טבעות

טבעת (באנגלית: carabiner, karabiner, biner, snap-link בצרפתית: mousketon) היא אביזר מתכתי, מאלומיניום בד"כ (קיימות גם טבעות מפלדה ומטיטניום) המשמש להתחברות לתחנות, לחבל ולחיבור בין חבלים, רצועות ועגינות. טבעות משמשות גם כאילתורים לאמצעי חיכוך, אלחוזרים ועגינות.

שמות ומינוחים

השם הנפוץ באנגלית לטבעות אלו - בcarabiner מקורו במילה הגרמנית "karabinerhaken" (טבעת לרובה קרבין). גם השם בצרפתית mousketon, קשור לרובים (רובה מוסקט). בשני המקרים מדובר על הטבעת שמחברת את רצועת התליה אל הרובה.

בעברית קיימים בשימוש השמות טבעת, קרבינה, שאקל או D. הם שמות שונים לאותו דבר.

שער: החלק הנפתח של הטבעת, באנגלית: gate (נקרא לעיתים בטעות 'גשר', 'bridge' באנגלית - גב הטבעת).

גב הטבעת או שידרת הטבעת: החלק האחורי, הלא-נפתח של הטבעת (באנגלית: spine או back ולפעמים bridge).

מבוא והיסטוריה

תחילת השימוש בטבעות הייתה בתחום הימאות בראשית המאה ה-19 ובתחום הטיפוס בסוף המאה ה-19. עד אז השתמשו בטיפוס בחבלים אך לא בטבעות ואיבטוח בחבל התבצע ע"י יצירת חיכוך על הגוף, על עצים או על סלעים ללא שימוש באביזרי מתכת (כגון טבעות ואביזרי חיכוך).

הטבעות הראשונות היו עגולות, סגורות ויוצרו מפלדה. לטבעות אלו היו שלושה חסרונות עיקריים:

1. משקל גדול.

2. הצורך להשחיל את החבל בטבעת או לקשור סביבה (אין פתח).

3. טבעת עגולה תחת עומס מתיחה משני כיוונים מתעוותת ומגיעה לצורה אובאלית.

טבעות מתקדמות יותר יוצרו עדיין מפלדה עם שני שינויים עיקריים: הן היו בצורה אובאלית (צורת האות O באנגלית) והיה להן באחד הצדדים שער המאפשר פתיחה וסגירה להכנסת ציוד. אלו היו טבעות כבדות אך עדיין חזקות ובעיקר נוחות יותר לשימוש.

השלבים הבאים בהתפתחות כללו מעבר לחומרים קלים יותר אך עדיין חזקים מספיק לצורכי הטיפוס גלישה וחילוץ (כמו סגסוגות אלומיניום וטיטניום - אחרי מלה"ע השנייה), שינוי המבנה האובאלי למבנה דמוי האות D במגוון צורות להגדלת חוזק הקריעה של הטבעת, שינוי צורת החתך של הטבעת מעיגול לצורת T בחלקים שונים של הטבעת ושינוי צורת הסגירה של השער ליצירת נוחות וחוזק גדולים יותר. נושאים אלו יידונו בפרוט בהמשך.

חומרים

המאמר כולו מתייחס לטבעות אלומיניום באופן מיוחד (כללי פסילה, למשל), למעט הפרק הזה המפרט חומרים שונים לייצור טבעות: פלדה, אלומיניום וטיטניום. אנו סומכים על הקורא הנבון שיידע להעביר את הכתוב לטבעות מחומרים אחרים, על פי העקרונות הכלליים המפורטים כאן.

טבלת השוואה:

חומר	משקל סגולי (גרם/סמ"ק)	חוזק למשיכה (ק"ג/סמ"ר)	יחס חוזק למשקל	הולכת חום (W/mk)	טמפ' התכה (C°)	עמידות לשחיקה בחיכוך	נוחות עיבוד	עמידות לקורוזיה	עלות ייצור
פלדה 303	7.8	14000	17	6113	1454	גבוהה	בינונית	גבוהה	בינונית
פלדה 316	7.95	14000	171	6113	1400	גבוהה	בינונית	גבוהה	בינונית
אלומיניום 7075	2.81	5100	1815	130	482	בינונית	גבוהה	בינונית	נמוכה
טיטניום	4.5	9100	2022	7.2	1670	גבוהה ביותר	נמוכה	גבוהה	גבוהה

אלומיניום 7075T6

היא סגסוגת האלומיניום העיקרית המשמשת כיום ליצירת טבעות: ה-7 הראשון מסמל את הסגסוג העיקרי, במקרה זה אבץ. T6 מסמן טיפול זיקון (ראה הסבר בהמשך).

