Sonntag, 14. Februar 2021

Cyclic bending of steel wire cables - Summary and Conclusions

 In my tests I created a machine to simulate cyclic bending of steel wire cables under body weight.


Upper picture: loaded with 80 kg

Lower picture: unloaded.

Maximum number of cycles: 10.000.

Cables tested:

  • 6 x 19 10 mm cable (Fiber core)
  • 7 x 19 10 mm cable (steel wire core)
  • 7 x 19 12 mm  compressed zip line cable (steel wire core)
  • 6 x 7 15 mm via ferrata cable (fiber core)
  • attachment with different torque

If I compare my experiments with my experience in practice of the last decades, here are my conclusions. These hypotheses should be verified (or falsified) by further tests.

Conclusion (Hypothesis)

  1. The damage can be hidden under a clamp etc.
  2. Even small damage should be investigated thoroughly: Open the clamp, bend the cable. Listen to cracking sounds.
  3. The number of broken wires does not indicate the whole damage. Also unbroken wires are weakened if cyclic bent.
  4.  When the conditions are "bad" (e.g. big bending angle, lot of movement), a few thousand cycles can destroy the cable.
  5. Cables with steel wire core last about 5 times longer than fiber core.
  6. The diameter seems to play a minor role. 10 mm and 15 mm cable are destroyed by the same number of cycles.
  7. The torque plays a minor role. It seems that higher torque has a positive effect. 

Recommendation:

 In the picture is an example of a typical bending situation.

 

If load is applied to the cable and realeased we have similar conditions like in our tests (less bending, but more load).
Every participant bends the cable and releases again: Cyclic bending.

Only removing the clamp uncovered the broken wire:

 The growth of the tree causes a larger angle close to the clamp.

Recommendation for Builders 

Prevent big angles  where cyclic loads are expected.
Very bad are situations where one part of the cable is fix, the other is bent. Like a swage that is fixed and the cable moves (zip line).
Cables with steel core should be preferred.

Recommendation for Inspectors

If you see such a situation, open the first clamp which causes the angle and bend the cable. Listen to cracking noises that indicate breaking wires.


 Look carefulle for small damages (displaced wires) close to cable clamps.

Important

It is no problem to move cable clamps as long as there are no broken wires.
Some suppliers/manufacturers say: "Do not move cable clamps. If you do so, you must replace the cable".
In my opinion this is a myth. I could not find any evidence which would support this statement.
Removing or moving a clamp and retighten is no problem and good practice.

Samstag, 13. Februar 2021

Steel wire cables - zip line cable and via ferrata cable


 In my test series with cyclic bending I tested two types of wire cable:

1. compressed 12 mm zip line cable

2. 15 mm via ferrata cable.

Here are the results:

12 mm Zip Line Cable (compressed)

It is comparable with the 10 mm 7x19 cable (wire core). Under similar bending angle they react similar.
 


 
The breaking load after 1000 cycles (33 kN) is about 1/4 of the normal breaking load.

 In the video you see this chart:
 

It shows a principle: For a long time nothing happens, but once a damage occours the detoriation grows rapidly.

15 mm Via ferrata Cable

 This cable was a big surprise. It has a fiber core. And it reacts similar to the 10 mm fiber core cable. After 3000 cycles both cables had similar (severe) damage.




The breaking load after 300 cycles was very low with 13 kN.

Montag, 11. Januar 2021

Simulation of steel wire failure in ropes courses

Some accidents happened due to failures of steel wire cables. In my opinion this is easy to prevent, because "a cable dies slowly". We do not have a sudden overload in ropes courses. One common reason for a breaking steel wire cable is cyclic bending. 

My previous experiments with cables in my cyclic bending machine were conducted in a quite unrealistic angle of about 100 degrees and more. This was done to learn about mechanism and principles.

Now it was time to test under realistic conditions. From my experience it is 45 degrees (from the horizontal). I took a 6x19 (fiber core) cable which is much less resistant than 7x19.

The complete assembly looks like this:

On the left side is 45 degrees - this is the interesting position. In the picture above it is loaded with 80 kg, in the picture below unloaded.

Lets move it ...


After 10.000 cycles there were little signs of damage:

One wire was obviously displaced.

After dismounting it looked like this:

About 6 broken wires.

But to see the damage you must bend it against the bend:

You can hear some wires snapping - about one strand.

But the whole damage is uncovered by the load test:


The breaking load is only 29 kN, which is only half of the strength of an undamaged cable.

This shows that the damage to the wires is bigger than you can see on the broken wires.

A cable where I grinded one strand has 51 kN breaking load!

By the way: The damage on the other side (135 degrees angle) was terrifying:

The braking load was only 17 kN ... we are getting closer to real loads in a ropes course.

