Überlegungen über ... Konnektoren (Update Jan. 2024)
Diese Aktualisierung greift die Grundzüge der vorherigen Version auf und ergänzt und aktualisiert den aktuellen Wissensstand über Konnektoren in Bezug auf ihre Konzeption, Belastungen, Arbeitsachsen, verschiedene Montagearten usw. ...
Die Technische Reflexion zum Thema " Festigkeit von Konnektoren" bietet zusätzliche Informationen zur nominalen Festigkeit, die von ihnen verlangt wird.
Zunächst einmal muss man wissen, dass es bis heute keine Norm gibt, die die Festigkeit, die Form und das Funktionsprinzip unserer Verbindungsstücke regelt, wie es bei Karabinern zum Klettern und Bergsteigen der Fall ist. Es liegt also an jedem Einzelnen, sich sein Material anzueignen und insbesondere seine Konnektoren in Kenntnis der Sachlage auszuwählen, um sich bei seiner Praxis ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten.
Jeder verfügbare Konnektor kann einer verschiedenen Art entsprechen: Form, Material, Verriegelungssystem, usw... Jede Lösung kann ihre Vorteile und Einschränkungen haben und ihre Verwendung hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab.
DESIGN VON AUTOMATISCHEN KARABINERN
Bis heute sind die allermeisten Gurtzeuge mit automatischen Karabinern aus Aluminium ausgestattet. Sie sind leicht, einfach zu handhaben und scheinen die ideale Lösung für die Verbindung unserer Schirme zu sein.
Kommen wir noch einmal kurz auf das Design dieser selbstschließenden (Automatik-)Karabiner zurück.
Ihr Design ist direkt mit dem von Karabinern zum Klettern und Bergsteigen verbunden und übernimmt im Großen und Ganzen alle Funktionen dieser Karabiner.
Vereinfacht gesagt handelt es sich um einen Metallring mit einem Gelenkteil, das sich öffnen und schließen lässt, um alle Arten von Verbindungsschlaufen einzuführen. Dieser Gelenkteil, der sogenannte "Finger" oder "Schnapper", kann mit einem Verriegelungssystem ausgestattet sein, um ein unbeabsichtigtes Öffnen zu verhindern.
Aber unabhängig davon, welches Verriegelungssystem verwendet wird oder nicht, ist das Design dieser Karabiner genau dasselbe wie bei Karabinern zum Klettern und Bergsteigen. Die Hersteller der einen und der anderen sind im Übrigen oft dieselben.
Eines dieser Hauptmerkmale ist der funktionelle Spielraum, der sich beim Verschluss des Schnappers befindet. Beim Klettern/Bergsteigen und aus Sicherheitsgründen muss sich ein Karabiner bei einer Belastung von 80 kg (Gewicht eines Mannes) noch öffnen lassen. Daher gibt es in ihrer Konstruktion einen funktionellen Spielraum, der das Öffnen des Schnappers auch dann noch ermöglicht, wenn er so belastet wird, und der eine leichte Verschiebung eines Teils gegenüber dem anderen zulässt.
ERMÜDUNGSPHÄNOMEN
Beim Gleitschirmfliegen hängen wir ständig an unseren Verbindungsgliedern, aber diese Belastung ist keineswegs konstant. Tatsächlich sind wir während des Fluges einer Vielzahl von Erleichterungen und Beschleunigungen ausgesetzt, die die auf die Konnektoren ausgeübte Belastung jeweils verringern oder erhöhen. Diese Laständerung führt zu einer leichten Pendelbewegung im Funktionsspielraum, und diese Verformung erzeugt interne mechanische Spannungen.
Dies führt zu einem sogenannten "Ermüdungsphänomen", bei dem die Konnektoren abwechselnd be- und entlastet werden.
Messungen im stabilisierten Geradeausflug, in der stabilisierten Spirale, beim Frontklapper, beim seitlichen Klapper und beim Wing-over (Quelle: DHV).
