen. Diese Gefahr besteht vor allem bei LKW-Bremsen, die zur Verzögerung von etlichen Tonnen gebaut wurden, während ein Schleppseil maximal drei Zentner auf die Trommel bringt. Besonders kritisch wird es in Kombination mit kleinen Trommeln. So ein System weist ein kleines Verhältnis zwischen Seiltrommel- und Bremstrommeldurchmesser, also einen sehr langen Hebel für die Bremse auf.
4. Missverhältnis zwischen Bremskraft und Seilspannung auf der Trommel
• Wird die Trommel beim Seilausziehen stark gebremst, während das Seil z. B. von Hand oder auf andere Weise ohne ausreichenden Widerstand aufgewickelt worden war, so schneidet die oberste Wicklung in die weichen unteren Lagen ein. Zieht sich jetzt eine "untere" Wicklung zu, die über die "oberste" Wicklung geraten ist, so schnürt sie das herauslaufende Seil ab. Dieses löst sich daraufhin nicht mehr von der Trommel und wird geknickt. Die Trommel blockiert und eine evtl. vorhandene Spulvorrichtung wird bei entsprechender Gewalt vom Seil heruntergebogen, das der Klemmstelle auf der Trommel hinterherläuft. Je breiter eine Trommel und je kleiner ihr Durchmesser ist, desto schräger kann sich eine abschnürende Wicklung über das herauslaufende Seil legen, und desto stärker blockiert es dieses. Trommeln ohne Spulvorrichtung, die zu breit gebaut sind, zeigen diesen Effekt durch starkes Ruckeln beim Seilausziehen.

  Klemmwirkung bei diagonal überworfener Wicklung
  	stark	gering

5. Vorschädigungen des Seils
• Wenn ein Seil bei einem Seilsalat mehrere Knickstellen erlitten hat und vielleicht noch mit Nagelstellen versehen werden musste, so ist die Anfälligkeit für weitere Seilsalate umso größer. Die Staugefahr an engen Seildurchführungen (Azimut- und Spulrollen) steigt, und die einzelnen Wicklungen auf der Trommel legen sich eher über- als nebeneinander.
6. Trägheit des Antriebs
• Wenn das Segelflugzeug seine Starthöhe erreicht hat, reduziert der Windenfahrer die Seilkraft und die Trommeldrehzahl, damit sich das Seil vom Flugzeug ohne Ruck lösen kann. Erkennt der Windenfahrer, dass das Flugzeug ausgeklinkt hat, muss er die Trommel wieder schnell beschleunigen, um keine Seilschlaufe entstehen zu lassen. Träge Antriebe erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Seilsalats.
7. Trägheitsmoment der Seiltrommel
• Das Trägheitsmoment der Seitrommel ergibt sich aus der Massenverteilung über den Trommeldurchmesser und sollte möglichst klein sein. Die Trommel muss einerseits das Drehmoment des Antriebes übertragen, viel mehr noch aber dem enormen Druck der mehreren hundert Seilwicklungen standhalten, die mit hoher Zugkraft aufgespult werden. Dieser Druck erhöht sich, wenn ein besonders leistungsstarker Antrieb Verwendung findet und sich das Seil beispielsweise nachts abkühlt und zusammenzieht.Die Trommel wird dann regelrecht zerquetscht und unbrauchbar. Besonders anfällig dafür sind Trommeln, die aus Gewichtsgründen aus Aluminium gegossen wurden. Hochfeste Stahllegierungen sind dagegen schweißbar, Trommeln mit großem Durchmesser weisen weniger Seilwicklungen auf, und die Kräfte sind wegen der geringen Trommelbreite geometrisch einfacher aufzufangen. Die höhere Massendichte von Stahl fällt nicht ins Gewicht, da weniger Materialvolumen benötigt wird und die Trommeldrehzahl geringer ist.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass Winden mit kleinen breiten Trommeln und Spulvorrichtungen zwar die Wulstbildung und das Rupfen des Seiles auf der Trommel verhindern, dafür das Seil aber durch häufige Seilsalate schädigen. Die Schleppseile werden früher durch gesplissene, geknickte und schraubenartige Stellen unbrauchbar als durch einen abgenutzten Querschnitt. Das ganze ist außerdem mit viel Reparaturaufwand und finanziellen Ausfällen im Flugbetrieb verbunden. Die meisten Neuentwicklungen seit den 70er Jahren besitzen große schmale Trommeln, die keine Spulvorrichtungen benötigen.

Diese Winden erzielen hohe Seillebensdauern, die bei guten Seileinlaufrollen zum großen Teil durch die Bodenbeschaffenheit des Flugplatzes begrenzt sind. Eine Überhöhung der Schleppstrecke lässt das Seil beim Start länger am Boden schleifen. Sand und Schotter schmirgeln das Seil ebenfalls schneller dünn, zuerst an den Knickstellen (entstehen bei Seilsalaten). Windenseile können ohne Probleme bis zu 15 % Verlust an Durchmesser verkraften, wenn sie keine Knick- oder Quetschstellen (entstehen beim Anschleppen) besitzen und nach dem Ausklinken des Seglers durch rechtzeitiges Gasgeben vom Boden ferngehalten werden, auf dem sie reaktionsträge Windenfahrer in Schlingen mürbe klopfen. Reißt die erste Kardeele, so sollte man das abgenutzte Stück Seil auswechseln. Das betrifft diejenigen 2/3 der ausgelegten Schleppseillänge, die an der Winde beginnen und Richtung Startstelle laufen. In der Praxis bedeutet das z. B. bei 1200 m Schleppstrecke, dass man das Seil kurz vor der Winde sowie knapp 800 m davon entfernt kappt und anstelle des herausgekappten Stückes 800 m fabrikneues Seil einspleißt. Der partielle Ersatz des Seiles spart erhebliche Materialkosten. Der Seilabschnitt, der beim Start als erstes vom Boden abhebt und nach dem Ausklinken des Seglers eingespult wird, kann ca. dreimal länger benutzt und danach noch umgedreht werden. Auf keinen Fall sollen Seilabschnitte über die Rollen laufen, die auf der Trommel gequetscht worden sind. An Quetschstellen sind Seilrisse vorprogrammiert, wenn sie sich an den Rollen aufarbeiten. Deshalb sollte herausgekapptes Seil nicht einfach "kurzgeschlossen" und durch "Vorrat" von den Trommeln ersetzt, sondern gegen ein mindestens gleich langes Stück neuen Seiles getauscht werden, das eingespleißt wird. Solange Quetschungen während des Betriebes stets auf der Trommel verbleiben, stellen sie keine Gefahr dar. Diese Seilabschnitte können praktisch ewig verwendet werden, um die Trommeloberfläche zu schützen.