Therefore:

1. If you see a "loose" wire next to a clamp: Open it, try to bend the cable.

2. Clamps that create a cyclic bending should be opened every 10.000 participants, like the following situation.

 

The wide angle around the tree causes 45 degrees bending if you pull on the cable.

Below it can look like this (same situation, another place):

This damage was not visible during inspection. It was discovered when they changed the cable.










Mittwoch, 16. Dezember 2020

Bending cables with different torque

An ongoing discussion is the influence of the torque of clamps. Earlier in this blog I found out that higher torque prevents cable connections from slipping.

Some people claim: Higher torque damages the cable. I wanted to check the effect on cyclic bending.

I took two pieces of 10 mm, 6 x 19 (fiber core) cable. 


The load was a weight of 80 kg.

I applied a torque of 9 Nm  to the first and 30 Nm to the second sample.

9 Nm is the torque stated by the Euronorm EN 13411-5, A. 30 Nm is at the yield point of the bail material.

I checked after 1000, 2000 and 3000 cycles under the clamp.

Here are the results:

 

 Higher torque creates less wire breaks.

 Interesting is that the breaking load was the same with both cables.

I tested a cable where I cut one strand (about 19 wires) with a grinder: 51 kN breaking load.

To check the change in the material I took a cable and loaded it with 1500 cycles, with 10 wires broken.

The breaking load was 29 kN.

I assume that the bending cyclic process damages a cable more than only the broken wires indicate.

Here is the overview: cyclic loaded  aganist not loaded (grinded).

 Conclusion:

The influence of torque in cyclic bending situations is low. 

(Wire breaks occur later, but breaking load is similar).

Cyclic bending should be avoided if high loads are expected.


Dienstag, 15. Dezember 2020

Testing steel wire cables: How many bending cycles before they break?

 In ropes courses and Via Ferrata steel wire cables are widely used for life lines and belay cables.

In ropes courses we faced some accidents due to cable failures, in Via Ferrata we are waiting for the first accident.

One typical mechanism for failure is cyclic bending: One part of the cable is fix, the other part moves.

Here is avideo where you can see the basic principle.


Here is an example of a bending situation in a ropes course: Everytime a participant puts weigt to the lifeline it is bent in the thimble.


The angle can be even worse:


 

The wires break first inside the curve.


The damage can be seen if you know where to look and if you look carefully.

Sometimes the damage is underneath the cable clamp and not visible.

I built a machine to simulate the cyclic bending process. I made the angle very steep on one side (145 degrees), and flatter on the other side 110 degrees).

Here is the video where I describe the first test with a 6 x 19 cable, 10 mm diameter, fiber core.

 

Interesting is a closer look at the area below the bail of the clamp: I would say it is a combination of rubbing and bending.


 

 In a second test I took a 7 x 19 cable 10 mm diameter, with a steel core.


Here are tne results:

After 2000 cycles:

 If you inspect, it is important to bend the cable against the curve.


After 3000 cycles:

 

 

 After 6000 cycles: Not very much damage  from the outside visible.

 

But in the inside:



After 7000 cycles I stopped.

 

3 strands were still intact.

The damage was more than 50% of the cable.

Only for checking I inspected the other, lower angle of the cable. It did not look so bad:


But then I tried to bend it.




 Conclusion: If you see a broken wire next to a clamp, open the clamp and look under it. 

If possible, bend the cable against the curve.

It makes sense, to open randomly cable clamps in the operational inspection and look underneath.

 

 





Mittwoch, 20. November 2019

Achtung Verwechslungsgefahr!

Es gibt Seile auf dem Markt, bei denen ich eine Gefahr sehe, dass man sie verwechselt - möglicherweise mit schwerwiegenden Folgen:

Es gibt hochfeste Seile, oft auch genannt Leinen, bei denen mit kleinen Durchmessern hohe Festigkeiten erreicht werden. Mit einem Nachteil: Die Dehnung ist so gering, dass es bei einem statischen Sturz entweder zu Verletzungen oder zum Riss kommen kann.
Unter "statischem Sturz" verstehe ich: Nur das Seil dämpft (und die Knoten), es ist kein Sicherungsgerät zwischengeschaltet (wie Mensch auf Gletscher, der umgerissen wird oder ein Halbmastwurf).

Es gibt Kletterseile, die haben so viel Dehnung,dass ein statischer Sturz ohne schwere Verletzungen aufgefangen und gedämpft wird.

Und es gibt Reepschnüre, die kaum Dehnung haben - mit einer Ausnahme: Die RAP Line II von Edelrid wirkt auf Grund der Dehnung wie ein Kletterseil.

