Seile aus synthetischen Fasern gewinnen zunehmend an Bedeutung für fördertechnische Anwendungen. Wegen ihrer geringen Dichte und Biegesteifigkeit sowie den gleichzeitig mit Stahl vergleichbaren Zugfestigkeiten, haben sich Seile aus ultrahochmolekularen Polyethylenfasern (UHMW-PE) in vielen Anwendungen in der Seefahrt und im Offshore-Bereich durchgesetzt. Die grundsätzliche Eignung solcher Seile für technische Anwendungen, wie z.B. Kräne, Aufzüge, Windenanwendungen, wurde in wissenschaftlichen Studien bereits nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit werden hochfeste Polyethylenfasern verschiedener Hersteller daraufhin untersucht, in wie weit diese durch ihre Eigenschaftsprofile ebenfalls grundsätzlich für technische Anwendungen mit auftretenden Biegewechselbelastungen geeignet sind und welche Anwendungspotentiale sie bieten. Beginnend mit einem kurzen geschichtlichen Abriss über die Entwicklung von synthetischen Polymerfasern und den Einsatz der Fasern in Seilen für technische Anwendungen, sollen grundlegend die Herstellungsverfahren und Eigenschaften von Garnen aus ausgewählten UHMW Polyethylen verglichen werden. Im weiteren Verlauf werden Faserseile aus den gewählten Fasern hinsichtlich Zugfestigkeit, Biegewechselverhalten und Eignung zum Thermofixieren untersucht. Auftretende Effekte werden analysiert und auf die Eigenschaften der Fasern bzw. Garne zurückgeführt. Eine vergleichende Betrachtung der Materialkosten als Teil der gesamten Herstellungskosten der Seile bildet den Abschluss der Arbeit. / This thesis covers investigations on the properties of ultrahigh-molecular-weight (UHMW) polyethylene fibers for use of manufacturing braided fiber ropes for conveyor and hoisting applications. The importance of synthetic fibres for conveying applications has increased during the last years. Due to the low density and bending stiffness at a strength that is comparable to steel, ropes made from high-strength UHMW polyethylene fibres have found their ways into several shipping and off-shore applications. The basic aptitude of UHMW polyethylene fibres to be used in applications like cranes, elevators and winch applications has already been proven in scientific works. Within this thesis, selected UHMW polyethylene fibres are investigated to determine how much their differing property profiles do influence their aptitude to be used in technical applications with cyclic bending loads and for which potentials for fields of application they might be appropriate. Starting with a short overview on the history of synthetic fibres and the use of such fibres in technical applications, manufacturing processes and properties of these fibres are to be compared. Further, fibre ropes, made from the selected fibres, are going to be investigated concerning their tensile strength, behaviour in cyclic bend-over-sheave tests and their aptitude to increase the strength by thermosetting. Occurring effects are going to be analysed and related to the properties of the yarns. A competitive view on the prices of the yarns regarding their portion of the total costs of rope manufacturing is finalising this work.

Seile aus synthetischen Fasern gewinnen zunehmend an Bedeutung für fördertechnische Anwendungen. Wegen ihrer geringen Dichte und Biegesteifigkeit sowie den gleichzeitig mit Stahl vergleichbaren Zugfestigkeiten, haben sich Seile aus ultrahochmolekularen Polyethylenfasern (UHMW-PE) in vielen Anwendungen in der Seefahrt und im Offshore-Bereich durchgesetzt. Die grundsätzliche Eignung solcher Seile für technische Anwendungen, wie z.B. Kräne, Aufzüge, Windenanwendungen, wurde in wissenschaftlichen Studien bereits nachgewiesen. In der vorliegenden Arbeit werden hochfeste Polyethylenfasern verschiedener Hersteller daraufhin untersucht, in wie weit diese durch ihre Eigenschaftsprofile ebenfalls grundsätzlich für technische Anwendungen mit auftretenden Biegewechselbelastungen geeignet sind und welche Anwendungspotentiale sie bieten. Beginnend mit einem kurzen geschichtlichen Abriss über die Entwicklung von synthetischen Polymerfasern und den Einsatz der Fasern in Seilen für technische Anwendungen, sollen grundlegend die Herstellungsverfahren und Eigenschaften von Garnen aus ausgewählten UHMW Polyethylen verglichen werden. Im weiteren Verlauf werden Faserseile aus den gewählten Fasern hinsichtlich Zugfestigkeit, Biegewechselverhalten und Eignung zum Thermofixieren untersucht. Auftretende Effekte werden analysiert und auf die Eigenschaften der Fasern bzw. Garne zurückgeführt. Eine vergleichende