Thesis (B.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1978. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / B.S.

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Im Vergleich zu Stahlseilen haben hochfeste Faserseile vorteilhafte Eigenschaften. Insbesondere die bei gleicher Bruchlast um den Faktor 7 bis 10 reduzierte Eigenmasse ermöglicht neue Anwendungen. Die Nachteile von hochfesten Faserseilen gegenüber Stahlseilen , wie beispielsweise Druckempfindlichkeit und Empfindlichkeit gegenüber Wärmeeintrag , behindern den Einsatz von hochfesten Faserseilen in zahlreichen Anwendungsgebieten. Mit der vorliegenden Arbeit soll dieses Problem behoben werden. Dazu wurden die Grundlagen zur Auslegung einer neuen Winde für hochfeste Faserseile , welche die Nachteile dieser Zugmittel kompensiert, erarbeitet. Diese sogenannte Hüllandruckwinde vereint die Eigenschaften von hoher Treibkraft und Seilschonung auf kompaktem Bauraum. Eine Hüllandruckwinde ist eine Treibscheibenwinde, bei der das Seil durch ein umlaufendes, sogenanntes Hüllandruckelement in eine seilschonende Rundrille gedrückt wird. Das Hüllandruckelement kann als Zahnriemen mit Rundrille ausgeführt werden. Sowohl Treibscheibe als auch Hüllandruckelement sind angetrieben. Zur Auslegung von Hüllandruckwinden ist die Kenntnis der Treibkraft und des Systemverhaltens erforderlich. Bei der Überprüfung des Stands der Forschung auf geeignete Treibkraftmodelle stellte sich heraus, dass bislang kein geeignetes Modell existierte. Somit erfolgte die Erarbeitung des sogenannten verallgemeinerten nichtlinearen Modells zur Beschreibung der Treibkraft von Hüllandruckwinden. Dieses wurde validiert und mit einem Benchmark-Modell des Stands der Forschung verglichen. Das verallgemeinerte nichtlineare Modell weist im Vergleich zum Benchmark-Modell für den Zustand Haften einen im Durchschnitt 70 % und für den Zustand Gleiten einen im Durchschnitt 36 % niedrigeren mittleren relativen Fehler auf. Das verallgemeinerte nichtlineare Modell sagt in Bezug zu den Messdaten im Durchschnitt einen um 3,5 % erhöhten Wert vorher. Außerdem wurde das Systemverhalten von Hüllandruckwinden untersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten zwischen Treibscheibe und Hüllandrucklement im Bereich des Umschlingungswinkels des Hüllandruckelements auf dem Seil keinen Einfluss auf die Treibkraft hat. In Verspannversuchen mit einer Last unterhalb der Treibkraft konnten ein um 800 % überhöhtes virtuelles Antriebsdrehmoment des Hüllandruckelements und ein um 538 % überhöhtes Antriebsdrehmoment der Treibscheibe gemessen werden. Als Abhilfemaßnahme für diese überhöhten Antriebsdrehmomente erfolgte die Vorstellung eines lastabhängigen Vorspannmechanismus des Hüllandruckelements, welcher in der Nullserie der Hüllandruckwinde „HERO 1000“ angewendet wird. Aus der Gesamtheit der Erkenntnisse wurden Gestaltungshinweise für Hüllandruckwinden abgeleitet.:Kurzfassung VII Abstract IX 1 Einleitung 11 1.1 Problemstellung und Motivation 11 1.2 Zielsetzung und Forschungsfragen 13 1.3 Aufbau der Arbeit 15 2 Stand der Technik 17 2.1 Definitionen und Erläuterungen 17 2.2 Hochfeste Faserseile 21 2.3 Ablegereife und Zustandsüberwachung 23 2.4 Trommelwinden 25 2.5 Durchlaufwinden 27 2.5.1 Einfach umschlungene Treibscheibenwinden mit glatter Rille 28 2.5.2 Einfach umschlungene Treibscheibenwinden mit profilierten Rillen 30 2.5.3 Mehrfach umschlungene, mehrrillige Treibscheibenwinden 31 2.5.4 Spillwinden 35 2.6 Bandscheibenabzüge 37 3 Stand der Forschung 43 4 Mathematische Modellierung 51 4.1 Betriebssituationen 51 4.2 Vereinfachungen 52 4.3 Festlegungen 55 4.4 Modellierung der Treibkraft 56 4.4.1 Herleitung 56 4.4.2 Lösungen Treibkraftfall C 62 4.4.3 