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Kräftemessungen in einer Highline

Mitwirkende: Damian Jörren, Thomas Buckingham, Harald Höglinger, Igor Scotland, Philipp Gesing (Übersetzung), Marian Harbach (Übersetzung)

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Welche Kräfte wirken in der Slackline oder im Backup, auf Fixpunkte und Leash (Sicherungsseil) eines Highlinessystems? Simple Fragen, welche nicht zufriedenstellend simuliert und auch durch nachvollziehbare, reproduzierbare Messungen nur auf den ersten Blick einfach zu erfassen sind.

  1. Einleitung und Problemstellung
  2. Ziele
  3. Testablauf
  4. Aufbau und verwendete Materialien
    1. Die Fakten zum Testaufbau:
    2. Messzelle
  5. Weitergehende Überlegungen
  6. Vorspannung und Nutzlast
  7. Resultate
  8. Diskussion und Fazit
  9. Weitergehende Tests
  10. Credits
  11. Literatur & weitere Grundlagen

 

Einleitung und Problemstellung

Die Kräfte in einem Highlinesystem werden durch viele verschiedene Faktoren bestimmt. Aus der Praxis wissen wir das unter anderem Vorspannung, verwendetes Material (Dehnung) und auch die Länge der Highline einen grossen Einfluss haben. Wenn die Faktoren in einer ungünstigen Kombination und Ausprägung aufeinandertreffen, können kritische Situationen entstehen. In den meisten Highlinesystemen kommen Bänder und Seile aus den Werkstoffen Polyamid [PA] oder Polyester [PES] zum Einsatz. Immer häufiger in Verwendung sind auch Slacklines und Seile aus High-modulus polyethylene [HMPE] und andere High-tech und Hybrid Materialien. Polyamid dehnt sich unter Belastung in der Regel relativ stark und wird daher als dynamisch bezeichnet, daher auch die Anwendung in Kletterseilen, zum Auffangen von Stürzen. Slacklines aus Polyester und insbesondere HMPE hingegen dehnen sich unter gleicher Belastung weniger und werden daher als eher statisch bezeichnet (siehe auch Höglinger, 2015). Wir wissen wie entscheidend die Dämpfungsfunktion, bedingt durch Dehnung und Länge der Slackline, beim Fangen der Highline (Catch) oder beim Leashfall (Sturz ins Sicherungsseil) ist. Welche Kräfte dabei auf Band/Seil, Fixpunkte und die Leash bzw. den Highliner wirken, wollten wir eruieren. Hier bringen uns nur reale Messungen einen Schritt weiter.

Systematisch an dieses Thema herangewagt, hat sich bisher niemand, die vereinzelt existierenden Werte wurden analysiert und sind in unsere Überlegungen eingeflossen (Mercier 2009, Hairer F. & Geyer D. 2009, Katlein 2010, Miszewski 2011, Jörren 2013, Jörren 2014). Die Testvorbereitung, Ausführung und Nachbereitung stellte sich als äußerst zeitintensiv heraus. Nach längerer Planung und einem Anflug von Motivation haben wir versucht, ein paar wichtige Aussagen zu erhalten ohne die Reproduzierbarkeit des Testablaufs komplett zu verlieren. Ergänzende Messungen sind immer erwünscht und werden hoffentlich in Zukunft durchgeführt.

 

Ziele

Wir haben uns darauf beschränkt, die unterschiedlichen auf dem Markt verfügbaren Slackline-Materialien und ein handelsübliches Statikseil grob miteinander zu vergleichen. Wir möchten diese analysieren in Bezug auf ihr Verhalten von:

  • Vorspannung zu Nutzlast (& Durchhang)
  • Kraftspitzen am Fixpunkt beim Leashfall (Sturz in das Sicherungsseil)
  • Kraftspitzen in der Leash (im Sicherungsseil)

 

Die Herstellerseite ist zum einen interessiert sichere Slacklines zu produzieren und möchte realitätsnahe Messungen und Resultate. Verbände und Vereine sind zusätzlich noch daran interessiert Slacklines unterschiedlicher Herstellern vergleichen zu können (auch bei dynamischen Belastungen).