Messungen in der Thermik, dann in der stabilisierten Spirale (Quelle: DHV)
Diese Ermüdungserscheinung ist ernst zu nehmen, da sie zum Bruch des Karabiners führen kann, auch wenn dieser während seiner Benutzung nie einer hohen Belastung ausgesetzt war. Darüber hinaus sind die Bruchinitiatoren intern und können nicht leicht erkannt werden. Deshalb ist es wichtig, die Geschichte des Konnektors zu kennen und ihn auszutauschen, bevor es zu spät ist ... Aluminium ist aufgrund seiner internen Kristallstruktur viel anfälliger dafür als Stahl. Andere Konnektoren wie Schraubglieder oder flexible Konnektoren (Soft-links und andere) scheinen dagegen nicht von diesem Ermüdungsphänomen betroffen zu sein.
Ermüdungsbruch
Statischer Bruch
Bruchanfang bei Ermüdung
Derzeit wird empfohlen, Automatikkarabiner alle fünf Jahre oder alle 500 Betriebsstunden auszutauschen, unabhängig davon, ob es sich um Aluminium- oder Stahlkarabiner handelt. Diese Empfehlungen basieren auf verschiedenen Tests und Analysen von Vorfällen, die bislang mit Automatikkarabinern durchgeführt wurden (siehe Bibliographie).
Im September 2023 hat die Paraglider Manufacturers Association(PMA) einen Standard (Paragliding Connector Elements) veröffentlicht, um die Sicherheit der Piloten zu erhöhen, indem sie eine Validierung der Ermüdungsfestigkeit von Verbindungsstücken vor deren Markteinführung vorschlägt. Sie schlägt vor, 5 Jahre oder 1000 Stunden Gebrauch (d. h. 2 Millionen Last-/Entlastungszyklen) für alle Arten von Verbindungsstücken zu simulieren, die wir beim freien Fliegen verwenden können: Schnellverbindungsglieder, flexible Verbindungsstücke, Automatikkarabiner usw. Die Werte Fmin und Fmax werden berechnet und an die Art der Ausübung angepasst (Solo- oder Tandemflug). Eine höhere Belastung (Fmax extrem) wird sogar alle 500 Zyklen eingefügt, um einige "extreme Manöver" zu simulieren, wie z. B. Steilspiralen.
Nach diesem Test muss der Verbinder, wenn er seine Integrität und korrekte Funktion beibehält, noch einer vorher festgelegten statischen Belastung standhalten, bevor er als zugelassen betrachtet werden kann.
Dieser "Standard" ist keineswegs eine Norm und legt den Herstellern keine strengen Verpflichtungen auf, wird aber sicherlich zum Maßstab für die Zuverlässigkeit der auf dem Markt erhältlichen Verbindungsstücken werden.
RESISTANZ - ARBEITS ACHSE
Die von uns verwendeten Konnektoren sind alle extrem stabil (Mehr dazu in: Überlegungen zur Widerstandsfähigkeit von Konnektoren).
Diese Bruchfestigkeit hängt natürlich mit dem verwendeten Material, aber auch mit anderen Designelementen (Abmessungen, Form) zusammen. Sie ist auch nicht unbedingt innerhalb eines einzelnen Konnektors einheitlich.
Wenn Sie sich Automatikkarabiner (zum Gleitschirmfliegen oder Klettern/Bergsteigen) genau ansehen, finden Sie normalerweise eine Markierung, die die verschiedenen Werte für die maximale Festigkeit des betreffenden Verbindungsstücks nach verschiedenen Zugachsen angibt.
Diese Werte können sehr unterschiedlich sein und zeigen, dass nicht jeder Konnektor bei jeder Art der Verwendung gleich stark sein muss. Die statische Festigkeit "quer" (entlang der Nebenachse) beträgt hier 8kN gegenüber 22kN entlang der Hauptachse (grossen Achsen), ist also um 63% geringer.
22KN
8KN
Die letzten intern durchgeführten Ermüdungstests gemäß dem PMA-Standard (siehe oben) führten zu sehr interessanten Ergebnissen in Bezug auf diesen Aspekt der Einhaltung der Arbeitsachse.
Bei den getesteten Automatikkarabinern zeigte sich, dass die "versetzte" Position je nach Platzierung des Verbindungsstücks auf den Schlingen sehr unterschiedliche Ergebnisse erzeugen kann.