יסודות נוספים והאחוזים שלהם בסגסוגת:

כרום	נחושת	ברזל	מגנזיום	מנגן	סיליקון	טיטניום	אבץ
0.18 - 0.28	1.2 - 2	0.5 max	2.1 - 2.9	0.3 max	0.4 max	0.2 max	5.1 - 6.1

פלדת אל חלד

פלדת אל חלד אינה פלדה בהגדרה היבשה (נתך של ברזל-פחמן). בפלדת אל חלד תכולת הפחמן מינימלית והוא מהווה למעשה זיהום בנתך. הפלדה הבסיסית לייצור טבעות (כמו גם סכיני מטבח) היא 302 ומכילה מלבד ברזל ופחמן כ- 18% כרום, 8% ניקל (מכונה גם פלדה 18/8).

לצורך ייצור הטבעות משתמשים בשתי פלדות על בסיס 302 :

303 היא פלדת 302 המכילה גופרית להגדלת כושר העיבוד שלה. הרכבה מובא בטבלה הבאה:

פחמן	כרום	מנגן	מוליבדן	ניקל	זרחן	סיליקון	גופרית
0.15 max	17 - 19	2 max	0.6 max	8 - 10	0.2 max	1 max	0.15 min

316 היא פלדת 302 המכילה יותר מוליבדן להגדלת ההתנגדות לקורוזיה והקניית חוזק בטמפרטורות גבוהות. הרכבה מובא בטבלה הבאה:

פחמן	כרום	מנגן	מוליבדן	ניקל	זרחן	סיליקון	גופרית
0.08 max	16 - 18	2 max	2 - 3	10 - 14	0.045 max	1 max	0.03 max

טיטניום Ti-Al6V4

סגסוגת טיטניום המכילה 6% אלומיניום ו-4% ונדיום.

צורת הטבעת

טבעות אגסיות

טבעות סימטריות, רחבות מאד בצד אחד. טבעות אגסיות מתאימות מאד לשימוש על רתמה, יש בהן מקום למספר חבלים ולרצועות הרתמה והן נוחות לשימוש זה.

טבעות אגסיות מתאימות גם לאיבטוח בקשר איטלקי, כי הקשר יכול להתהפך בהן בקלות.

צורת הטבעת ועומסי קריעה

רוב הטבעות כיום הן בעלות שער נפתח. בעבר היו נפוצות בשימוש טבעות מולחמות שנקראו "טבעות גולש אחרון".

מבנה זה גורם לכך שמבחינת העמסת מתיחה של הטבעת על ציר האורך שלה, לטבעת יש צד אחד חלש יותר (הצד בו נמצא השער). צד זה חלש יותר עקב חוסר האחידות בחומר, החיבורים של השער וכמות חומר קטנה יותר באזורים מסוימים של השער וחיבוריו.

מניתוח של העמסת מתיחה כזו על ציר האורך נראה כי פועל עומס על שני צידי הטבעת, ומכאן שצורת הטבעת תשפיע בצורה משמעותית על עומס קריעה שלה.

טבעת סימטרית (ציר האורך)

טבעות סימטריות כגון טבעות אובאליות, טבעות אגסיות מסוימות וטבעות משולשות הן טבעות אשר בזמן מתיחה כנ"ל יתחלק העומס המופעל שווה בערך על שני צדי הטבעת. במקרה כזה העומס המכסימלי שהטבעת יכולה לשאת יהיה פעמיים העומס המכסימלי של הצד החלש של הטבעת (הצד עם השער), ואז העובדה כי הצד האחורי השלם של הטבעת חזק יותר אינה תורמת כלל לחוזק הכולל של הטבעת על ציר האורך (שהוא ציר העבודה העיקרי בד"כ).

דוגמא: אם צד השער מסוגל לשאת עומס של עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 10kN והצד האחרעיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 15kN , העומס המכסימלי של הטבעת יהיה עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 20kN (מאחר וב-עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 20kN יהיה עומס של עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 10kN על צד השער והוא ישבר).

טבעת לא סימטרית (ציר האורך)

טבעות לא סימטריות כגון טבעות D, ואגסיות א סימטריות הן טבעות אשר בזמן מתיחה כנ"ל לא יתחלק העומס המופעל שווה בערך על שני צדי הטבעת, אלא יופעל יותר עומס על הצד השלם (האחורי) של הטבעת.

במקרה זה העומס המכסימלי שהטבעת יכולה לשאת גדול יותר מפעמיים העומס המקסימלי של הצד עם השער מאחר ובזמן העמסה חלק גדול יותר מהעומס מופעל על הצד האחורי של הטבעת.