 

Testablauf

Wir mussten sehr schnell einsehen, dass möglichst realitätsnahe Messungen in einem Highline-System immer einen Verlust der Reproduzierbarkeit des Tests zur Folge haben. Ähnlich wie die meisten Normtests z.B. für Kletterseile oder Karabiner nicht unbedingt realitätsnah sind, wird im Gegenzug eine unerlässliche Reproduzierbarkeit garantiert. Diese erlaubt es, Produkte vom selben Typ durch einen standardisierten Aufbau und Ablauf zu vergleichen. Im Folgenden wird deshalb eine möglichst präzise Dokumentation mitgeliefert, welche die Einschränkungen beschreibt, die wir auf Kosten der Reproduzierbarkeit in Kauf genommen haben.

 

Aufbau und verwendete Materialien

Wir haben nur Materialien mit einer Mindestbruchlast von 3t und mehr verwendet, dem Mindeststandard im Highlinesport:

Nr

Typ

Material

Kürzel

 

Modell

Hersteller

1

Seil

Polyamid

PA

Nylon 9mm

Statikseil, Typ B

Singing Rock

2

Band

Polyamid

PA

Nylon 25mm

Sonic 2

Landcruising

3

Band

Polyester

PES

25mm

Core 2 HS

Landcruising

4

Band

High-modulus polyethylene

HMPE

Dyneema 25mm

Aeon

Landcruising

 Landcruising-Blog-Highline-Forces-2

 Abb. 1: Die vier von uns verglichenen Materialien

 

Die Fakten zum Testaufbau:

  • Länge: Fixpunkt zu Fixpunkt (Bäume) 20 m
  • Länge: Slackline/Seil ca. 18-19 m
  • Flaschenzuglänge ca. 1-2 m
  • Höhe: in der Mitte ab Boden ca. 9 m
  • Vorspannung: Variabel je nach Band/Testaufbau
  • Nutzlast: Fixiert 2.2 kN und 4.4 kN
  • Leashlänge: Einbindungs- bis Einbindungpunkt 1.8 m
  • Sturzkörper: Person 82 kg
  • Reifen 72 kg
  • Sturzkörperbeschreibung: Reifendurchmesser 1.4 m
  • Schlinge zur Reifenbefestigung: 0.1 m
  • Enforcerlänge 0.2 m

 

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Abb.2: Testkörper, ein 72 kg Reifen, statisch hängend an Leash und Slackline. Zwischengeschaltet ist die Messzelle (Rock Exotica Enforcer).

 

Sturzhöhe ohne dynamische Auslenkung
(Leashlänge + Durchhang + Reifenhöhe + Schlinge zur Reifenbefestigung + Enforcerlänge)

bei 2.2 kN, resp. 1.6 m Durchhang 5.1 m statische Sturzhöhe

bei 4.4 kN, resp. 0.8 m Durchhang 4.3 m statische Sturzhöhe

Die Sturzhöhe des Reifens inkl. dynamischer Auslenkung (durch die Dehnung der Slackline) haben wir nicht systematisch erfasst.

 

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Abb. 3: Testaufbau

Der Testaufbau bestand aus einer simulierten Highline zwischen zwei Bäumen. Wir haben vier Materialtypen (drei Slackline Bänder und ein Seil, siehe Tabelle 2 und Abb. 1.) in der einfachen Konfiguration getestet, somit nicht wie im typischen Highline-Aufbau, wobei ein Main- und ein Backupsystem gekoppelt werden. Zusätzlich wurde ein Hilfsseil ca. zwei Meter über der simulierten Highline aufgebaut, um das Testgewicht in Stellung zu ziehen. Das Testgewicht wurde mit einem Schnellauslösesystem installiert, das vom Boden mit einem zusätzlichen Seil ausgelöst werden konnte (siehe Abb. 3).

Die Verankerung beidseitig wurden mit 4t WLL Industrieschlingen, 2 t WLL Schäkeln und Bandeinspannern vom Typ Zilla 2.0 (WLL 1.6 ) aufgebaut. Beim 9 mm Seil wurden zwei Ropelocks verwendet, ein Seileinspanner-Prototyp der 96% der Festigkeit des Seils behält. Einseitig wurde ein 5:1 Flaschenzug mit 3’ PMP SMC Rollen, 10.5 mm Statikseil und einem Edelrid Eddy als Rücklaufsperre installiert. Der Flaschenzug diente zur Justierung der Vorspannungen und Nutzlasten vor und nach den jeweiligen Stürzen in das System. Die Leash (Sicherungsseil) besteht aus einem dynamischen 10.5mm Seil, welches von einem 19 mm Schlauchband umgeben wird, beidseitig eingeknotet mit gestecktem Achterknoten.