Hier geht es um folgende Produkte, wobei schon die Namen verwechslungsanfällig sind:

RAP Line (Edelrid)
RAP Line II (Edelrid)
RAD Line (Petzl)

Verwechslungsmöglichkeiten:

Möglichkeit 1:

Die RAP Line ist aus hochfesten Fasern, hat praktisch keine Dehnung, führt bei kleinen statischen Stürzen zu Verletzungen oder zum Riss.
Die RAP Line II ist aus Polyamid, hat gute Dehnung, allerdings nur halbe Bruchlast, die bei Nässe noch weiter abfällt.

Auf der Edelrid Homepage wird das unklar gehandhabt:


 Unten, bei Gebrauchsanleitungen findet man statt der für die RAP Line, die für die RAP Line II

 Möglichkeit 2:

Verwechslung hyperstatischer Leine mit dynamischem Kletterseil:
Die hyperstatische RAP Line sieht so aus:

Im Vergleich dazu sieht ein dynamisches Kletterseil von Edelrid so aus:



Der sichtbare Unterschied liegt in weniger als 2 mm Durchmesser.


Möglichkeit 3


Es gibt die RAD Line und die RAP Line II.

Hier sieht man den Unterschied:

Ihr könnt raten, welche welche ist. 
Die eine ist aus hochfesten Fasern mit einer Knotenfestigkeit von ca. 9 kN, die andere hat eine Knotenfestigkeit von ca. 4,5 kN, also nur die Hälfte.




Kommentar:
Früher war es einfach: Es gab eine Übereinkunft, dass dynamische Seile bunt sind und statische Seile einfärbig. Auf den ersten Blick konnte man beide unterscheiden. Ein Hersteller hatte plötzlich die "brilliante" Idee, dieses System zu kippen: Er brachte ein einfärbiges dynamisches Seil heraus.
Mittlerweile haben wir einen kompletten Sauhaufen im Design, was dazu führt, dass man dynamische und halbstatische Seile optisch nicht mehr unterscheiden kann. Also gravierende Nachteile, ohne einen Vorteil.

Nun passiert das gleiche mit den hyperstatischen Seilen. Anstatt sich auf ein Design zu einigen besteht "Kraut und Ruam", auf deutsch komplettes Durcheinander - also schwere Verwechslunggefahr.

Liebe Hersteller, könnt Ihr Euch bitte auf eine einfache Regel einigen? Das kann Leben retten.


Mittwoch, 4. September 2019

Verbindung von parallelen Seilenden

Tie Euronorm für Seilendverbindungen (EN 13411, mehrere Teile) kennt nur "rückgebogene Schlaufen":

In Seilgärten haben wir einige, spezielle Anwendungen. Eine ist das Verbinden von 2 Seilenden.

Die EN 15567 für Seilgärten sieht folgendes vor:

Ich testete diese Verbindung, und zwar so, wie ich sie normalerweiose vorfinde:
Die meisten Erbauer fetten nicht die Gewinde, sie ziehen auch nur 1 Mal an. Manche, aber nicht alle haben einen Drehmomentschlüssel.

Ich bereitete eine Verbindung vor, ungefettet, 9 Nm, und wartete 15 Stunden. Das Drehmoment war auf 5-6 Nm gefallen. 
Im Test rutschte die Seilendverbindung bei 23 kN.



Das reicht definitiv nicht für hohe Lasten.

Ich erhöhte das Drehmoment auf 9 Nm. Die Last war nicht wirklich höher (26,7 kN):



Dann versuchte ich das selbe mit professionell angebrauchten Klemmen:

Gefettet, 9 Nm Drehmoment.
Der Effekt war enttäuschend: Nur 32 kN Rutschkraft.
Immer noch nicht genug für eine hohe Last.


Die einzige Möglichkeit, eine ausreichende Haltekraft zu erreichen ist, das Drehmoment zu erhöhen.
Ich schrieb darüber bereits hier, je höher das Drehmoment, desto höher die Kraft.
Ich erhöhte von 9 Nm auf 15 Nm (Rutschkraft 50 kN), auf 18 Nm (67 kN), und bei 20 Nm brach das Seil (70 kN).



Ich schrieb eine Mail ans DIN mit dem Ersuchen um Klarstellung und Übermittlung der entsprechenden Daten, vielleicht habe ich ja was falsch gemacht?

Bis dahin empfehle ich folgendes:
Verwende nicht diese in der Norm empfohlene Verbindung, wenn Du hohe Lasten einleitest (lange Ziplines, schwere Elemente). 


Verwende lieber diese Verbindung:


Und beachte folgende Regeln:

1. Gewinde fetten
2. So oft ds Drehmoment nachziehen, bis es konstant bleibt (3-4 Mal) 
3. Klemmen markieren und nach den ersten Lasten auf Rutschen checken.

Und eher ein höheres Drehmoment verwenden:


Appendix: Data