Bruchtests Pre

1. Vorwort

Mit diesen ersten Bruchtests wollte ich erste Erfahrungen sammeln und ein Gefühl dafür bekommen was ich überhaupt fabriziere und wie meine Seile grob im Verhältnis zu industriell hergestellten Seilen stehen.

Diese ersten Tests sind noch sehr einfach und erreichen bei weitem nicht die benötigte Anzahl an Ergebnissen um wirklich stichhaltige Aussagen treffen zu können, geben aber zumindest schonmal einen groben Überblick über das Testen von Bruchlasten diverser Seile.

Die hier angegebenen Seile sind alle noch auf der alten Maschine entstanden, weswegen die Angabe der Schlaglänge noch etwas ungenau ist und mehr auf persöhnlichem Gefühl beruht.

In der Zukunft wird dies natürlich geändert.

2. Prüfmethode

2.1. Prüfkörper

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Eines der großen Probleme beim Testen von Seilen ist deren Fixierung. Ein Knoten schwächt das Seil immer und um es an der Zugvorrichtung festzumachen muss man leider einen Knoten binden, der dann eine Sollbruchstelle erzeugt und so das Messen der Bruchlast des reinen Seils in der Länge unmöglich macht. Es gibt mehrere Möglichkeiten dieses Problem zu umgehen oder abzuschwächen.

Ein Spleiß erhält im Gegensatz zu einem Knoten einen wesentlich größeren Anteil der Bruchlast. Der Nachteil ist, dass auch dieser die Bruchlast herabsetzt und relativ viel Zeit und Handwerksfähigkeit in der Vorbereitung benötigt.

In der vorgeschlagenen Prüfmethode nach ISO 2307:2010 wird das Seil um eine Trommel mit relativ großem Durchmesser in Relation zum Seildurchmesser gewickelt und das Ende zum Schluss geklemmt. Hierdurch wird durch hohe Seilreibung nur noch eine sehr geringe Klemmkraft am Ende benötigt. Das Problem ist jedoch, dass die Konstruktion dieser Trommel und das korrekte Ausrichten ein sehr aufwändiges Unterfangen ist und somit nur sehr wenigen Personen zur Verfügung steht.

Eine weitere Methode ist es nicht die Bruchlast des Seils in der Länge zu Messen sondern eine bewusste in allen getesteten Seilen gleiche Sollbruchstelle zu verursachen und somit eine Bruchlast im schlechtesten Fall zu ermitteln. Mit dieser Methode können nur begrenzt Aussagen über die maximale Bruchlast getroffen werden dafür ist die Vorbereitung schnell, einfach und ein Vergleich kann mit einfachen Mitteln hergestellt werden.

Zur Erzeugung dieser Sollbruchstelle wurde ein ca. ein Meter Langes Seilstück mit zwei Achterschlaufen versehen um es einspannen zu können und in die Mitte ein Überhandknoten geknüpft. Auch wenn unterschiedliche Untersuchungen von Knotenfestigkeit unterschiedliche Faktoren der einzelnen Knoten hervorbrachten scheint Konsens darüber zu herrschen, dass die Achterschlaufe gegenüber dem Überhandknoten eine höhere Knotenfestigkeit besitzt.

Für den Überhandknoten wird eine Knotenfestigkeit von ca. 50% erwartet.

2.2. Prüfstand

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Der Prüfstand wurde aus Gerüstrohren aufgebaut. Ein Rechteck aus jeweils zwei drei Meter und ein Meter langen Rohren wurde mit vier Normalkupplungen zusammengeschraubt. Dies bildet den Last aufnehmenden Rahmen.

Um die Zugkraft aufzubringen wird ein 1T Kettenzug verwendet.

Die Zugkraft wird an einer Kranwaage abgelesen.

2.3. Ablauf

Der Prüfkörper wird zwischen Kraanwage und das untere Ende des Rahmens gespannt und mit Hilfe des Kettenzugs mit 30kg vorbelastet um die Knoten festzuziehen.

Anschließend wird die Probe bis zum Versagen gestreckt, wobei die Anzeige der Waage im Auge behalten wird.

Der angezeigte Wert, der wärend des Versagens angezeigt wird, wird notiert.

2.4 Erwartete Ungenauhigkeiten

  • manuelles Ablesen der Waage und deren Latenz

  • Abweichungen der Knotenfestigkeit in Abhängigkeit der Seilart

  • Erzeugen eines gleichmäßigen Zugs durch den Kettenzug

  • Kalibrierung der Waage

  • Temperaturunterschiede, die die Wiederholgenauhigkeit der Waage beeinträchtigen können

3. Rohdaten

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4. Generelle Analyse der Methode

4.1. Problemanalyse der Methode

Das Ablesen der Waage bei gleichzeitiger Betätigung des Kettenzuges hat sich als relativ simpel herausgestellt. Nachdem die erste Probe zerrissen und das angezeigte Gewicht notiert wurde war es sehr einfach den letzten Zug gleichmäßg zu bewerkstelligen.

