CN109477295A - 钢缆索 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢缆索(1，11)，其包括钢丝(2，12)并且包括至少一个光波导(3，13)，该光波导被钢丝(2，12)包围并且被设置成用于检测载荷相关的缆索应变，并且具有由塑料外壳(5，15)围绕的玻璃纤维(4，14)，其中至少最靠近光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)与光波导(3，13)压接并永久地压靠其外壳表面(M)，由此光波导(3，13)的外壳表面(M)的横截面形状偏离无载荷形状，特别是圆形形状，并且光波导(3，13)沿着其纵向延伸部(Z)的至少一部分连续地以无滑动的方式夹在最靠近其的钢丝(2”，12”)之间。本发明还涉及一种用于制作该类型的钢缆索(1，11)的方法。

Description

钢缆索
技术领域
本发明涉及一种钢缆索，该钢缆索具有钢丝和由钢丝包围并设置成用于检测载荷引起的缆索伸长的至少一个光波导，该光波导包括由塑料护套包围的玻璃纤维。
本发明还涉及一种用于制作钢缆索的方法，该钢缆索具有钢丝和设置成用于检测载荷引起的缆索伸长的至少一个光波导，该光波导包括由塑料护套包围的玻璃纤维。
背景技术
在本领域中已知的是要提供一种缆索，特别是钢缆索，其中固定地布置有光波导，当所述缆索暴露于拉伸载荷时，该光波导优选地经受与缆索相同的应变(伸长)。合适的、已知的测量方法，例如在光时域反射计(OTDR)或光频域反射计(OFDR)中，用于获取光波导中的载荷状态，并因此获取缆索中的载荷状态，并且这些测量结果可以用于推断缆索中的薄弱点，例如缆索断裂或缆索的丢弃标准。因此，可以在缆索发生故障之前及时更换缆索。为此目的必不可少的是，光波导以无滑动的方式固定在缆索中。
US 6,999,641 B2公开了一种塑料缆索，其具有由塑料制成的光波导，用于获得缆索伸长并通过OTDR或OFDR估计剩余的缆索使用寿命。光波导具有由硬塑料制成的护套，其在无载荷状态下可移位地结合光波导，而作用在缆索上的轴向力使护套通过围绕护套编织的附加缆索侧向压接，从而以无滑动的方式夹紧光波导。结果，光波导不会永久地固定在缆索中。此外，特别提供的编织缆索布置在缆索中，特别是在长缆索中，增加了复杂性、制作费用和成本。
EP 0 538 779 A2公开了一种要监测的具有多根丝的钢缆索，该多根丝围绕管状芯棒或芯丝，其中布置有光波导，用于监测缆索的伸长或损坏。为了将光波导与芯丝固定连接，可以将其粘接在芯丝中。然而，粘合剂粘合过程复杂并且不一定足够可靠，特别是在用于将光波导沿其整个纵向延伸部固定在芯丝中的长缆索中，特别是在缆索中。
US 5,182,779公开了一种具有测量装置的系统，该测量装置用于获取丝缆索的伸长，例如用于升降机。例如，缆索具有平行的丝，在它们之间容纳玻璃纤维。平行丝也缠绕有绑定元件。以类似的方式，封装的玻璃纤维可以与缆索的丝粘合。在这里，是否可以沿着缆索的纵向延伸可靠且成本有效地固定光波导也是有疑问的。
EP 1 970 487 A2和GB 2 175 323 A描述了具有设置成用于信号或数据传输的光波导的丝缆索。
发明内容
本发明的目的现在是要提供一种如开头所述的钢缆索，其包含用于尽可能可靠且精确地测量缆索的伸长(应变)的光波导。特别地，缆索中的光波导的布置使得能够沿着缆索以高空间分辨率进行伸长测量。为此目的，光波导将要永久地且固定地固定在缆索中。