Wenn der Automatik-Karabiner wie in Abbildung 1 dargestellt platziert wird, besteht er den Ermüdungstest mit 2.000.000 Last-/Entlastungszyklen zwischen 30 kg und 100 kg, gibt aber bei 13 KN statisch nach.
Wenn er jedoch wie in Abbildung 2 dargestellt platziert ist, gibt er nach 158.000 Zyklen nach. Dies entspricht nur 8% der Ermüdungsfestigkeit, die vom PMA-Standard gefordert wird. Wenn man diese Zahl auf die theoretische Dauer (bei 200 Stunden Flugzeit pro Jahr) umrechnet, würde der Karabiner weniger als 5 Monate oder 80 Stunden halten.
Abbildung 1
Abbildung 2
Es ist wichtig, dass diese Art von Verbindungselement (Automatikkarabiner) entlang ihrer Hauptachse belastet wird, um die bestmögliche Bruchfestigkeit zu erhalten, sowohl bei statischer als auch bei Ermüdungsbelastung. Jede Belastung, die außerhalb dieser theoretischen Achse aufgebracht wird, kann den Konnektor dramatisch schwächen.
Nicht alle Arten von Konnektoren werden von dieser Traglast betroffen. Dies ist bei den meisten flexiblen Konnektoren der Fall, die unabhängig von ihrer Position in der Sicherheitskette die gleiche Belastung aushalten können.
Normalerweise finden Sie den Höchstwert der zulässigen Festigkeit einfach auf dem Etikett, das den Konnektoren beiliegt. Auch Ermüdungstests zeigen keine Empfindlichkeit bei diesem Konnektortyp.
Wie können wir sicherstellen, dass diese richtige Arbeitslast-Achse eingehalten wird?
Hierfür gibt es mehrere Lösungen:
- Die erste zielt darauf ab, das Verbindungsstück mithilfe von O-Ringen an Ort und Stelle zu halten, um die Bänder an ihrem Platz am Konnektor zu halten. Dadurch wird eine ungewollte Drehung des Karabiners bei geringer Belastung verhindert, aber bei hoher Belastung kann der O-Ring dennoch verrutschen und das Gurtband sich bewegen lassen. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Gurtband wesentlich schmaler als der Karabiner ist.
- Die zweite Möglichkeit besteht darin, ein Verbindungsstück (automatischer Karabiner oder ein anderer Karabiner) zu wählen, das in seinen Abmessungen perfekt zu den Gurten passt, die es verbindet. Auf diese Weise werden die Gurte natürlich an der richtigen Stelle am Verbindungsstück angebracht, sodass es immer richtig funktioniert. Die Verwendung eines schmalen Verbindungsstücks für ein breites Gurtband mag zwar eine gute Idee sein, um das Gurtband "einzuklemmen", aber in diesem Fall wird das Gurtband nicht richtig arbeiten und möglicherweise auch an Widerstandsfähigkeit verlieren.
Die große Auswahl an Verbindungsstücken, die heute auf dem Markt erhältlich ist, ermöglicht es, die verschiedensten Arten von Konnektoren zu finden, die sich an die meisten Konfigurationen anpassen lassen. Ihre Konstruktion kann sogar mehrere Probleme gleichzeitig lösen, wie z. B. der Pin-Lock (Finsterwalder), der eine Überdrehsicherung enthält und durch seine Lyraform auch nicht ermüdend arbeitet. Sie werden von Finsterwalder mit einer Lebensdauer von 8 Jahren bei Solobetrieb angegeben, ohne Begrenzung der Betriebsstunden!
Flexible Verbindungsstücke sind ebenfalls interessant, da sie die Fähigkeit haben, sich in ihren Abmessungen an die Gurte anzupassen, und nicht vom Phänomen der Ermüdung betroffen sind.
Pin-Locks (Finsterwalder)
Soft-Links
Schraubglieder (Péguet)
Die maximale Festigkeit von Karabinern wird also erreicht, wenn die Arbeitslast auf die Hauptachse wirkt. Voraussetzung ist aber auch, dass der Schnapper des Karabiners richtig geschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, wird der Widerstand stark reduziert, wie der 3. eingravierte Wert zeigt.