Messzelle

Die Kräfte im Lastzug wurden mit einem AST KAS 50 kN im Fastlogging-Mode aufgezeichnet. Die Werte in der Leash durch einen direkt im Band/Seil und der Leash eingefädelten Rock Exotica Enforcer (siehe weiter unten), ebenfalls im Fast Logging Mode. Leider hatten wir einen zu hohen Threashhold (Startwert zur Auslösung des Messvorgangs) von 4 kN eingestellt. Erfasst wurden deshalb, bis auf einige Ausnahmen, nur die minimalen Kraftspitzen im Slow logging mode. Wir haben hier also meistens keine absoluten Werte sondern nur einen Bereich erfasst, in dem sich die Kraftspitzen befinden (meistens zw. 1.5 und 4 kN). Zudem haben wir aufgrund der z.T. großen Distanz zwischen Enforcer und Smartphone mit der Bluetoothverbindung nicht alle Messwerte reibungslos vom Enforcer auf das Smartphone übertragen können. Dadurch kam es zu einigen Verlusten von Messwerten.

 

Weitergehende Überlegungen

Im folgenden werden Faktoren beschrieben, welche in diesen Systemaufbau konservativ gewählt wurden und entsprechend beim Highlinen tendenziell zu niedrigeren Kräften im System führen würde:

  • 20m Distanz zwischen den Fixpunkten
    Längere Distanzen würden die Kräfte dämpfen, da das Band/Seil sich mehr dehnen kann und damit auch mehr Kraft aufnimmt (bspw. Jörren 2013)

  • Test der Bänder ohne zweites System (darunter getaptes Backupseil)
    Ein Backup kann den Fangstoss in der Mainline leicht dämpfen, da es selbst einen Teil der Last zu tragen beginnt (siehe Jörren 2013, Miszewski 2011)

  • 1.8 m Leashlänge (Annahme grosse Person mit seitlich befestigter Leash)
    Kürzere Leashes, die bspw. zwischen den Beinen getragen werden, generieren einen geringeren Fangstoss, da geringere Sturzhöhe

  • Sturz in die Mitte
    Stürze in der Mitte der Slackline generieren die höchsten Kräfte auf die Fixpunkte, im Vergleich zu Stürzen an den Rändern (siehe bspw. Jörren 2014)

  • Kein agierender Sturzkörper
    Verwendet wurde ein 72 kg schweren Traktorreifen. Dies um eine gewisse Reproduzierbarkeit zu gewährleisten und da Tests mit Menschen einfach zu stark variieren. Wir haben Vorversuche mit statischen (Holzstamm) und dynamischen Körpern (Reifen) gemacht und diese von der Grössenordung her mit realen Sturzversuchen einer Person (82kg) verglichen (siehe Diagramm unten). Der Reifen zeigte eine hohe Korrelation mit der Person, ist jedoch etwas leichter und kann im dynamischen Sturz weniger Energie aufnehmen.

tabelle-damian-reifen

Tabelle 1: Vorversuche zur Auswahl des Fallgewichts

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Abb.4: Vergleich der generierten Kräfte mit den unterschiedlichen Sturzkörper auf einer Polyamid Highline mit ungefähr 2 kN Nutzlast (Working load)

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Abb.5: Vergleich der generierten Kräfte mit den unterschiedlichen Sturzkörper auf einer Polyamid Highline mit ungefähr 4 kN Nutzlast (Working load)

Sturzhöhe:

  • die Leash wurde über dem Reifen in eine kurze Schlinge eingebunden. Somit ist die Höhe der Leasheinbindung eher konservativ gewählt, da nicht beim Massenmittelpunkt des Reifens befestigt, im Vergleich zur Einbindung in einen Klettergurt bei einem menschlichen Körper

  • Die Abwurfhöhe wurde auf die Höhe der direkten Verbindung zwischen den Fixpunkten festgelegt. Dabei wurde weiter die untere Reifenkante als fixe Abwurfhöhe definiert.