דוגמא: אם בזמן העמסה 65% מהעומס מופעל על החלק האחורי, צד השער מסוגל לשאת עומס של עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 10kN והצד האחורי עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 15kN , העומס המקסימלי של הטבעת יהיה קצת מעל עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 23kN מאחר ובמקרה כזה יופעלו עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 8kN על הצד של השער וקצת יותר מ- עיבוד הנוסחה נכשל (קובץ ההפעלה <code>texvc</code> אינו זמין. נא לעיין ב־math/README כדי להגדירו.): 15kN על הצד האחורי ואז הטבעת תשבר (במקרה זה הצד האחורי חלש יותר בהתחשב בעובדה שהוא צריך לשאת פי 1.86 עומס מהצד של השער(היחס בין 65% ל-35%) אבל חזק רק פי 1.5 מצד השער.

מאמצים בחלקי הטבעת בזמן מתיחה בכיוון ציר האורך

בזמן מתיחה של טבעת בעבודה מופעלים על חלקים שונים בה מאמצים מסוגים שונים:

a - מאמץ דחיסה על גב הטבעת בחלק החיצוני.

b - מאמץ דחיסה בחלק החיצוני של נקודות הכיפוף.

c - מאמץ מתיחה בחלק הפנימי של נקודות הכיפוף ועל גב הטבעת כולו.

d - מאמץ גזירה על הפינים המחברים את השער.

צורות חתך בטבעות

כאשר מנסים לכופף גוש מתכת בכיוון מסוים, יכולת ההתנגדות לכיפוף אינה תלויה בכמות החומר הכללית אלא רק באורך המוט בכיוון אליו מנסים לכופף. על פי הדוגמא האהובה על מיכה, נסו לכופף סרגל מתכת פעם לצידו השטוח (קל למדי) ופעם לצידו הצר (כמעט בלתי אפשרי בכוח היד). כמות החומר זהה אבל האורך בכיוון הכיפוף שונה. אותו סרגל דק לחצי אבל רחב כפליים מכיל אותה כמות חומר, קל יותר לכיפוף לצד הרחב וקשה עוד יותר לכיפוף לצד הצר.

בעבר טבעות יוצרו עם חתך בצורת O בלבד. טבעת כזו עמידה לכיפוף במידה שווה לכל כיוון.

מאחר ואין צורך כי טבעת תהיה עמידה לכיפוף במידה שווה לכל כיוון, וכן יש עדיפות להקטנת משקל הטבעת, מיוצרות היום טבעות רבות כך שבחלקים מסוימים שלהן החתך אינו עגול אלא דומה יותר לאות T כאשר החלק העליון של ה- T פונה פנימה והוא אזור המגע עם החבל/רצועה בתוך הטבעת.

צורת חתך זו נובעת משני צרכים עיקריים:

1. צורך ברדיוס גדול באזור המגע עם החבל/רצועה על מנת למנוע שם ריכוז מאמצים וחיתוך החבל/רצועה.

2. צורך באורך גדול יחסית בכיוון הכיפוף של הטבעת בזמן מתיחתה – כיוון בו הטבעת 'נפתחת' (הרגל של ה-T בפרופיל של הטבעת).

לצורת חתך זו יש חסרון בזמן העמסות לא נכונות כגון טבעת השוכבת על סלע מאחר ואז צורת החתך מקטינה את עמידות הטבעת לכפיפה.

סוגי שערים בטבעות

1. שער רגיל מאותו חומר של הטבעת, בד"כ אלומיניום.

2. שער מחוט פלדה Wire Gate.
 שער כזה הוא קל משקל, כי אין בו הרבה חומר, וחזק לפחות כמו שער רגיל, כי חוט הפלדה ממלא אותו התפקיד כמו הפין. אין בו חלקים נעים או קפיץ ואת הקפיציות מספק החומר עצמו (הפלדה היא קפיצית) והחיבור (השער מחובר בצורה לא סימטרית המפתלת את חוט הפלדה בזמן הפתיחה). ולבסוף, לטבעות ווייר יש מִפתח גדול יותר.

צורת השער

1. שער ישר - straight gate.

2. שער מכופף - bent gate, המקל על הקלפת חבל בהובלה. יש סכנה של הקלפה החוצה כאשר לא מקליפים נכון. מגדיל את מִפתח הטבעת.

סוגי סגירה של השער

פין על השער מול שן בטבעת – הצורה הישנה והנפוצה ביותר. הלחיים המחזיקות את הפין הינן נקודה חלשה מאוד בטבעת.

