Verstärkte Gummikomponenten sind allgegenwärtig und weit verbreitet. Die Dämpfungseigenschaften, das Reibungsverhalten und die große tolerierbare elastische Verformung sind unverzichtbar für industrielle Anwendungen. Hochbelastete Bauteile wie Federn, Dämpfer, Hydraulikschläuche und Förderbänder werden mit Stahldrähten und Stahlseilen verstärkt. Bei einem Totalausfall muss in der Regel das gesamte System gestoppt werden. Um den Betrieb fortzusetzen, ist eine Reparatur oder ein Austausch der Komponente erforderlich. Daher ist es wichtig, die Lebensdauer solcher Komponenten zu erhöhen.
Um die Lebensdauer zu erhöhen, müssen die Versagensarten und -ursachen bekannt sein. Bei verstärktem Gummi tritt eine Ablösung der Grenzfläche Verstärkung/Gummi und Rissausbreitung in den Gummi aus der Grenzfläche auf und führt zu endgültigem Versagen. Die Fähigkeit, Versagen vorherzusagen, ermöglicht die Optimierung solcher Komponenten, um die Lebensdauer zu erhöhen.
In dieser Arbeit werden Konzepte zur Vorhersage des Versagens in stahlseilverstärkten Fördergurten unter Verwendung der Bruchmechanik vorgestellt. Daher werden die Spannungs- und Dehnungsfelder für die spätere Verwendung in der Bruchmechanik mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) ermittelt. Ein FEM-Modell erfasst die in einem Fördergurtprüfstand auftretenden mechanischen Belastungen auf globaler Ebene. Das mechanische Verhalten der Stahlseile bei Zug, Biegung und Torsion, aufgrund ihrer gewundenen Struktur, wird mit speziellen Modellierungsansätzen erfasst. Für die spätere Nutzung der Bruchmechanik auf lokaler Ebene werden genauere Spannungs- und Dehnungsfelder mithilfe eines Submodells ausgewertet. Ein bruchmechanisches Konzept wird verwendet, um die Ablösung an den Seilenden vorherzusagen. Die Vorhersage von Rissen in den Gummi aus der Grenzfläche heraus ist eine große Herausforderung und führt zu einem hohen Rechenaufwand. Daher wird ein Konzept entwickelt, um Risswachstum im Gummi unter Verwendung des Konzepts der konfigurellen Kräfte effizienter vorherzusagen.
Die vorgestellten Konzepte sind entscheidende Schritte, um das Versagen von Förderbändern vorherzusagen. In Zukunft können die Konzepte angepasst und im 3D-Fall angewendet werden, um das Versagen von Fördergurten vorherzusagen. Solche bruchmechanischen Verfahren sind allgemein und auf andere verstärkte Gummikomponenten übertragbar.