Hochfeste Leitermaterialien werden für gepulste Hochfeld-Magnetspulen benötigt, um damit die sehr hohen Magnetfelder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 100 T zerstörungsfrei erzeugen zu können. Cu-Nb-Legierungen besitzen ein hohes Potential, um die widersprüchlichen Anforderungen an das Leitermaterial, wie hohe Festigkeit, hohe Leitfähigkeit und gute Verformbarkeit, zu erfüllen. Die Herstellung von Cu-Nb-Legierungen ist jedoch auf dem konventionellen Weg der Schmelzmetallurgie aufgrund der vernachlässigbar kleinen gegenseitigen Randlöslichkeit der beiden Komponenten sehr kompliziert. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchengen zur Technologie für die Herstellung von hochfesten Cu-Nb-Leitermaterialien auf der Basis der Pulvermetallurgie. Gleichermaßen ist die Entwicklung der Legierung Kerninhalt der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritte sowohl die Entwicklung des Gefüges als auch die für die Anwendung relevanten Eigenschaften der Legierung untersucht und die Beziehungen zwischen Gefüge und mechanischen wie auch elektrischen Eigenschaften ermittelt.

Die Cu – Ag - Mikroverbund – Werkstoffe besitzen das Potenzial die gegensätzlichen Anforderungen an das Leitermaterial für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten, wie hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischen Leitfähigkeit und ausreichender Verformbarkeit, zu erfüllen. Außerdem bieten diese Werkstoffe gegenüber den anderen, die dafür in Frage kommen können, den großen technologischen Vorteil einer konventionellen schmelzmetallurgischen Herstellung. Jedoch wurde bisher dafür eine sehr aufwändige Technologie verwendet, die die Herstellung des Leitermaterials nur im Labormaßstab ermöglicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Technologie der Herstellung von Leitern, die den Anforderungen für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten genügen können und in einem großtechnischen Maßstab verfügbar sind. Der Schwerpunkt der Leiterherstellung aus Cu – Ag - Legierung lag in der Einstellung der geeigneten Mikrostruktur über metallkundliche Mechanismen vor der Drahterzeugung. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritten die Gefügeentwicklung und für die Anwendung relevante Eigenschaften der Legierungen in binären Cu – Ag – Legierungen und in ternären Cu – Ag -X –Legierungen untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Mikrostruktur und der Zusammensetzung auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Drähte ermittelt sowie eine Korrelation zwischen Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften aufgestellt.

Hochfeste Leitermaterialien werden für gepulste Hochfeld-Magnetspulen benötigt, um damit die sehr hohen Magnetfelder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 100 T zerstörungsfrei erzeugen zu können. Cu-Nb-Legierungen besitzen ein hohes Potential, um die widersprüchlichen Anforderungen an das Leitermaterial, wie hohe Festigkeit, hohe Leitfähigkeit und gute Verformbarkeit, zu erfüllen. Die Herstellung von Cu-Nb-Legierungen ist jedoch auf dem konventionellen Weg der Schmelzmetallurgie aufgrund der vernachlässigbar kleinen gegenseitigen Randlöslichkeit der beiden Komponenten sehr kompliziert. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchengen zur Technologie für die Herstellung von hochfesten Cu-Nb-Leitermaterialien auf der Basis der Pulvermetallurgie. Gleichermaßen ist die Entwicklung der Legierung Kerninhalt der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritte sowohl die Entwicklung des Gefüges als auch die für die Anwendung relevanten Eigenschaften der Legierung untersucht und die Beziehungen zwischen Gefüge und mechanischen wie auch elektrischen Eigenschaften ermittelt.

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 Cu – Ag - Mikroverbund – Werkstoffe besitzen das Potenzial die gegensätzlichen Anforderungen an das Leitermaterial für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten, wie hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischen Leitfähigkeit und ausreichender Verformbarkeit, zu erfüllen. Außerdem bieten diese Werkstoffe gegenüber den anderen, die dafür in Frage kommen können, den großen technologischen Vorteil einer konventionellen schmelzmetallurgischen Herstellung. Jedoch wurde bisher dafür eine sehr aufwändige Technologie verwendet, die die Herstellung des Leitermaterials nur im Labormaßstab ermöglicht. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer Technologie der Herstellung von Leitern, die den Anforderungen für den Einsatz in einem Hochfeldmagneten genügen können und in einem großtechnischen Maßstab verfügbar sind. Der Schwerpunkt der Leiterherstellung aus Cu – Ag - Legierung lag in der Einstellung der geeigneten Mikrostruktur über metallkundliche Mechanismen vor der Drahterzeugung. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritten die Gefügeentwicklung und für die Anwendung relevante Eigenschaften der Legierungen in binären Cu – Ag – Legierungen und in ternären Cu – Ag -X –Legierungen untersucht. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Mikrostruktur und der Zusammensetzung auf die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Drähte ermittelt sowie eine Korrelation zwischen Mikrostruktur und elektrischen Eigenschaften aufgestellt.