  • die grössten Sturzhöhen können beim Highlinen beim Bouncen oder Springen (vertikale Auslenkung bei der Begehung) entstehen, dabei würde ein Sprung vom höchsten Punkt direkt in die Leash erfolgen. Geringere Sturzhöhen kommen aufgrund eines höheren Durchhangs (geringere Vorspannung und daher Nutzlast) zustande. Um zu garantieren, dass wir die drei Bänder miteinander vergleichen können, haben wir nicht die Vorspannung als Ausgangswert definiert, sondern eine gleichbleibende Nutzlast (Gewicht resp. Reifen hängt in der Highline). Daraus ergibt sich bei unterschiedlichen Materialien der gleiche Durchhang und der Einfachheit halber für uns auch die gleiche Sturzhöhe.

Sturzbahn:

  • Es ist entscheidend wie man in die Leash fällt. Ein Pendelsprung verringert die Kräfte im System. Bei unseren Tests haben wir deshalb immer unmittelbar neben der Line ausgelöst und einen vertikalen Sturz produziert.

Dehnungsverhalten der Bänder:

  • Nach Leashfalls wurden Vorspannung und Nutzlasten angepasst, konkret wird dabei nach mehreren Test das gleiche Band nachgespannt und etwas ausgedehnt. Die “Dämpfungsfunktion” des Bandes lässt dadurch nach, was theoretisch etwas höhere Kraftspitzen zu Folge hat. Wir haben versucht das Setzungsverhalten insbes. von dynamischen Bändern zu berücksichtigen indem wir uns nach dem spannen/ablassen und vor dem Ablesen der Messwerte Zeit gelassen haben bis sich die Werte einpendeln.

Eingebauter Flaschenzug:

  • Der Flaschenzug blieb aus praktischen Gründen im System (regulieren der Spannung). Die Länge des Flaschenzugs sowie das Verhalten von 5 Strängen 10.5 mm Statikseil ist statischer als ein einzelnes Slacklineband, dies kann sich auf die Messungen auswirken.

Verwendung von Ropelocks (Beim 9mm Seil)

  • Die beiden Ropelocks im System erlauben eine konservative Einschätzung der Kraftspitzen auf den Fixpunkt die Leash. In der Realität werden fast ausschliesslich Knoten verwendet, die hauptsächlich beim ersten Sturz gute Dämpfer sein können.

Im Folgenden einige Faktoren, welche gewählt wurden, jedoch beim Highlinen theoretisch in höheren Kräften resultieren würden:

Sturzgewicht:

  • Das Sturzgewicht liegt etwas unter den “üblichen” 80 kg bei solchen Versuchsaufbauten, der Vergleich mit der Person zeigt aber, dass wir hier in der gleichen Grössenordnung liegen. Ob dies aufgrund der gering höheren Fallhöhe oder der etwas statischeren Reifenmasse (im Vergleich zum menschlichen Körper) zustande kommt, wissen wir nicht. Auch wissen wir nicht wie gross andere Testgewichte von unseren Resultaten abweichen können.

Verwendung von Bändern ohne Backup,

  • ein Backup kann einen Fangstoss in der Leash etwas vergrössern, da es im Falle des Sturzes das Dehnungsverhalten der Slackline mitbeeinflusst.

Bäume als Fixpunkte,

  • können insbesondere bei hohen Kräfteinträgen aufgrund ihrer Bewegung eine Dämpfungsfunktion übernehmen. Beide Bäume waren massive Buchen mit Durchmessern von über 0.7 m. Wir haben die Bäume bei Stürzen berührt und beobachtet und keine nennenswerten Bewegungen festgestellt.

Rutschen von Bändern:

  • Bänder können unter Umständen beim Überschreiten der zulässigen Arbeitslast in Bandfixierern rutschen. Dies kommt einer leichten Dämpfungsfunktion gleich, analog dazu verhalten sich das rutschende Seil in der Bremse des Flaschenzug oder ein Seil im Ropelock. Diese Fixierer wurden überwacht und es wurde nur in einem Fall Rutschen festgestellt (Test mit Dyneema Band als Highline, bei dem die Seilbremse - Edelrid Eddy im Flaschenzug nachgerutscht ist).

Ablese Ungenaugkeiten;

  • Die Kräfte im System sind immer leichten Veränderungen unterworfen (Setzungsverhalten der Kräfte, z.B. durch Relaxtion des Bandes). Hier wurde versucht auf eine Einreglung der Kräfte zu warten.

Stürze am Rand der Highline

  • generieren geringere Kräfte auf die Fixpunkte, jedoch steigen die Kräfte in der Leash an, dies wurde hier nicht systematisch getestet.