Betrachtung der Materialkosten als Teil der gesamten Herstellungskosten der Seile bildet den Abschluss der Arbeit. / This thesis covers investigations on the properties of ultrahigh-molecular-weight (UHMW) polyethylene fibers for use of manufacturing braided fiber ropes for conveyor and hoisting applications. The importance of synthetic fibres for conveying applications has increased during the last years. Due to the low density and bending stiffness at a strength that is comparable to steel, ropes made from high-strength UHMW polyethylene fibres have found their ways into several shipping and off-shore applications. The basic aptitude of UHMW polyethylene fibres to be used in applications like cranes, elevators and winch applications has already been proven in scientific works. Within this thesis, selected UHMW polyethylene fibres are investigated to determine how much their differing property profiles do influence their aptitude to be used in technical applications with cyclic bending loads and for which potentials for fields of application they might be appropriate. Starting with a short overview on the history of synthetic fibres and the use of such fibres in technical applications, manufacturing processes and properties of these fibres are to be compared. Further, fibre ropes, made from the selected fibres, are going to be investigated concerning their tensile strength, behaviour in cyclic bend-over-sheave tests and their aptitude to increase the strength by thermosetting. Occurring effects are going to be analysed and related to the properties of the yarns. A competitive view on the prices of the yarns regarding their portion of the total costs of rope manufacturing is finalising this work.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Reibwertes zwischen Seil und Seilrille, von hochfesten synthetischen Faserseilen, in Treibscheibensystemen. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Funktion und Berechnung derartiger Fördersysteme nach dem Stand der Technik dargestellt. In den letzten Jahren haben als Zugmittel verstärkt Seile auf Basis hochfester, synthetischer Fasern Einzug gehalten. Diese Seile sind deutlich leichter als die bekannten Drahtseile und weisen dabei zum Teil höhere Festigkeitswerte auf. Um solche hochfesten Seile gezielt in fördertechnischen Anlagen einsetzen zu können, ist es erforderlich, diese Seile grundlegenden Untersuchungen zu unterziehen. Geprüft wird dabei z.B. auch die Treibfähigkeit. Der Wissenstand auf diesem Gebiet kann im Vergleich zu den Drahtseilen als mangelhaft angesehen werden. Um eine ausreichende Treibfähigkeit (u.a. eine Funktion des Reibwertes) zu gewährleisten, ist es notwendig die Reibwerte in Abhängigkeit des Verschleißzustandes des Seils und der Seilscheiben zu ermitteln und zu analysieren. Bei diesen Untersuchungen werden Parameter wie der Seilwerkstoff, die Rillengeometrie und die Drehzahl der Treibscheibe oder die Vorlast variiert. Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung vorteilhafter Kombinationen von Seil und Scheibe in Bezug auf die Treibfähigkeit. Abschließend erfolgt die kurze Darstellung einer neuen Berechnungsmethodik, welche den Stand der Technik um die Besonderheiten der Faserseile erweitert. Damit lassen sich neue Anwendungsfelder generieren. / During the last years, high-strength synthetic fibre ropes have found there ways into the sector of tension members and traction mechanisms. These ropes are significant lighter than known steel wire ropes and, beside this, do show a higher strength. For using such ropes pointedly in conveyors and conveying systems, basic research has to be done on the ropes. The behaviour in cyclic bending, the creep behaviour and wear mechanisms are to be examined. The knowledge on these fields is, compared to the knowledge on steel wire ropes, insufficient. A study on the friction coefficient of high-strength synthetic fibre ropes working on drive sheaves are to be presented within this paper. To ensure an adequate drive capability (which is a function of the coefficient of friction and the wrap-around angle), it is necessary to investigate and analyse the coefficients of friction in dependency of the state of wear. During the investigations, parameters like groove dimension, number of revolutions per minute and initial load have been varied. Target of the investigations is, to evaluate an optimised combination of rope and drive sheave in terms of drive capability. Appropriate applications in conveying engineering can be derived from this optimised combination.

