High dynamic stresses at high strength fibre ropes in multi-rope kinematic robot systems
Production Systems, Operations Management, Quality Management and Factory Planning
Final Report Abstract
Hochmodulare Faserseile werden auf Grund vieler positiver Eigenschaften, vor allem in Bezug auf ihr geringes Eigengewicht, in hochdynamischen Anwendungen eingesetzt. Eine beispielhafte Anwendung hierfür sind sogenannte Seilroboter, in denen sechs bis acht Seile eine Plattform im Raum völlig frei bewegen können. Der Einfluss hoher Geschwindigkeiten und Beschleunigungen auf die Lebensdauer laufender Faserseile ist dabei bislang gänzlich unerforscht. Um diesen sicherheitstechnischen Mangel zu beheben und den hochmodularen Faserseilen auf dem Gebiet hochdynamischer Anwendungen zu ihrem Durchbruch zu verhelfen, wurde das hier bearbeitete Forschungsprojekt initiiert. Sämtliche im Forschungsantrag geplanten Arbeiten und Untersuchungen konnten umfangreich durchgeführt und abgeschlossen werden. Die Ziele des Forschungsprojektes wurden in vollem Umfang erreicht. Zudem konnten weiterführende Versuche durchgeführt werden. Entsprechend des Forschungsantrags wurden umfangreiche Dauerbiegeversuche unter niedriger Dynamik, Zug-Schwell-Versuche sowie Bruchkraftversuche zur Kennwertanalyse durchgeführt. Da es bislang keinerlei Prüfstand zur Durchführung von Dauerbiegeversuchen unter definierter hoher Dynamik von Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s und Beschleunigungen von bis zu 100 m/s2 gab, musste eigens für dieses Forschungsprojekt ein vollkommen neuartiger Großprüfstand zur Durchführung dieser Versuche konzipiert, konstruiert, erstellt und in Betrieb genommen werden. Mit Hilfe dieses hochdynamischen Seilprüfstands, der Außenabmessungen von L = 2,00 m, B = 3,20 m und H = 6,50 m aufweist, konnten hochdynamische Biegeversuche auf vier unabhängigen Prüfstellen durchgeführt werden. Dabei konnte herausgefunden werden, dass die Lebensdauer hochmodularerer Faserseile unter hochdynamischer Beanspruchung unterschiedlich stark abfällt. Dieser Abfall lässt sich auf einen äußeren Verschleißprozess der Seile zurückführen, der auf Relativbewegung der Fasern zu den umlaufenen Prüfscheiben beruht. Aufgrund dessen konnte für das Versuchsseil mit schützendem Mantel ein deutlich geringerer Abfall der Seillebensdauer festgestellt werden. Durch das vorliegende Forschungsprojekt konnte erstmalig der Einfluss hochdynamischer Beanspruchung auf die Lebensdauer hochmodularerer Faserseile beleuchtet und systematisch untersucht werden. Die errungenen Erkenntnisse tragen dazu bei den Einsatz hochmodularerer Faserseile in hochdynamischen Anwendungen zu forcieren und die bislang vorhandene Sicherheitslücke zu schließen. Die Rückmeldung aus Fachkreisen bestätigt, dass mit dieser Forschung eine weit verbreitete Fragestellung der Faserseilforschung bearbeitet wurde und die Erkenntnisse sowohl für die Wissenschaft als auch für die Anwendung von nutzbarem Wert sind.
