Untersuchungsergebnisse zur Ablegereife von ... - BFW

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Untersuchungsergebnisse zur Ablegereife von ... - BFW

Ergebnisse des DAFNE-

Forschungsprojektes Ropesecurity 2+

BFW Forsttechnik, FAST Ort Gmunden

19. Oktober 2013

• Einleitung

Inhalt

• Material und Methoden

– Herstellung der künstlich abgenützten Proben

– Entwicklung einer Messmethode

• Ergebnisse

– Bruchkraftverlauf

– Modelle für die Bruchkraftberechnung

– Tabellarische Rechenhilfen

Einleitung

• Kunststoffseile aus Dyneema-Faser seit etwa 10 Jahren

in der Praxis im Einsatz

• 2 Seiltypen erhältlich, ummantelt und nicht ummantelt

• Ergonomische Vorteile unumstritten

– Seilgewicht und Handhabung (PILKERTON, 2001, 2004; GARLAND,

2003; STAMPFER, 2010 etc.)

• Reduzierte Unfallgefahr (HARTTER, 2006)

• Die ÖNORM EN 14492-1 erlaubt Kunststoffseile auf

Winden – wenn Verschleißbedingungen bekannt und

Ablegekriterien erkennbar sind

– Für Stahlseile gilt die ISO 4309 Visuelle Seilinspektion

– Ablegekriterien für Kunststoffseile?


State of the Art

• Bei ummantelten Kunststoffseilen ist der Abrieb am

Mantel ein klares Kriterium für die Ablage

State of the Art

• Nicht ummantelte Seile werden verwendet bis sie reißen!

Visuelle Ansprache

• Erste Tests zeigten, dass das

Erkennen der Ablegereife des Seiles

nicht einfach ist:

– Das Aussehen der Oberfläche ist nicht

sehr Hilfreich

– Austausch bei 25 % Faserverlust ist

vermutlich zu spät – und nicht klar

erkennbar

• Bei kaum erkennbarer Oberflächenveränderung

zeigten die Seile deutlich

abnehmende Bruchkraft

kN

240,00

200,00

160,00

Testergebnisse 2010:

Pict.: (Samson Rope Technologies, Inc., 2006)

197,50

Tensile strength with increasing abrasion

163,87

132,68

163,87 kN

132,68 kN

94,24 kN

All Pictures: (Samson Rope

Technologies, Inc., 2006)

120,00

80,00

40,00

94,24

69,55

69,55 kN

0,00

0 10/10 20/20 30/30 40/40

0% 5% 10% 25% 35%

(NEMESTOTHY, N., 2010) Cycles + estimated loss of fibres (%)


Gleistein

Forschungsprojekt „Ropesecurity 2 +“

• Ziele des Projektes

– Untersuchung der Korrelation zwischen Faserverlust und

Bruchkraftverlust an benützten Seilen.

– Entwicklung einer praxistauglichen Methode zur Feststellung

des Faserverlustes.

Ablegekriterien für Kunststoffseile durch

Feststellung der vorhandenen Bruchkraft

Material und Methoden

Material

• 240 Seilproben von 7 verschiedenen Seilprodukten von 6

Herstellern/Vertreibern

• 12-litzige Windenseile aus Dyneema-Faser -Hohlgeflecht

• 14 mm Nenndurchmesser, MBK 160 kN

240

42

16

Bezeichnung

des Seiles

Hersteller (H) bzw.

Vertrieb (V)

Probenanzahl

Nenndurchmesser

(mm)

MBK (kN)

Seilgewicht

g/lfm

Stratos Winch

Light H Teufelberger (H) 14 210 120

Stratos Winch

Light S Teufelberger (H) 14 165 101

24 Dynaforce I Grube Forst (V) 14 200 108

77 Dynaforce II Grube Forst (V) 14 200 108

18 Styria Power Haase (V) 14 220 128

18 DynaOne HS Gleistein (H) 14 210 135

26 Amsteel Blue

Koller Forsttechnik

(V) 14 165 118

18 DynaRed Interforst (V) 14 181 96

Erzeugung der künstlich

abgenützten Proben

• Abriebteststrecke

– Bahn mit sehr rauer Oberfläche,

• 40 m lang, 2 m breit – 35 m nutzbare Länge

• Kalkschotter (0/32) gemischt mit ~25% Erde

• Sieben Betonschwellen quer eingebaut

– Zur Erhöhung des Abriebes

– Um zu starke Eintiefung der Spuren zu vermeiden

– Testwagen

• Mit 4 Pendelkufen

• Kufen so geformt, dass nur an der Sohle längs

abgerieben wird

• Aufgebaute Winden zum Vorspannen

mit ~3 - 4 kN


Reinigung und Dokumentation

Markierung der Seilproben

• Die Seile wurden mit Hochdruckreiniger gewaschen und

mit Pressluft ausgeblasen

• Fotografische Dokumentation für Vergleichsserie

• Die vermessenen Litzen

wurden dauerhaft

markiert

– Zur Wiederholbarkeit der

Messung

– Zur Überprüfung nach

dem Abreißen der Seile

Schätzverfahren

• Eine Litze muss herausgezogen werden

• Auf einzelne Fäden zur Schätzung aufgeteilt

• Anschließend wieder zurückziehen und nächst Litze

raus

Messverfahren mit Schublehre

und Messschlinge

• Beruht auf der Vermessung des

Umfanges mittels Bandmaß

• Messschlinge aus festem Garn - mit

Schublehre gemessene

Längenänderung ergibt den Umfang

• Besseres Messergebnis:

– durch konstante Messkraft mittels

eingebauter Feder


Denison 500 kN,

Prüfmaschine

Messunsicherheit = 0,25 % des Messergebnisses (±0,5 kN)

Auswertung

3 Produktgruppen

• Nach Messergebnissen der unbenützten Seile berechnte Werte

zeigten Unterschiede in der Festigkeit/Gramm Laufmetergewicht

Bruchkraftverlust unbenützte Seile mit

durchtrennten Fäden

110%

100%

AB 109,64 10,96 159,34 178 1,12 1,63

GD I 109,07 10,91 164,63 180 1,09 1,65

GD II 111,58 11,16 155,45 178 1,15 1,60

GL 136,90 13,69 190,84 247 1,29 1,80

TBLH 116,09 11,61 168,97 203 1,20 1,75

IF 141,97 14,20 194,20 205 1,06 1,44

STP 125,15 12,52 178,38 178 1,00 1,42

TBLS 104,56 10,46 146,95 153 1,04 1,46

Seilgewicht

kg/100

Querschnitt

Ø

Bruchkraf

t (BK)

Materialfestigkeit

g/lfm lfm [mm²] [kN] [kN/mm²] [kN/g/lfm]

Produktgrupp

e

Anzahl

Proben

1 98

2 48

3 45

Bruchkraft rel.

90%

80%

70%

60%

50%

110%

100%

90% 80% 70%

Querschnitt rel.

60%

50%

Versuch NEM

Versuch GAR

Linear (Versuch GAR)

Linear (Versuch NEM)


Verlauf der Bruchkraft bei zunehmender

Abnützung in Abhängigkeit vom Faserverlust

(in % der Ausgangswerte)

1,2

[%]

1,4

1,2

Verlust der Materialfestigkeit

1

0,8

0,6

0,4

0,2

Material-Strength [kN/mm²]

1

0,8

0,6

0,4

PG 1

PG 2

PG 3

Linear (PG 1)

Linear (PG 2)

Linear (PG 3)

0

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199

0,2

0

Cross-Sectional-Area [%] Breaking-Force [%]

Linear (Breaking-Force [%]) Linear (Cross-Sectional-Area [%])

-10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

Loss of Cross-Sectional-Area [%]

Vergleichbarkeit der Modelle aus Labor

und Natur

Ein Modell für alle Produkte

[kN]

200

180

160

Bruchkraft/Querschnitt, Produktgruppe 1 + 2 nach Produkten und mit Praxisseilen verglichen

250

Bruchkraft [kN] auf Querschnitt [mm²],

lineares Gesamtmodell

140

120

100

80

200

150

y = 1,1034x - 59,027

R 2 = 0,464

60

40

100

20

0

210 190

170

150

130

110

90

70 [mm²]

50

50

0

GD künstl Praxisseile PG 1 (AB+GD) PG 2 (GL+TBLH)

200

180

160

140

120

100

80

Linear (PG 1 (AB+GD)) Linear (Praxisseile ) Linear (GD künstl) Linear (PG 2 (GL+TBLH))


Abweichung vom Modellergebnis

Modelle für 3 Produktgruppen

250

Residuen [kN], Lineares Gesamtmodell

200

y = 1,5697x - 114,02

R 2 = 0,6077

60

50

40

30

20

10

[kN]

150

100

y = 1,4097x - 108,4

R 2 = 0,6563

y = 0,6952x - 23,417

R 2 = 0,6065

0

-10200

-20

180

160

140

120

100

80

50

-30

-40

-50

-60

0

200

180

160

140

[mm²]

120

100

80

60

PG 1 PG 2 PG 3 Linear (PG 1) Linear (PG 2) Linear (PG 3)

Abweichung vom Modell, Produktgruppe PG 1

Konfidenzintervalle Modelle für 3

Produktgruppen

Residuen [kN], Modell PG 1

50

40

30

20

10

0

-10 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

-20

-30

-40

-50


Messwerkzeug

• Handelsübliche Schublehre –

ausgerüstet mit einer Spiralfeder

• Messschlinge

• Kugelschreiber

Bestimmung der vorhandenen Bruchkraft

Messung des Litzenumfanges

Tabellarische Berechnung

• Mit Messschlinge und Schublehre gemessene Werte

werden in Tabelle eingetragen

• Umfang durch subtrahieren berechnen und aufaddieren

15 N constantly

+ 20 N for 5 seconds


Tabellarische Auswertung

• Mittels Wert des in

Tabelle mit

Bruchkraftwerten

Bruchkraft ablesen

• Mittlerer

Bruchkraftwert

und

Mindestbruchkraft bei

verschiedener

Sicherheit ablesbar

FAZIT

• Klarer Zusammenhang zwischen messbarem

Querschnitt und Bruchkraft gefunden

• Die FAST Ort - Abriebmethode ist vergleichbar mit

natürlich abgenützten Seilen

• Am besten wären Einzelmodelle für jedes Seil

• Behelfsweise ergeben Modelle für Produktgruppen gute

Prognoseergebnisse

• Zusätzliche Proben von den gering vertretenen Seilen

sind notwendig

• Bisher nur 14 mm Seile - andere Seildimensionen

müssen zusätzlich getestet werden

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