Lösungen Treibkraftfall A 63 4.4.4 Lösungen Treibkraftfall B 64 4.4.5 Lösung Treibscheibenbetrieb ohne HAE 65 4.5 Modellierung der Synchronisation 65 5 Experimentelle Untersuchungen 69 5.1 Versuchsstand 69 5.1.1 Parameter 69 5.1.2 Mechanischer Aufbau 72 5.1.3 Steuerung des Versuchsablaufs 75 5.1.4 Kalibrierung der Frequenzumrichter 76 5.1.5 Erfassung der Messgrößen 78 5.1.6 Auswertung der Messergebnisse 79 5.2 Auswahl der Materialpaarungen 84 5.3 Versuchsplanung 86 5.3.1 Treibkraft 87 5.3.2 Systemverhalten 90 5.4 Versuchsdurchführung 91 5.4.1 Treibkraft 91 5.4.2 Systemverhalten 95 6 Diskussion der Ergebnisse 97 6.1 Vorgehensweise 98 6.2 Treibkraft 99 6.2.1 Treibscheibenbetrieb ohne HAE 99 6.2.2 Treibkraftfall A 109 6.2.3 Treibkraftfall B 114 6.2.4 Treibkraftfall C 120 6.2.5 Kritische Betrachtung des Treibkraftmodells 130 6.3 Systemverhalten 132 6.3.1 Verspannversuche 132 6.3.2 Synchronisationsversuche 139 6.3.3 Fazit Systemverhalten 143 6.4 Gestaltungshinweise für HAW 144 7 Zusammenfassung und Ausblick 147 7.1 Zusammenfassung 147 7.2 Ausblick 150 Abkürzungen 153 Symbole 155 Abbildungsverzeichnis 161 Tabellenverzeichnis 165 Literaturverzeichnis 169 Anlagenverzeichnis 182 / Compared to steel ropes, high-strength fibre ropes have advantageous properties. In particular, the reduction in dead weight by a factor of 7 to 10 for the same breaking load makes new applications possible. The disadvantages of high-strength fibre ropes compared to steel ropes, such as pressure sensitivity and sensitivity to heat input, hinder the use of high-strength fibre ropes in numerous areas of application. The present work is intended to eliminate this problem. For this purpose, the basic principles for the development of a new winch for high-strength fibre ropes, which compensates for the disadvantages of high-strength fibre ropes, were worked out. This so-called belt wrap capstan combines the properties of high driving force and rope protection in a compact design. A belt wrap capstan is a traction sheave winch in which the rope is pressed into a round groove by a so-called belt wrap capstan. The enveloping pressure element can be designed as a toothed belt with a round groove. Both the traction sheave and the enveloping pressure element are driven. The design of belt wrap capstans requires knowledge of the driving force and the system behaviour. When reviewing the state of research for suitable driving force models, it was found that no suitable model existed so far. Therefore, a so-called generalised non-linear model was developed to describe the driving force of belt wrap capstans. This was validated and compared with a benchmark model of the state of the art. Compared to the benchmark model, the generalised nonlinear model has a 70 % lower mean relative error for the sticking condition and a 36 % lower mean relative error for the sliding condition. The generalised non-linear model predicts a 3.5 % higher value on average. The system behaviour of belt wrap capstans was also investigated. It was demonstrated that the ratio of angular velocities between the drive sheave and the enveloping pressure element within the wrap angle of the enveloping pressure element on the rope has no influence on the driving force. In tensioning tests with a load below the driving force, an 800 % excessive virtual driving torque of the sheath pressure element and a 538 % excessive driving torque of the traction sheave could be measured. As a remedy for the tensioning, a load-dependent pretensioning mechanism of the belt wrap capstan was presented, which is used in the zero series of the belt wrap capstan 'HERO 1000'. Design recommendations for belt wrap capstans were derived from all the findings.:Kurzfassung