שן על השער מול פין בטבעת – יתרון בכך שכאשר מוציאים את הטבעת מרצועה או חבל השן לא נתפסת בהם.

סגירת פאזל כמו בטבעות הישנות של חברת חשמל – שן מול מגרעת. לא ניתן לפתוח כאשר הטבעת בעומס.

Key-Lock בדומה לסוג הקודם אולם מתוכנן כך שניתן לפתוח הטבעת תחת עומס. אין נקודה שבה עלולה רצועה או חבל להיתפס מאחר ואין שן. קרח או שלג עלולים למלא את השקע ולמנוע סגירה.

ball-lock שערים מחוט פלדה עם כדור המשמש בתפקיד הפין.

מִפתח הטבעת

ככל שמִפתח הטבעת גדול יותר והפגיעה בתכונות אחרות קטנה, יש לטבעת יתרון מבחינת נוחות העבודה.

בטבעות האובאליות הראשונות המִפתח היה קטן יחסית.

בטבעות רבות נעשו שינויים בצורה ומבנה כדי ליצור מִפתח גדול יותר:

יצירת חריץ בגב הטבעת אשר השער יכול להיכנס לתוכו.

פתיחת השער בזווית מונעת את עצירתו ע"י גב הטבעת.

יצירת שער מחוט פלדה מקטינה את קוטר השער (אולם אין טבעות כאלו ננעלות).

יצירת אי סימטריה על ציר הרוחב של הטבעת כמו בטבעות אגס (חיסרון- מקטין עומס קריעה של הטבעת).

סוגי נעילת השער בטבעות

טבעות ללא נעילה

טבעות אלה הן בעיקר בשימוש אצל מטפסים ובמצבים רבים בהם צריך להשתמש בטבעת במהירות ואין חשיבות רבה לנעילה או שהיא מפריעה ומעכבת. בהובלה על ראנרים, לנשיאת אבני עיגון על הרתמה ובכל מקום שיש בו גיבוי כמו בחלוקת משקל ותחנה (מלבד הטבעת התחתונה, כל האחרות יכולות להיות לא ננעלות).

טבעות ננעלות

• נעילה בהברגה בה הסגר מתברג לתוך הברגה על הטבעת ולא רק על השער (כמו במיילון). טבעות כאלה קיימות בעיקר מפלדה והן אינן יכולות להיות סגורות אבל לא נעולות. הנעילה היא גם הסגירה של הטבעת והעומס בטבעת סגורה הוא על ההברגה.

• נעילה בהברגה (Screw Gate) על השער. מרבית הטבעות הננעלות הן כאלה. טבעות ננעלות מקבוצה זו הן נפוצות וזולות יש לשים לב למספר דברים:

• • אם נועלים חזק כאשר הטבעת תחת עומס קשה מאוד לפתוח את הנעילה כשיורד העומס.

  • יש נטייה לפתיחה של הסגר תוך כדי עבודה כתלות בכיוון של הטבעת. ההברגה משמשת כמעין מישור משופע עליה מחליק הסגר. ברעידות ומכות, הסגר מחליק בכיוון למטה (מכוח הכובד). יש להקפיד להשתמש בטבעת כשהפתח שלה כלפי מטה (down & out).

  • יש נטייה לפתיחה או סגירה של הנעילה כאשר חבל זורם בתוך הטבעת על השער. המקרה הברור הוא של קשר איטלקי בגלישה או איבטוח.

• הברגה אחורית בה הסגר מתברג על החלק האחורי של השער.

• נעילה קפיצית בה קפיץ לוחץ את הסגר למצב סגור.

• טוויסט-לוק (Twist Lock) נעילה קפיצית בה יש צורך בסיבוב הסגר כדי לאפשר את הפתיחה.

• טריפל-לוק (Triple Lock) משולבת משתי הנעילות הקודמות.

• Ball Lock היא נעילת Twist Lock + כפתור עליו יש ללחוץ לשחרור הנעילה (בד"כ טבעות עדינות ולא Heavy Duty).

עומס קריעה של טבעת כשהשער פתוח

כפי שמוטבע על גבי מרבית הטבעות, עומס הקריעה (במתיחה על ציר האורך) קטן משמעותית כאשר הטבעת פתוחה (כשליש בערך מעומס הקריעה במצב סגור).

כאשר הטבעת סגורה, עומס מתיחה גורם לעומס על הטבעת ולכיפופה עד למצב בו יש מגע בין השער לטבעת באזור הסוגר (בד"כ יש באזור זה מרווח קטן הנסגר רק תחת עומס). במצב זה מונע השער את המשך פתיחת הטבעת ומועמס בחלק מהעומס הכללי המופעל על הטבעת, עד שהעומס יהיה מספיק גדול והטבעת תישבר (ראה הסבר למעלה בסעיף - צורת הטבעת ועומסי קריעה).