Um solche Unannehmlichkeiten zu vermeiden, werden Karabiner als "automatisch" bezeichnet, da sie mit einem Verriegelungssystem ausgestattet sind, das automatisch einrastet, wenn der Öffnungsschnapper losgelassen wird, ohne dass der Benutzer etwas tun muss.
Um hingegen ein ungewolltes Öffnen zu verhindern, das den Widerstand verringern würde, muss der Benutzer eine oder mehrere bestimmte Aktionen durchführen, um den Schnapper des Karabiners freizugeben. Dies kann durch eine Vierteldrehung des Fingers vor dem Drücken geschehen (2-Schritt) oder erfordert eine kleine Bewegung des Rings, bevor die Vierteldrehung auf ihn angewendet wird (3-Schritt). Diese Systeme können manchmal etwas "kompliziert" erscheinen und beide Hände erfordern, um den Karabiner erfolgreich zu öffnen, aber sie verringern erheblich das Risiko, mit einem offenen Karabiner, der mehr als die Hälfte seiner Festigkeit verloren hat, zu fliegen.
"2-Schritt-Öffnung"
"3-Schritt-Eröffnung"
Das Verriegelungssystem kann auch manuell bedient werden, z. B. mit einer Schraube, die der Benutzer betätigen muss, um den Karabiner zu verriegeln. Wenn der Benutzer die Verriegelungsschraube nicht zuschraubt, ist der Karabiner nicht vollständig verriegelt und der Schnapper könnte sich unerwartet öffnen, z. B. wenn er sich einhängt.
Das Öffnen des Schlosses erfolgt auch durch eine manuelle Aktion des Benutzers, indem er die Verriegelungsschraube aufschraubt und den Finger öffnet. Diese Art der Verriegelung ist nicht absolut sicher, da die verschiedenen Vibrationen, denen der Karabiner ausgesetzt ist (beim Fliegen, im Kofferraum, ...), dazu führen können, dass sich die Verriegelungsschraube löst und sich der Schnapper öffnen kann. Wenn Sie diese Art von Karabiner verwenden (z. B. bei Bergflügen), empfehlen wir, den Karabiner so zu platzieren, dass die Verriegelung des Schnappers nach unten zeigt. Bei Vibrationen wird die Schwerkraft helfen, die Verriegelungsschraube immer wieder in ihre verriegelte Position zu bringen. In der anderen Richtung kann die Schwerkraft in Kombination mit den Vibrationen das Aufschrauben erleichtern.
Es gibt noch andere Systeme, aber dies sind die wichtigsten, die wir bei den Karabinern finden werden, die in der Gleitschirmszene erhältlich sind.
SPEZIFITÄTEN IN BEZUG AUF DEN RETTUNGSSCHIRM
Wie wir gerade gesehen haben, ist ein Verbindungsstück dazu gedacht, zwei Elemente (Gurte oder andere Schlaufen) miteinander zu verbinden. Normalerweise erfolgt die Belastung entlang der Achse, die von den beiden verbundenen Elementen gebildet wird.
Die zuvor gesehenen Verbindungsstücke können also durchaus geeignet sein (vorausgesetzt, sie haben eine ausreichende Nennfestigkeit), um die Rettungsgurte mit dem Gurtzeug oder den Rettungsschirm mit den Gleitschirmgurten zu verbinden.
In den allermeisten Fällen ist die gesamte Kette zur Entfaltung des Rettungsschirms verborgen (mit Ausnahme des Griffs!), um diese verschiedenen Elemente vor verschiedenen äußeren Einflüssen (Reibung, UV-Strahlen, ...) oder möglichen Fehlbedienungen zu schützen, und um eine stabile und zuverlässige Funktion über die Zeit zu gewährleisten. Es ist daher kompliziert, automatisch zu überprüfen, ob alles in Ordnung ist.