4.2. Bruchstelle und Art des Bruchs

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Alle Proben brachen wie erwartet innerhalb des Überhandknotens.

Jedes Versagen erfolgte plötzlich und bei Seilen mit gleicher Garnmisching war kein aufeinanderfolgender Bruch einzelner Fasern zu beobachten.

Die Seile mit gemischten Garnen rissen in mehreren Stufen, wobei die künstlichen Fasern zuletzt rissen.

4.3. Statistische Analyse

chart_mittelwert_standard.png
chart_standardabweichung.png
chart_variationkoeffizient.png

Um die Beurteilung der Ergebnisse zu vereinfachen wird eine Normalverteilung angenommen. Diese Tatsache ist zwar noch nicht gezeigt, was eine wesentlich größere Stichprobe erfordern würde, aber eine wahrscheinliche Annahme.

Um ein halbwegs aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten wurde für jede Seilart der Mittelwert X̅, die Standardabweichung s und der Variationskoeffizient v berechnet.

Mit dieser Art der Analyse wird nicht nur die Bruchlast untersucht sondern gleichzeitig die Qualität der Prüfmethode.

Die Standardabweichung s gibt an, wie weit ein bestimmter Anteil an Ergebnissen vom Mittelwert abweicht. Vereinfacht kann angenommenwerden, dass 95% aller Tests innerhalb des Mittelwerts plus minus der doppelten Standardabweichung liegen.

Der Variationskoeffizient v setzt diese Abweichung in Relation zum Betrag des Mittelwerts, da eine höhere Abweichung bei einem niedrigeren Mittelwert signifikanter ist als bei einem hohen.





5. Analyse einzelner Seile

5.1. JUT_ISO

chart_jut_iso.png

Dieses Seil ist ein nach ISO 2307:2010 mit 213kg angegebenen Bruchlast getestes 6mm Juteseil einer deutschen Seilerei und soll als Referenz dienen. Da es nach ISO 9554 hergestellt und charakterisiert wurde ist der tatsächliche Durchmesser etwas größer, ca. 6,5mm. Dieser Unterschied kommt von der Tatsache, dass die Durchmesser bei ISO Seilen im Zustand der Belastung getestet werden. Mit einer durchschnittlichen Bruchlast (X̅) von 109kg liegt die Knotenfestigkeit des Überhandknotens bei 51%.

Die zweifache Standardabweichung (2s) beträgt 8,3kg was zu einem Variationskoeffizienten (v) von 3,82% führt.

5.2. Durchmesser und Garnanzahl

chart_durchmesser.png

Mit diesem Test wird die Bruchlast in Abhängigkeit zum Durchmesser und damit der Anzahl der verwendeten Garne untersucht.

Oftmals werden für Vermutungen der Seildurchmesser eines als zylindrisch angenommenen Körpers verwendet um auf abweichende Bruchlasten zu schließen.

Vergleich 1:

Durchmesser: JUT_AC (5,5mm) || JUT_AD (6mm)

Garn: JUT_AC (8x 560tex Jute) || JUT_AD (10x 560tex Jute)

Schlaglänge: locker

Vergleich 2:

Durchmesser: JUT_AH (4,5mm) || JUT_AF (6mm)

Garn: JUT_AH (6x 560tex Jute) || JUT_AF (10x 560tex Jute)

Schlaglänge: mittel

Vergleich 3:

Durchmesser: JUT_AI (4,5mm) || JUT_AA (5mm) || JUT_AG (6mm)

Garn: JUT_AI (6x 560tex Jute) || JUT_AA (8x 560tex Jute) || JUT_AG (10x 560tex Jute)

Schlaglänge: fest

5.3. Schlaglänge

chart_schlaglänge.png

Dieser Test wurden durchgeführt um die Auswirkung der Schlaglänge auf die Bruchlast zu testen.

Vergleich 1:

Durchmesser: 4,5mm

Garn: 6x 560Tex Jute

Schlaglänge: JUT_AH (locker) || JUT_AI (fest)

Vergleich 2:

Durchmesser: 5mm

Garn: 8x 560Tex Jute

Schlaglänge: JUT_AC (locker) || JUT_AA (fest)

Vergleich 3:

Durchmesser: 6mm

Garn: 10x 560 tex Jute

Schlaglänge: JUT_AD (locker) || JUT_AF (mittel) || JUT_AG (fest)

Die Schlaglänge und damit indirekt die Anzahl der Drehungen, unter denen die Litzen zum Seil geschlagen werden, hat einen verringernden Einfluss auf die Bruchlast des Seils.

5.4. Verstärkung mit UHMWPE

chart_uhmwpe.png

Dieser Test untersucht die Verstärkung von Juteseilen mit UHMWPE.