כאשר הטבעת פתוחה, לא נוצר מגע בין השער לטבעת. הטבעת מתכופפת מעט עקב העומס בנקודה ב' (עומס אשר אינו מספיק לשבירת טבעת סגורה). כתוצאה מכך יחליק החבל בחלק הרחב של הטבעת מנקודה ג' לכיוון נקודה ד'. החלקה זו תגרום להגדלת המומנט בנקודה ג' (המומנט בנקודה זו הוא מכפלת הכוח המופעל למתיחת הטבעת במרחק בין נקודה ג' לנקודה בה מופעל כוח זה. ככל שהטבעת מתכופפת והחבל מחליק לכיוון השער גדל מרחק זה ולכן גדל המומנט) וכתוצאה מכך לכיפוף נוסף של הטבעת וחוזר חלילה עד לשבירת הטבעת בנקודה ג' בחלק הרחב של הטבעת. כך קיבלנו החלשה משמעותית של הטבעת בעת פתיחתה.

קורוזיה

אלומיניום הוא מתכת פעילה מאוד, והוא מתחמצן בקלות (מתרכב עם חמצן במגע עם אוויר). לתופעה זו קוראים קורוזיה. באלומיניום נקי (כמו יריעות בידוד מאלומיניום) נוצרת שיכבה מחומצנת בעובי 100 אנגסטרם בערך האוטמת את החומר ומגינה עליו מהמשך חמצון.

בסגסוגות אלומיניום תהליך אטימה זה עשוי להיות מופרע ע"י חומרי הסגסוגת האחרים כגון נחושת, ומנגן החודרים אותה ויוצרים שער למעבר זרם חשמלי כאשר הסביבה לחה.

הזרם החשמלי נוצר בגלל הפוטנציאל החשמלי השונה של מתכות שונות (אלומיניום ומנגן או אלומיניום ונחושת). נוצרים תאים גלווניים קטנים בתוך הסגסוגת והקורוזיה הנוצרת נמשכת לעומק הטבעת. מסיבה זו טבעות אלומיניום אינן מתאימות כעיגונים קבועים בסביבה רטובה כגון מערות או ים, בהן תהליך הקורוזיה מואץ.

סקירה רחבה קצת יותר על סוגי קורוזיה ניתן למצוא כאן.

פסילת טבעות

שחיקה של כ- 20% בכמות החומר בנקודה מסוימת.

פגמים מכאניים כגון:


-פין עקום או שבור.


-השער לא נסגר בחופשיות.


-השער עקום (בד"כ בנקודת חיבורו לטבעת).


-Autolock שאינו נסגר עצמאית עד הסוף.

-הברגת נעילה פגומה. ניתן להוריד את הסוגר ולהשתמש בטבעת כטבעת ללא נעילה.

-טבעת סדוקה.

-טבעת עם קורוזיה על שטחים גדולים או חורים כתוצאה מקורוזיה.

נפילה מעל לגובה של שלושה מטרים על משטח קשה. 
נפילה כזאת עלולה להגדיל פגמים פנימיים (שנוצרים בזמן ייצור הטבעת) ולהקטין את עומס הקריעה שלה. צילום רנטגן יכול לגלות פגמים כאלה אבל הוא יקר מאוד ויותר משתלם בד"כ לפסול את הטבעת.

קצוות חדים עקב מגע הטבעת עם מתכת אחרת (כגון בולטים). אינם פוסלים את הטבעת אולם הם מסוכנים לחבלים ורצועות.

יש להקפיד כי טבעות אשר נוהגים לחברן באופן תדיר לבולטים לא ישמשו גם לחיבור חבלים ורצועות באותו צד הנפצע ע"י הבולט. בזמן נפילה הבולט (העשוי פלדה) פוצע את הטבעת ודוחף את האלומיניום כך שנוצרים "סכינים" קטנים. חבל העובר על "סכין" כזה עלול להיפסל. לכן חשוב להפריד באופן ברור בין הטבעות של הראנרים המיועדות לבולטים ואלה המיועדות להקלפה. ניתן להחליק את הטבעת בשופין ידני (לא במכונה).


טבעת שהופעל עליה עומס חריג כגון גרירת כלי רכב.

תקנים לטבעות (על פי Petzl)

תקן לטבעות - כללי

תקן לטבעות אובליות

תקן לטבעות אגסיות

---

תרמו לדף זה: דורון נצר, מיכה יניב ואחרים...