VII Abstract IX 1 Einleitung 11 1.1 Problemstellung und Motivation 11 1.2 Zielsetzung und Forschungsfragen 13 1.3 Aufbau der Arbeit 15 2 Stand der Technik 17 2.1 Definitionen und Erläuterungen 17 2.2 Hochfeste Faserseile 21 2.3 Ablegereife und Zustandsüberwachung 23 2.4 Trommelwinden 25 2.5 Durchlaufwinden 27 2.5.1 Einfach umschlungene Treibscheibenwinden mit glatter Rille 28 2.5.2 Einfach umschlungene Treibscheibenwinden mit profilierten Rillen 30 2.5.3 Mehrfach umschlungene, mehrrillige Treibscheibenwinden 31 2.5.4 Spillwinden 35 2.6 Bandscheibenabzüge 37 3 Stand der Forschung 43 4 Mathematische Modellierung 51 4.1 Betriebssituationen 51 4.2 Vereinfachungen 52 4.3 Festlegungen 55 4.4 Modellierung der Treibkraft 56 4.4.1 Herleitung 56 4.4.2 Lösungen Treibkraftfall C 62 4.4.3 Lösungen Treibkraftfall A 63 4.4.4 Lösungen Treibkraftfall B 64 4.4.5 Lösung Treibscheibenbetrieb ohne HAE 65 4.5 Modellierung der Synchronisation 65 5 Experimentelle Untersuchungen 69 5.1 Versuchsstand 69 5.1.1 Parameter 69 5.1.2 Mechanischer Aufbau 72 5.1.3 Steuerung des Versuchsablaufs 75 5.1.4 Kalibrierung der Frequenzumrichter 76 5.1.5 Erfassung der Messgrößen 78 5.1.6 Auswertung der Messergebnisse 79 5.2 Auswahl der Materialpaarungen 84 5.3 Versuchsplanung 86 5.3.1 Treibkraft 87 5.3.2 Systemverhalten 90 5.4 Versuchsdurchführung 91 5.4.1 Treibkraft 91 5.4.2 Systemverhalten 95 6 Diskussion der Ergebnisse 97 6.1 Vorgehensweise 98 6.2 Treibkraft 99 6.2.1 Treibscheibenbetrieb ohne HAE 99 6.2.2 Treibkraftfall A 109 6.2.3 Treibkraftfall B 114 6.2.4 Treibkraftfall C 120 6.2.5 Kritische Betrachtung des Treibkraftmodells 130 6.3 Systemverhalten 132 6.3.1 Verspannversuche 132 6.3.2 Synchronisationsversuche 139 6.3.3 Fazit Systemverhalten 143 6.4 Gestaltungshinweise für HAW 144 7 Zusammenfassung und Ausblick 147 7.1 Zusammenfassung 147 7.2 Ausblick 150 Abkürzungen 153 Symbole 155 Abbildungsverzeichnis 161 Tabellenverzeichnis 165 Literaturverzeichnis 169 Anlagenverzeichnis 182

Falu Gruvas hästar har historiskt sett varit av stor betydelse för det dagliga arbetet vid gruvan. De användes ovan jord för transport av bland annat ved och malm, men även för att driva de många hästvindar som från och med 1540-talet användes för uppfordring samt för att pumpa upp grundvatten ur gruvan. Mellan 1697 och 1815 arbetade även hästar under jord med att driva hästvindar samt frakta malm. Dessa hästar hissades till en början ned i gruvan genom schakten dagligen, men fick sedan bo nere i gruvan där de kom att tillbringa merparten av sina liv. Uppsatsen ger en bred bild av flertalet aspekter av hästarnas liv, med fokus på tiden 1540 till 1815 då hästarna var som viktigast för att hålla igång gruvdriften. Trots hästarnas framstående roll i gruvans historia har de aldrig haft någon framträdande roll i historieskrivningen. Denna uppsats syftar till att skildra Falu Gruvas historia med hästen i fokus. / Falu mine horses have historically been of great importance for the daily work at the mine. They were used above ground for the transportation of for example wood and ore, but also to power the many horse capstans that were used for hoisting and for pumping groundwater out of the mine. Between 1697 and 1815 horses began to work underground as well, with running horse capstans and with transportation. At first, these horses were lowered to the bottom of the mine every day, but later they came to live below ground. This study gives a broad picture of several aspects of the horse's life, focusing on the period from 1540 to 1815, when the horses were very important to the mine. Despite the horses' prominent role in the mine's history, they have never fully been portrayed in historiography. This study aims to do that.