Vergleich 1:

Durchmesser: 5,5mm

Garn: JUT_AC (8x 560tex Jute) || JUTDYN_2 (6x 560tex Jute / 2x 144tex UHMWPE)

Schlaglänge: locker

Vergleich 2:

Durchmesser: 6mm

Garn: JUT_AF (10x 560tex Jute) || JUTDYN_1 (8x 560tex Jute / 4x 144tex UHMWPE) || JUTDYN_3 (8x 560tex Jute gefärbt / 2x 144tex UHMWPE)

Schlaglänge: mittel

Selbst mit einer verhältnismäßig geringen (8% JUTDYN_2 und 11% JUTDYN_1) Verstärkung kann die Bruchlast signifikant verbessert werden.

5.5. Färbung

chart_dye.png

Ob Färbung eine Verminderung der Bruchlast bewirkt.

Vergleich 1:

Durchmesser: 6mm

Garn: JUTDYN_1 (8x 560tex Jute / 4x 144tex UHMWPE) || JUTDYN_3 (8x 560tex Jute gefärbt / 2x 144tex UHMWPE)

Schlaglänge: mittel

Vergleich 2:

Durchmesser: 5,5mm

Garn: JUT_AA (8x 560Tex Jute) || JUT_DYE (8x 560Tex Jute gefärbt)

Schlaglänge: JUT_AA (mittel) || JUT_DYE (mittel-locker)

Die Färbung erfolgte bereits im Garn und wurde in einem Topffärbeverfahren mit Batikfarbe durchgeführt. Hierzu wurde die Flotte mit 50g Salz auf 4l Wasser angesetzt und das Garn 30 Minuten bei 65°C gefärbt. Anschließend wurde das Garn unter handwarmen Wasser ausgewaschen und 4 Tage bei Zimmertemperatur locker aufgehängt getrocknet. Auch wenn zu bezeweifeln ist, dass diese kurze und eher kalte Färbung ein ganzes Seil in allen möglichen Farben bis auf den Kern durchfärben kann scheint es zumindest Verfahren zu geben, die wenig bis keinen Einfluss auf die Bruchlast haben.

5.6. Mehrstufiger Bruch

chart_mehrstufig.png

Dieser Test wurde mit einer UHMWPE Verstärkung gemacht, die eher in der Mitte der Litzen lag um die Oberfläche möglichst natürlich zu lassen. Im Gegensatz zu den anderen Tests mit Verstärkung, bei denen das UHMWPE ähnlich der Concordia Serie mit eine größeren Schlaglänge gedreht wurde, ist diese hier identisch zur Jute.

Interessanterweise brachen alle Proben in zwei Abschnitten, JUTDYN_4_1 gibt hierbei die Bruchlast der Jute und JUTDYN_4_2 die Bruchlast des UHMWPE an.

Bereits der Juteanteil scheint durch das UHMWPE eine höhere Last aufnehmen zu können.

Dieses Verhalten kann besonders bei sehr dynamischer Beanspruchung von Vorteil sein, da der Bruch der Jute bereits einiges an Energie absorbieren kann, sodass der UHMWPE Anteil die restliche statische Last noch halten kann.

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In Anschlagsmitteln für den Kletterbereich und die Personensicherung mit Falldämpfung kommen Mischungen aus unterschiedlichen Materialien (vornehmlich Polyamid und UHMWPE) bereits zum Einsatz um Stürze mehrstufig abzufangen und so die Impulsbelastung zu senken.

Auch gibt diese Methode eine erhöte Sicherheit, da der Bruch nicht plötzlich passiert und ein gänzliches Versagen auslöst sondern das Anschlagsmittel bei einer Überbelastung bereits in der ersten Stufe bricht und so sofort ersetzt werden kann ohne aufwendige Inspektionen durchführen zu müssen.

6. Schlusswort

Natürlich sind diese Tests bei weitem nicht so aussagekräfig wie eine Prüfung nach DIN ISO mit großen Anzahlen an Prüfkörpern und präzise geeichten Prüfständen. Diesen Anspruch an Seile für Bondage zu stellen ist meiner Meinung nach etwas hochgegriffen, unter anderem da ja auch die Belastungen, die auftreten, nichtmal richtig definiert sind. Für die üblichen Anforderungen sollten ungefähre Werte ausreichen und ich war sehr begeistert, was für Experimente selbst mit solch einem einfachen Aufbau möglich sind.

In diesem ersten Test war die Auswahl an unterschiedlichen Seilen jetzt noch eher gering und die Methode etwas unkontrolliert, weswegen ich bereits dabei bin Verbesserungen am Aufbau vorzunehmen um diverse Ungenauhigkeiten zu eliminieren.

Ich bin gespannt darauf was für neue Seilkreationen und Testmethoden auf Basis dieser simplen Anfänge entstehen können.

7. Versionshistorie

  • 02.04.2019 Erstveröffentlichung