SEIS. Untersuchung des Langzeit-Dehnverhaltens von PE-Seilen. Dr.-Ing. Marco Bierwirth Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Katlenburg-Lindau

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1 Untersuchung des Langzeit-Dehnverhaltens von PE-Seilen Dr.-Ing. Marco Bierwirth Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Katlenburg-Lindau

2 Anwendung von Seilen in Space Mechanismen Seilmechanismen werden sehr oft für Startverriegelungen eingesetzt, um einzelne Einheiten während des Flugs oder nach der Landung zu entriegeln. Vorteile gegenüber anderen Mechanismen: wenig Gewicht, wenig Energie

3 Drahtseile oder Kunststoff-Seile? Stahlseil Kevlar -Seil Dyneema Seil Material Aramid Faser HM PE Faser Dichte 7,8 g/cm³ 1,45 g/cm³ 0,96 g/cm³ Zugfestigkeit 1,8 GPa 2,8 GPa 3-4 GPa Festigkeit der Faser 2 cn/dtex 23 cn/dtex cn/dtex Trennverfahren cable cutter verschmort ab 400 C schmilzt ab 144 C Dyneema rope consists of an Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMwPE) fibre. The Dyneema rope yields the maximum in strength-toweight ratio. It is insensitive to most chemicals, has a good UV light resistance, but its temperature stability is rather poor and it has the affinity to creep under higher loads.

4 Eigenschaften von HM-PE-Fasern keine Wasseraufnahme vakuumtauglich gute UV Beständigkeit chemisch inert hohe Reißfestigkeit leicht thermisch trennbar ( heißes Messer ) schlechte Temperatur-Stabilität Bruchdehnung gering dehnt sich unter Last Knotenfestigkeit gering

5 Übersicht HM-PE-Seile Seile werden aus Faserbündeln geflochten oder gedreht Seile sind teilweise gezielt vorgereckt Hersteller Durchmesser maximale Last A 0,25mm 22daN B 0,30mm 25daN C 0,31mm 10daN D 0,49mm 46daN D 0,58mm 80daN D 0,79mm 104daN 0,3mm 0,3mm

6 Seilbefestigung - Knotentechnik Die geringe Knotenfestigkeit erfordert eine besondere Befestigung: Der Bimini-Twist-Knoten auf speziell gefertigter Kausche Hersteller Durchmesser maximale Last im Test erreichte Bruchlast A 0,30mm 25daN % B 0,31mm 10daN % C 0,35mm 31daN %

7 Testaufbau Langzeit-Dehnverhalten 12 Testplätze, Seillänge >10 Meter Testdauer: bis zu 6 Monate Raum fensterlos, Temperatur 22 3 C Skala Gewichte 5 15kg leicht bewegliche Umlenkrollen Seilende und Umlenkrollen

8 Ergebnisse SEIS Dehnung verschiedener Seile bei einer Belastung von 5kg 6,0 Dehnung [%] elongation [%] 5,0 4,0 3,0 2,0 Frey 0,30mm (1) Frey 0,30mm (2) Frey 0,30mm (3) Dollenberg 0,25mm (7) Dollenberg 0,25mm (8) Dollenberg 0,30mm (9) Dollenberg 0,30mm (10) Frey 0,35mm (4) Frey 0,35mm (5) Frey 0,35mm (6) Legende blau: A, 0,30mm grün: B, 0,25mm orange: B, 0,30mm pink: C, 0,35mm 1,0 0,0 0, time [h] Zeit [h] 1920h=80 Tage

9 Ergebnisse SEIS Dehnung von vergleichbaren Seilen zweier Hersteller bei unterschiedlicher Belastung 16,0 absolute elongation [%] Dehnung [%] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 blaue Linien: Hersteller B, Seildurchmesser 0,50mm maximal 46 dan Belastung 2,5,10,15kg orange/pinke Linien: Hersteller D, Seildurchmesser 0,49mm maximal 46daN Belastung 2,5,10,15kg 2,0 0, hours Zeit [h] 1920h=80 Tage

10 Ergebnisse SEIS 0,080 Dehnung pro Tag verschiedener Seile bei einer Belastung von 10kg 0,070 rel. Dehnung [cm/d] relative elongation [cm/day] 0,060 0,050 0,040 0,030 0,020 orange: Frey 0,35mm 0,35mm pink: D, 0,49mm LIROS pflaume: Dollenberg 0,50mm D, blau: Dollenberg B, 0,50mm grün: B, 0,70mm 0,010 0, , time [days] Zeit [d]

11 Zusammenfassung Seile aus HM-PE-Fasern bieten trotz ihres Dehnverhaltens eine interessante Alternative für Startverriegelungen wenn: die benötigte Kraft relativ gering bleibt die Seilstärke groß genug gewählt wird die Zeitdauer der Krafteinleitung bestimmt werden kann die Umgebungstemperaturen den Einsatz zulassen Verriegelung Rosetta Lander Aber: Durch die Dehnung verfestigen sich die Seile, wodurch die eigentliche Anwendung genauso beeinträchtigt werden kann