 

Vorspannung und Nutzlast

Wenn wir das Verhalten der unterschiedlichen Bänder beim Leashfall vergleichen wollen, müssen wir von vielen fixierten Parametern ausgehen. Instinktiv wird hier die Vorspannung als Ausgangswert für jede Messreihe hergenommen, da wir diese am Flaschenzug einstellen und auch mit einer Kraftmesszelle überwachen können. Nehmen wir nun eine fixe Vorspannung an und vergleichen sie mit der Nutzlast (Last bei der das Fallgewicht statisch in die Mitte der Highline gehängt wird), erhalten wir bei “statischen” Bändern [PES, HMPE] große Differenzen zu dehnbareren Polyamid [PA] Bändern und Seilen. Nicht nur in Bezug auf die Kraft sondern auch beim resultierenden Durchhang.

Ein der wichtigsten Erkenntnisse war daher folgende:
Wenn wir die Bänder und das Seil miteinander vergleichen wollen und die Sturzhöhe auch nur annähernd gleich bleiben soll müssen wir unser System auf eine fixe Nutzlast einstellen und nicht auf eine gleichbleibende Vorspannung. Wir haben aus diesem Grund zwei realitätsnahe Nutzlasten (ca. 2,2kN und 4,4kN) für die unterschiedlichen Materialien definiert.

 

Resultate

In dieser Analyse haben wir total 20 Tests durchgeführt, davon waren die ersten 6 Versuche Eichungstests zur Auswahl der Fallmasse. Wir haben aufgrund der Ähnlichkeit zur Testperson (Vergleichswerte: Sturztest einer Person mit dem 72 kg Reifen) den Reifen als Testmasse ausgewählt.

tabelle

Tabelle 2: Resultate der wichtigsten Versuche, unter Verwendung der vier Materialien aus Tabelle 1 und den justierten Nutzlasten von 2.2 und 4.4 kN.

 

Die Nachfolgenden Graphiken zeigen das Verhältnis dieser Nutzlasten (Working Load) zur Vorspannung (Base Tension oder Pretension) bei den unterschiedlichen Materialien. Bei allen Graphen wurde der Quotient aus Kraftspitze und Nutzlast bzw. Kraftspitze und Vorspannung gebildet und als “Faktor” in der Abbildung hinterlegt.

Wie man aus Abb. 6 und 7 sieht, muss die Vorspannung (Basetension oder Pretension) viel höher sein für dynamische Materialien um den gleiche Nutzlast zu erhalten. Eine gleichbleibende Nutzlast hat den gleichen Durchhang zur Folge was uns wiederum pro Versuchsreihe die Sturzhöhe vereinheitlicht. Der Unterschied zwischen den statischeren Materialien wird erst mit zunehmender Nutzlast deutlicher (Abb. 7). 

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Abb 6: Vergleich der Nutzlasten (working load) and Vorspannungen (base tension oder pretension) zwischend den unterschiedlichen Materialien. Die Nutzlast wurde hier auf ca. 2.2 kN fixiert. Das Verhältniss zwischen Vorspannung und Nutzlast ist mit der Zahl an der Basis der blauen Balken angezeigt.

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Abb. 7: Vergleich der Nutzlasten (working load) und Vorspannung (pretension or base tension). Die Nutzlast wurde dabei konstant auf ungefähr 4.4 kN fixiert. Das Verhältniss zwischen Vorspannung und Nutzlast ist mit der Zahl an der Basis der blauen Balken angezeigt.

Abb. 8 und 9 zeigen den Vergleich der Kräfte am Fixpunkt (Anchor peak force) während der Leashfalls, zu einer fixierten Nutzlast. Man sieht hier, dass statischere Materialien höhere Kraftspitzen auf die Ankerpunkte während der Leashfalls erzeugen. Der Unterschied zu den dynamischen Materialien wird weniger deutlich, bei höherer Nutzlast (Abb. 9).

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Abb. 8: Vergleich der Nutzlast (working load) und Kraftspitzen am Fixpunkt (Anchor peak force) während der Leashfalls (Sturz ins Sicherungsseil). Die Nutzlast wurde hier konstant auf ungefähr 2.2 kN gehalten. Das Verhältniss zwischen Kraftspitzen und Nutzlast ist mit der Zahl an der Basis der grünen Balken angezeigt.