Stahldrahtseile haben sich aufgrund ihrer hohen Bruchkraft und Betriebssicherheit sowie langjähriger Erfahrungen als Übertragungs-, Verbindungs- und Sicherheitselemente in intermittierenden Förderern, wie Kranen und Aufzügen etabliert. Sie weisen jedoch Nachteile, wie hohe Eigenmasse, geringe Biegeelastizität und Korrosionsempfindlichkeit auf. Steigende Anforderungen an ein energieeffizientes und ressourcenschonendes Betreiben von technischen Anlagen erfordern zunehmend neue Materialien, Technologien und Verfahren. Demzufolge rücken auch textile Maschinenelemente in Form von HM-HT-Faserseilen (engl.: high modulus - high tenacity) in den Fokus der Betrachtungen. Diese bieten aufgrund ihres günstigen Bruchkraft-Masse-Verhältnisses eine vielversprechende Alternative zu den Stahldrahtseilen. Mit den wachsenden Innovationen gehen jedoch auch neue Schadensfälle einher, da es an Erfahrungswerten und Langzeitstudien textiler Zug- und Tragmittel fehlt. Das umfassende Ziel dieser Arbeit ist es, den Forschungsstand hinsichtlich des Verschleiß- und Alterungszustandes und Einflussgrößen auf die Lebensdauer und Kriterien zur Ablegereifeerkennung hochfester Faserseile zu erweitern. Hierfür wurde eine Herangehensweise zur Schadensanalyse sowie eine Kategorisierung von Schadensarten, Schadensursachen, Verschleiß- und Alterungserscheinungen von Faserseilen erarbeitet. Weiterhin erfolgte die Entwicklung neuer Prüfmethoden zur Ermittlung des Gebrauchszustandes der Lebensdauer und Ablegekriterien von laufenden Faserseilen auf Basis spezifischer visueller Verschleißerscheinungen sowie elektrisch leitfähiger Merkmale der Faserseile. / Steel wire ropes have a high breaking strength and operational reliability as well as many years of experience. For these reasons steel wire ropes are used as transmission, connection and safety elements in intermittent conveyors, such as cranes and elevators. However, they have disadvantages such as high intrinsic mass, low bending elasticity and corrosion sensitivity. Increasing demands on energy-efficient and resource-efficient operation of technical systems require new materials, technologies and processes. Therefore, textile machine elements such as HM-HT fibre ropes (high modulus - high tenacity) are also in the focus of considerations. Due to their favorable breaking force-mass ratio fibre ropes offer a promising alternative to the steel wire ropes. However, new cases of damage also go hand in hand with the growing innovations. It lacks on experience and long-term studies of textile tensile elements. The aim of this study is to extend the state of research regarding of wear and ageing phenomena as well as influencing factors of the lifetime and discard criteria for high-strength fibre ropes. For these reasons an approach of a damage analysis for fibre ropes worked out. Furthermore new test methods to determine the state of use and define discard criteria of running fibre ropes developed and carried out.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Reibwertes zwischen Seil und Seilrille, von hochfesten synthetischen Faserseilen, in Treibscheibensystemen. Im Grundlagenteil werden Aufbau, Funktion und Berechnung derartiger Fördersysteme nach dem Stand der Technik dargestellt. In den letzten Jahren haben als Zugmittel verstärkt Seile auf Basis hochfester, synthetischer Fasern Einzug gehalten. Diese Seile sind deutlich leichter als die bekannten Drahtseile und weisen dabei zum Teil höhere Festigkeitswerte auf. Um solche hochfesten Seile gezielt in fördertechnischen Anlagen einsetzen zu können, ist es erforderlich, diese Seile grundlegenden Untersuchungen zu unterziehen. Geprüft wird dabei z.B. auch die Treibfähigkeit. Der Wissenstand auf diesem Gebiet kann im Vergleich zu den Drahtseilen als mangelhaft angesehen werden. Um eine ausreichende Treibfähigkeit (u.a. eine Funktion des Reibwertes) zu gewährleisten, ist es notwendig die Reibwerte in Abhängigkeit des Verschleißzustandes des Seils und der Seilscheiben zu ermitteln und zu analysieren. Bei diesen Untersuchungen werden Parameter wie der Seilwerkstoff, die Rillengeometrie und die Drehzahl der Treibscheibe oder die Vorlast variiert. Ziel der Untersuchungen ist die Ermittlung vorteilhafter Kombinationen von Seil und Scheibe in Bezug auf die Treibfähigkeit. Abschließend erfolgt die kurze Darstellung einer neuen Berechnungsmethodik, welche den Stand der Technik um die Besonderheiten der Faserseile erweitert. Damit lassen sich neue Anwendungsfelder generieren. / During the last years, high-strength synthetic fibre ropes have found there ways into the sector of tension members and traction mechanisms. These ropes are significant lighter than known steel wire ropes and, beside this, do show a higher strength. For using such ropes pointedly in conveyors and conveying systems, basic research has to be done on the ropes. The behaviour in cyclic bending, the creep behaviour and wear mechanisms are to be examined. The knowledge on these fields is, compared to the knowledge on steel wire ropes, insufficient. A study on the friction coefficient of high-strength synthetic fibre ropes working on drive sheaves are to be presented within this paper. To ensure an adequate drive capability (which is a function of the coefficient of friction and the wrap-around angle), it is necessary to investigate and analyse the coefficients of friction in dependency of the state of wear. During the investigations, parameters like groove dimension, number of revolutions per minute and initial load have been varied. Target of the investigations is, to evaluate an optimised combination of rope and drive sheave in terms of drive capability. Appropriate applications in conveying engineering can be derived from this optimised combination.