Cette thèse présente les traductions des trois traités de navigation écrits en latin (et restés à ce jour inédits) par Giovanni Poleni, professeur de mathématiques, physique, astronomie, philosophie mécanique expérimentale, navigation et construction navale à l’université de Padoue : La meilleure manière de mesurer sur mer le chemin d’un vaisseau, indépendamment des observations astronomiques (1733), Dissertations latines sur les ancres portant sur La figure optimale selon laquelle les ancres peuvent être formées, De la technique la plus performante pour forger les ancres, La manière d’éprouver la force des ancres, soit leur résistance (1737), le troisième traité concerne l’amélioration de l’usage du cabestan : De Ergatae Navalis praestabiliore, facilioreque Usu, Dissertatio (1741). Ces trois traités furent primés par l’Académie Royale des Sciences de Paris (prix Rouillé de Meslay). Un corpus traduit de la correspondance latine de Poleni avec les savants européens, la traduction des programmes latins de ses cours de navigation ainsi qu’une enquête in situ à Venise, Vérone ou à Padoue furent nécessaires pour contextualiser les traités. La reconstitution grandeur nature de deux machines de navigation de Poleni : le cabestan et la machine pour mesurer la force du vent, réalisée par des étudiants de BTS Développement Réalisation Bois et des élèves de CAP Serrurerie Métallerie furent testées en mer. Le premier volume propose une biographie de Giovanni Poleni, les « appels à projets » de l’Académie Royale des Sciences de Paris (1733-1741), les traductions commentées des trois traités de Poleni ainsi que la reconstitution de ses machines. Le second tome regroupe les fac-similés des manuscrits ou des imprimés originaux de l’universitaire padouan. / This doctoral thesis presents the translation of the three shipping essays written in latin (and never translated until now) by Giovanni Poleni, professor of mathematics, physics, astronomy, mechanical and experimental philosophy, shipping and shipbuilding in the University of Padua: La meilleure manière de mesurer sur mer le chemin d’un vaisseau, indépendamment des observations astronomiques (1733), Dissertations latines sur les ancres about La figure optimale selon laquelle les ancres peuvent être formées, De la technique la plus performante pour forger les ancres, La manière d’éprouver la force des ancres, soit leur résistance (1737), the third essay relates how to improve the use of the ship's capstan: De Ergatae Navalis praestabiliore, facilioreque Usu, Dissertatio (1741).These three essays were rewarded by the Royal Academy of Sciences in Paris (prize Rouillé de Meslay). A translated corpus of the Poleni's latin correspondence with the others European scholars, the translation of the latin programmes of his shipping courses and an on-site survey in Venice, Verona and Padua were required in order to contextualize the essays. The full-scale reconstruction of Poleni’s shipping machines: the capstan and the machine to measure the wind force, made by the students of BTS Development Achievement Wood and the pupils of CAP Metal Forming and Ironwork were tested in sea. The first volume provides a biography of Giovanni Poleni, the “Calls forProjects” of the Royal Academy of Sciences in Paris (1733-1741), the translations commented of the Poleni’s three shipping essays and the reconstruction of his shipping machines. The second one collects the manuscripts or original printouts' facsimile written by the Paduan academic.