本发明的另一个目的是要提供一种如开头所述的方法，该方法能够成本有效地制作缆索并且能够在缆索中可靠地固定光波导。
为此目的，本发明提供如权利要求1所限定的钢缆索和如权利要求7所限定的方法。在从属权利要求中示出了有利的实施例和进一步的发展。
本发明提出，至少最靠近光波导的钢丝与光波导压接并永久地压在其护套表面上，由此光波导的护套表面的横截面形状偏离无载荷形状，特别是偏离圆形形状，并且光波导沿着其纵向延伸的至少一部分以无滑动的方式连续地夹持在最靠近它的钢丝之间。钢缆索，器其状态和/或可靠性通过假定光波导的测量过程来监控，包括用于吸收缆索载荷的钢丝，钢丝围绕光波导。在此有利的是，虽然不是绝对必要的，但是如在缆索的横截面中观察的，光波导被布置在缆索的中间，因此特别可靠地保护免受损坏。由于上述原因以及围绕光波导的钢丝的优选对称布置，其对称地将保持力引入后者中，光波导也在径向方向上以基本均匀的方式加载。光波导本身包括作为光导体的玻璃纤维，从而通过给缆索施加载荷有助于特别精确地测量放置在光波导上的伸长。玻璃纤维特别适用于基于瑞利散射或布里渊散射原理的伸长测量。例如，沿着玻璃纤维扫描瑞利散射使得伸长测量的空间分辨率在毫米范围内，并且因此尤其关于缆索中的局部弱点或损坏(例如断丝)的精确证据。玻璃纤维被柔性塑料护套包围，以保护玻璃纤维免受损坏。
为了将待检测的缆索伸长尽可能不变地传递到光波导，后者基本上不可移位地容纳在钢丝之间。这是通过以下方式实现的：至少最靠近光波导的钢丝与光波导压接并且永久地压靠在其护套表面上。当然，更远离光波导的钢丝，其邻接地靠最靠近光波导的钢丝，可以与光波导压接，从而永久地压靠在其护套表面上。缆索通过压接被压缩。过大的压力会使玻璃纤维的阻尼增加到这样的程度，即不能可靠地进行为获得伸长而设置的光波导中的光信号的测量，特别是对于几百到几千米的大缆索长度。将选择作用在护套表面上的压力值，一方面光波导将可靠地保持在缆索中，另一方面玻璃纤维只会轻微变形，从而不会明显地降低玻璃纤维的阻尼性能。压缩或压接的精确有利的程度尤其取决于玻璃纤维、塑料护套和钢丝的所使用的材料和尺寸，以及取决于缆索的预期用途，并且必须相应地通过专家选择。需要注意的是，不仅任何玻璃纤维都适合于与钢丝压接以获得缆索伸长。特别是，玻璃纤维本身必须在其纵向上具有足够的伸长性能，以便在导致光波导的伸长的压接期间并且当暴露于缆索载荷时不会破裂。
由于压接，光波导的护套表面的横截面形状偏离压接区域中的无载荷形状。由于光波导的护套表面在无载荷状态下，即在与钢丝压接之前，通常具有圆形横截面，固定地容纳在钢丝之间的光波导的护套表面的横截面偏离在压接区域中的圆形形状，优选地沿着光波导的整个纵向。特别地，护套表面可以在最靠近光波导的钢丝的接触区域中被弄平或压印。为了能够进行精确的伸长采集，光波导在最靠近它的待监测的缆索部分中，特别是在整个缆索中，沿着其纵向延伸的至少一部分，特别是沿其整个纵向延伸，与缆索压接。结果，光波导被连续地以无滑动的方式，即不可移动地，夹在待监测的缆索部分中或整个缆索中最靠近它的钢丝之间。这里，最靠近光波导的钢丝施加在护套表面上的压力使得光波导通过力配合固定在缆索中。由于钢丝至少在它们靠在护套表面的区域中使护套表面变形，因此光波导通过力配合另外固定在缆索中。