 

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Abb. 9: Vergleich der Nutzlast (working load) und Kraftspitzen am Fixpunkt (Anchor peak force -> blau) während der Leashfalls (Sturz ins Sicherungsseil). Die Nutzlast wurde hier konstant auf ungefähr 4.4 kN gehalten. Das Verhältniss zwischen Kraftspitzen und Nutzlast ist mit der Zahl an der Basis der grünen Balken angezeigt.

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Abb. 10: Abb. 10.: Ein 4s Fast-Logging Diagramm aus der Messzelle (Rock Exotica Enforcer), mit dem 72 kg Reifen, in das HMPE Dyneema Band. Die Messzelle wurde zwischen Line und Leash eingebaut.

Abb. 10 zeigt exemplarisch die Kräfte in der Leash. Der Peak überschreitet 5 kN. Es sind diese hohen Werte, welche für den menchlichen Körper gefährlich werden können. Bei einem der Teststürze wurde das Schlauchband am Knoten der Leash aufgerissen (siehe Abb. 11).

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Abb 11: Die Leash (T-Leash von Landcruising, 10.3mm Seil mit 19mm Schlauchtband). Die hohen Werte über 5kN in der Leash hat das Schlauchband in beiden Knoten zerrissen.

 

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Abb. 12: Vergleich der fixen Nutzlast (Working load) von ~2 kN am Fixpunkt bei unterschiedlichen Materialien mit den korrespondierenden Kraftspitzen in der Leash (Leash peak force) beim Leashfall. Leider wurden von uns die Werte unter 4kN nicht richtig aufgezeichnet und müssen als mögliche Bereiche gesehen werden (PA Static rope: 3,6-4kN und PA Sonic 1.4-4kN)

 

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Abb. 13: Vergleich der fixen Nutzlast von ~4 kN am Fixpunkt bei unterschiedlichen Materialien und den korrespondierenden Kraftspitzen in der Leash (Leash peak force) beim Leashfall. Leider wurden von uns die Werte unter 4kN nicht richtig aufgezeichnet und müssen als mögliche Bereiche gesehen werden (PA Sonic 2.2-4 kN)

 

Diskussion und Fazit

Wir sind uns bewusst, dass die Datenlage keine wissenschaftlich gültige Aussage erlaubt. Wir zeigen in den Diagrammen selektiv, welche Unterschiede grob zwischen den einzelnen Materialien (PA, PES, HMPE) bei unterschiedlichen Testbedingungen bestehen. Wir haben weder Messwerte gemittelt noch eine Fehlerrechnung gemacht. Die Messzelle Enforcer konnte bei Leashfalls unter 4kN keine korrekten Werte ermitteln (Falscher Grenzwert im Gerät gesetzt).

Wir wollen mit diesen Daten in erster Line Grössenordnungen für weitergehende Tests aufzeigen und einige von uns empirisch ermittelten Kennwerte mit Zahlen hinterlegen.

Bereits die Schätzungen von uns während den Messungen, jeweils unmittelbar vor dem Ablesen der Messgeräte, haben gezeigt, dass wir mit unserer Erfahrung nicht weit von den realen Messwerten abweichen.

Manchmal muss man viele Parameter fixieren um eine Aussage über andere Größen treffen zu können. Erschwerend kommt hinzu, dass sich im Verlauf eines Testaufbaus diese vermeintlich “fixen” Parameter leicht verschieben (die Spannung im System variiert von Sekunde zu Sekunde). Dies ist einer der grundsätzlichen Unterschiede zu Falltests, bei denen ohne eingebrachte Vorspannung getestet wird. Generell schlagen wir vor, in Zukunft die Nutzlast und nicht die Vorspannung für Materialvergleiche herzunehmen.

Wir haben ein Highlinesystem entkoppelt und Main- und Backupline separat und unabhängig voneinander getestet. Dies mit dem Wissen, dass sich diese gegenseitig beeinflussen können. Das Experiment wurde dadurch vereinfacht, ist reproduzierbarer und zeigt klarere Resultate. Wir sind uns aber bewusst, dass unterschiedliches Dehnungsverhalten bei kombinierten/gekoppelten Main- und Backupsystemen zu höheren Kraftspitzen führen kann.

Folgende Aussagen erlauben unsere Daten:

  • Die Vorspannung bei dynamischen gegenüber statischen Bänder ist bei der gleichen Nutzlast (Working Load, Durchhang) höher. Im Umkehrschluss bedeutet dies, das PA Bänder/Seile wesentlich mehr Durchhang bei gleicher Vorspannung haben als PES oder HMPE Bänder/Seile.