In Bezug auf den Rettungsschirm wird daher die Verwendung von Konnektoren empfohlen:
- in Bezug auf die Form angepasst, um die Arbeitsachse der Gurte einzuhalten
- ggf. mit O-Ringen verriegelt
- deren Schließ- und Verriegelungssystem nicht anfällig für Vibrationen oder andere Phänomene ist, die sie im Laufe der Zeit lockern könnten
- nicht zu empfindlich auf die Richtung der aufgebrachten Last (multidirektionaler Widerstand)
Es ist auch denkbar, die Gurte mithilfe eines Ankerstichknotens direkt miteinander zu verbinden und so auf ein Verbindungsstück und die damit verbundenen Belastungen zu verzichten. Trotz des schlechten Rufs, das dieser Knoten noch immer hat, ist er sehr leistungsfähig, wenn er richtig ausgeführt wird (wie alle Knoten!). Achten Sie darauf, dass die verbundenen Gurte so flach wie möglich gehalten werden und dass sich der Knoten nicht lockern oder eine Relativbewegung zwischen den Gurten entstehen kann. Es besteht nämlich ein erhebliches Risiko, dass die Gurte reißen, wenn sie durch eine lange Gleitbewegung gespannt werden, die zu Reibung und damit zu Hitzeentwicklung führt.
Wenn es keine große Bewegung gibt, besteht auch keine Gefahr, dass es heiß wird ... Übrigens werden alle Leinenverbindungen an deinem Gleitschirm auf diese Weise hergestellt, ebenso wie alle Verbindungen zwischen den oberen, mittleren und unteren Leinen usw. ... Es funktioniert also gut und ist zuverlässig!
Für den Fall, dass das Gurtzeug keine Schultergurte hat oder diese nicht mit Ankerpunkten für den Rettungsschirm ausgestattet sind, besteht die einzige Lösung darin, die Rettungsgurte mit den Hauptankerpunkten des Gurtzeugs zu verbinden, wo sich bereits die Verbindungsstücke befinden, die die Tragegurte des Gleitschirms verbinden. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Verbindung herzustellen:
- Hängen Sie den Rettungs-Tragegurt in denselben Konnektor ein, der bereits das Hauptsegel verbindet.
Diese Lösung kann in Betracht gezogen werden, wenn noch genügend Platz im Verbindungsstück (Konnektor) vorhanden ist. Wenn der Rettungsschirm gezogen wird, wechselt die Last normalerweise von dem Tragegurt des Gleitschirms zu dem des Rettungsschirms, wenn der Rettungsschirm zu tragen beginnt. Der Gleitschirm sollte normalerweise neutralisiert werden und keinen Einfluss mehr auf den Konnektor haben.
Je nach Konnektor und Gurt (Form, Größe) kann der Tragegurt des Rettungsschirmes jedoch schief platziert werden und die Arbeitsachse verändern: z. B. bei einem Spiegeleffekt oder wenn der Gurt des Rettungsschirmes an der Verriegelungsschraube hängen bleibt.
Es ist daher besser, in diesem Fall Konnektoren mit mehrachsiger Festigkeit zu verwenden (Peguet, flexible Konnektoren) oder einen Leinenschneider mitzunehmen, um einen Tragegurt des Gleitschirmes durchtrennen zu können, falls dieser nach der Öffnung des Rettungsschirmes wieder zu fliegen beginnt. Mit einem halbkugelförmigen Rettungsschirm und im Falle eines Spiegeleffekts, beträgt der Winkel zwischen den Tragegurten etwa 90°. Mit einem Rogallo (der eine Eigengeschwindigkeit hat) ist es möglich, auf 180° zu kommen und somit diese Kräfte in der kleineren Achse des Konnektors, der schwächsten, zu induzieren.
- Fügen Sie einen weiteren Verbinder hinzu, mit dem Sie den Anhängepunkt des Haupt- und des Rettungssegels trennen können.
Wenn beide Tragegurte mit zwei separaten Verbindungsstücken an denselben Ankerpunkt angeschlossen werden, kann es auch zu einem Spiegeleffekt kommen, der entgegengesetzte Kräfte auf den Ankerpunkt ausübt. In diesem Fall ist die Konstruktion des Ankerpunktes entscheidend für die Festigkeit der gesamten Einheit.
Die gleiche Bemerkung wie zuvor: Die Mitnahme eines Leinenschneiders ist empfehlenswert, um einen Tragegurt des Gleitschirms abschneiden zu können, falls dieser wieder aufzieht und die erzeugten Kräfte erhöht.