Auswahl und Vergleich verschiedener Draht- und Fasermaterialien anhand elektrischer und mechanischer Eigenschaften

Abstract

Die Verwendung von Faserseilen im technischen Einsatz bei Kränen findet immer mehr Anwendung. Faserseile bieten gegenüber Stahlseilen einige vorteilhafte mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel höhere Traglast. Für den sicheren Betrieb der Faserseile wird ein Messsystem zur kontinuierlichen Zustandsüberwachung entwickelt. Zur Datenübertragung und elektrischen Versorgung des Messsystems und der Messpunkte werden im Faserseil Leiterbahnen integriert. Die Arbeit widmet sich der Auswahl, Prüfung und Bewertung verschiedener Materialien in Draht- und Faserform, die als Leiter in Frage kommen. Leitfähigkeit und Dehnbarkeit im statischen und dynamischen Bereich sind die relevanten Materialeigenschaften des potenziellen Leiters. Auf dieser Grundlage werden potenzielle Fasern und Drähte in einer Vorauswahl gesucht. Für die Tests der Materialien wird eine Versuchseinrichtung aufgebaut, welche die Versuchsproben einheitlich fixiert und die elektrischen und mechanischen Eigenschaften eindeutig messen kann. Die Messergebnisse erfassen die relevanten Messdaten: Zugfestigkeit, Bruchdehnung, elastische Dehnung, Widerstand im belasteten wie unbelasteten Zustand bzw. Widerstand und Verhalten bei zyklischer Dauerbelastung. Die Messergebnisse werden hinsichtlich der praktischen Eignung analysiert und diskutiert. Aus den Daten wird ein gleichzeitig ausreichend elastischer Faden/Draht für die Mechanik des Faserseils, als auch ein für das Messsystem ausreichend leitfähiger Faden/Draht ausgewählt. Der ausgewählte Faden hat die Aufgabe die Leitfähigkeit mit ausreichend hoher Sicherheit im Betrieb des Faserseils sicherstellen. Damit wird die Funktionsfähigkeit des Messystems sichergestellt und die konstante Überwachung des Faserseilzustands erst ermöglicht.

The use of fiber ropes in technical applications for cranes is becoming more and more common. Fiber ropes offer some advantageous mechanical properties over steel ropes, such as higher tensile load. For the usage of fiber ropes in practice, a measuring system for continuous condition monitoring is being developed. For data transmission and electrical supply of the measuring system, conductors are integrated in the fiber rope. This work is about the selection, testing and evaluation of different materials in wire and fiber form that can be used as conductors. Conductivity and stretchability in static and dynamic load cases are the relevant material properties of the potential conductor. On this basis, potential fibers and wires are pre-selected. For testing the materials, a test facility is set up, which can fix the test samples uniformly, and measure the electrical and mechanical properties accurately. The relevant measurement data is: Tensile strength, elongation at break, elastic elongation, resistance in both loaded and unloaded cases and resistance and mechanical behavior under continuous cyclic loading. The results are under discussion regarding their practical use. Including the collected data, a yarn/wire that is sufficiently elastic for the mechanics of the fiber rope, as well as sufficiently conductive for the measurement system, is selected. The selected thread is supposed to ensure the conductivity during the operation of the fiber rope. This ensures the functionality of the measuring system and enables constant monitoring of the fiber rope condition.