  • statische Bänder haben idR. höhere Kraftspitzen als dynamische.

  • Kraftspitzen am Fixpunkt beim Leashfall nehmen bei zunehmender Nutzlast in der Regel zu, so wurden zw. 5,7 und 15 kN für 2kN Nutzlast und 9,-17,9 kN für 4kN Nutzlast gemessen.

  • Die Kraftspitzen beim HMPE Band (Aeon) in der Leash waren höher bei der niedrigen Nutzlasten (und Durchhängen) in der Slackline.

  • Ein niedrigere Vorspannung erzeugt somit nicht grössere Kraftspitzen auf die Fixpunkte, sondern primär auf die Leash! Hier besteht ein erhöhtes Risiko bei kurzen “Niederspannungs-Highlines”: Die Kräfte auf Leash, Gurt und Körper werden immer grösser. Bereits 5 kN in der Leash sind unangenehm und können bei einem ungünstigen Sturzverlauf zu Verletzungen führen. Am Rand, nahe zum Fixpunkt der Highline, nehmen die Kräfte in der Leash wahrscheinlich noch weiter zu (Jörren, 2013-2). Gründe die für die Nutzung von Slacklines und Seile aus PA mit viel Dehnung sprechen. Ein weiteres Problem bei "Niederspannungs und Rodeo-Highlines ist das Rutschen in Bandfixierern (Gesing et al 2015).

Konkret bestätigen sich unsere bereits empirisch ermittelten Empfehlungen:

  • Bänder mit sehr geringer Dehnung HMPE sind für kurze Highlines nicht geeignet, egal bei welcher Vorspannung/Nutzlast. Unsere Erfahrungswerte sind mind. 60-70m Länge mit ausreichend hoher Vorspannung. “Rodeohighlines”, also Highlines ohne nennenswerte Vorspannung, mit Dyneema (auch Vectran, Kevlar, etc.) sind nicht empfehlenswert.

  • Bänder mit geringer Dehnung (PES) sind für kurze Highlines weniger geeignet. Die große Streuung in der Dehnung bzw. im dynamischen Verhalten bei unterschiedlichen Bändern aus PES erlaubt aber keinen generellen Ausschluss, vielmehr ist situationsabhängig zu entscheiden (siehe hierzu Höglinger 2015).Eine generelle Empfehlung könnte lauten, PES Bänder erst ab 25 m Länge verwenden und leicht Vorspannen (min. 1,5kN, keine “Rodeo Highlines”)

  • Für kurze Highlines bis ca. 25 m empfehlen wir PA Bänder, wobei auch hier eine geringe Vorspannung zu empfehlen ist und die produktspezifische Dehnung bekannt sein sollte. Zwischen der Dehnung von PES (ca. 2-10% bei 10kN) und PA (12%-17% bei 10kN) Bändern existiert ein fließender Übergang.

  • Ein 9mm PA Seil verhält sich generell ähnlich wie ein 25mm PA Band, es ist also mit einem deutlichen Absacken beim Leashfall ins Backupseil zu rechnen (mehrere Meter)

  • Eine starke, dynamische Leash aus PA ist empfehlenswert. Überprüfe die Leash regelmässig auf Schäden, öffne hierzu auch die Knoten an Leashring und Klettergurt. Die neu gesetzten Knoten sollten handfest zugezogen werden, einmal im Leashfall belastet nimmt der Knoten selbst kaum noch Energie auf.

 

Weitergehende Tests

Eine Frage die wir nicht klären konnten ist wie sich die Kräftezunahme an den Fixpunkten und die Kraftspitzen in der Leash aufgrund der größeren Sturzhöhe verhalten. So ist die Sturzhöhe bei dehnbaren PA Bändern tendenziell höher als bei PES oder HMPE Ähnlichen Bändern, dafür wird die Sturzenergie aber kontinuierlicher und langanhaltender aufgenommen. Die Nutzlasten von 2,2 und 4,4 kN sind hier somit nicht unmittelbar vergleichbar. Bei allen Tests haben wir die Abwurfhöhe gleich belassen anstatt den Abwurfpunkt des Reifens anzupassen. Wir erhalten daher eine größere Sturzhöhe und damit einen größeren Krafteintrag. Wir bilden also bei niedriger Nutzlast (und Vorspannung) eher einen Worst-Case ab. In der Realität ist von optimistischeren Werten für PA auszugehen.

Für weitere Tests in Zukunft empfehlen wir in ein kontrolliertes Testumfeld (Lagerhalle, Fallschacht, etc.) mit standardisiertem statischem Fallgewicht, etc. Es besteht nun die Möglichkeit die nächsten Tests so zu gestalten, dass sie vergleichbar und reproduzierbar werden und eher den worst case abbilden, dies benötigt aber noch einiges an Arbeit.

Auf der andern Seite braucht es auch weiterhin Tests und Simulationen die versuchen ein realitätsnahes Bild der Kraftspitzen zu ermitteln und dabei einen dem Menschen ähnliches Fallgewicht zu verwenden.

Es ist sehr zu empfehlen bei weiterführenden Testreihen mit mindestens 5 gleichen Versuchen  je Material und Nutzlast durchzuführen um solide Ergebnisse zur Auswertung zu erhalten.

 

Credits

Vielen Dank an Landcruising für die Möglichkeit ihr Highlinematerial zu zerbomben und die Messungen vorzunehmen.

Literatur & weitere Grundlagen

Buckingham T., Witz B. (2014) Highlinen – Die 10 wichtigsten Punkte
http://www.swiss-slackline.ch/highline.de.html

Buckingham T., Gesing P. (2015) Midlines - tiefe Highlines
http://slacklineinternational.org/wp-content/uploads/2015/11/Midlines-low_highlines_ISA_2015.11.05_en_v5.pdf

DIN Norm - Slacklinesysteme - Allgemeine und sicherheitstechnische Anforderungen und Prüfverfahren
http://www.nasport.din.de/cmd?level=tpl-art-detailansicht&committeeid=54739059&artid=134705090&bcrumblevel=2&languageid=de

Hairer F. & Geyer D (2009) Kraftmessung an einer Slackline
http://www.wkm.mw.tum.de/fileadmin/tumwwkm/www/pdf/MitarbeiterDaten/SlacklinekraefteEnd04022009.pdf

Höglinger H. (2015): Slackline Webbing stretch chart http://www.slacklineverband.com/know-how/slackline-vergleich-dehnung/

Gesing P., Bretagne L., Buckingham T.: Webbing slippage in low-tension highlines http://slacktuev.org/2015/11/05/webbing-slippage-in-low-tension-highlines/

Jörren (2013-1): Umweltauswirkungen des Slacklinesports und Ableitung einer Handlungsempfehlung mit speziellen Betrachtungen zu Fixpunkten im Fels und dem präventiven Baumschutz
https://www.jdav.de/chameleon/public/68e7b579-6b43-da77-cf48-11c8dc6692b6/Damian-Joerren-Umweltauswirkungen-des-Slacklinesports-und-Ableitung-einer-Handlungsempfehlung-ttl_2013_22430.pdf

Jörren (2013-2) Kraftmessung in Highlinesystemen, in Vorbereitung

Jörren (2014) Umweltauswirkungen des Slacklinesports und Ableitung einer Handlungsempfehlung mit speziellen Betrachtungen zu Fixpunkten im Fels und dem präventiven Baumschutz, Diplomarbeit

Katlein Ch. (2010) Kraftmessung in Highline
http://www.katlein.de/media/dokumente/slackline/highlinekraefte.pdf

Kleindl et al. (2011):  Sicherheit beim Highlinen, bergundsteigen 2/11
http://www.bergundsteigen.at/file.php/archiv/2011/2/58-63%20%28sicherheit%20beim%20highlinen%29.pdf

Miller F. & Friesinger F. (2008) Slackline – Tipps Tricks Technik, Panico Alpinverlag

Miszewski (2011), Gear Test - Leash Fall Simulations:
http://www.balancecommunity.com/slack-science/gear-test-leash-fall-simulations/

Pascal Fred, Melet Tanchrede (2010) Leashfalls into Highline backups
https://www.youtube.com/watch?v=-KyTQxPPC34

https://www.youtube.com/watch?v=1ovNZeBUPtU

Petzl, Bei einem Sturz auftretende Kräfte
http://www.petzl.com/de/Sport/Bei-einem-Sturz-auftretende-Krafte?ActivityName=Klettern&l=

 

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