需要注意的是，在特定应用中，仅在钢缆索的一个部分中尽可能精确地获得缆索伸长就足够了。在这种情况下，例如，光波导可以具有比钢缆索更低的纵向延伸。此外，在此情况下，光波导可以仅在要获得缆索伸长的部分中与钢丝固定地和永久地夹紧或压接。无论如何，这种结构设计都在本发明的框架内。然而，特别有利的是，光波导沿着钢缆索的整个纵向延伸部分被压接。
在本发明的优选实施例中，光波导和至少最靠近光波导的钢丝绞合成缆索编织物。将钢丝绞合成缆索编织物使得能够在滑轮周围实现无损伤的弯曲，因为丝的螺旋形状允许它们以相对运动的形式引入必要的长度补偿。进一步将编织物绞合成缆索产生双螺旋形状，其与具有单螺旋形状的螺旋缆索的情况相比，能够实现更小的弯曲半径。如果并非所有缆索的钢丝都与光波导一起绞合到缆索编织物中，则剩余的钢丝可以形成螺旋缆索，其中编织物包含例如光波导。
特别有利的是，光波导以无滑动的方式夹紧到可以变形或没有任何损坏的管中，该管被最靠近光波导的钢丝包围。将光波导布置在管中简化了缆索的制作，因为光波导可以在与最靠近它的钢丝进行压接之前可移动地布置在管中，并且仅通过压接固定在管中。通过适当地选择管的材料和形状，管的外壳表面也可以用于通过钢丝将施加到管的径向力分配在光波导的塑料护套的较大表面上，从而防止玻璃纤维上的局部压力过高，这会影响测量。此外，该管还为光波导提供额外的保护以防止损坏。该管可以由塑料或金属制成，并且优选地通过压接塑性变形，以便防止弹性抵消由钢丝施加的径向压缩力。
如果光波导与钢丝或包括光波导的缆索编织物是绞合缆索的至少一部分，则钢缆索可以有利地用作围绕辊子运行的缆索，例如用于与电梯轿厢连接。为了形成绞合缆索，基本上所有钢丝都绞合成若干编织物，并且后者绞合成缆索。相比之下，仅具有一个编织物作为螺旋缆索的钢缆索通常用作不暴露于任何滚动运动的固定缆索。
为了能够区分光波导并因此钢缆索的温度引起的和载荷引起的伸长(应变)，可以有利地提供，在其纵向方向上可移位的没有被最靠近它的钢丝夹住的至少第二光波导被容纳在钢丝之间，用于获得温度引起的缆索伸长。因此，即使钢缆索处于至少部分压接的使用状态，第二光波导也可移位地布置在钢缆索中。由于操作生成的缆索载荷没有传递到第二光波导，因此通过适当的测量过程获得的其伸长可以分配给温度影响。
为了获得温度引起的缆索伸长(应变)，特别有利的是，第二光波导容纳在尺寸稳定的管中，并且包括优选地由塑料护套包围的玻璃纤维。在特别有利的实施例中，第二光波导在设计上与为压接目的而设置的光波导相同。第二波导在其纵向方向上的与缆索载荷无关的可移动性是通过将其容纳在尺寸稳定的管中来确保的，该尺寸稳定的管与用于压接或夹紧在光波导中的可以变形而没有任何损坏的管相反，在第二光波导被夹入之前，不会因压接过程而变形。
关于该方法，本发明提供了：光波导沿其纵向延伸至少与一部分钢丝绞合，之后，与其绞合的光波导(3，13)和钢丝(2，12)通过施加横向于光波导(3，13)的纵向延伸部(Z)作用的力彼此压接并由此沿着光波导(3，13)的纵向延伸部(Z)的至少一部分被压缩，由此，光波导的护套表面被最靠近光波导的钢丝永久变形，并且光波导以无滑动的方式连续地至少沿其纵向延伸的部分被夹在最靠近它的钢丝之间，因此光波导可能与任何剩余的钢丝绞合在一起。该方法用于根据以上描述制作钢缆索。结果，光波导首先与至少一部分钢丝绞合。特别有利的是，光波导布置在这些钢丝的中间并且由后者对称地围绕。然后，将光波导和与其绞合的钢丝压接在一起，从而通过施加径向作用的力，即横向于光波导的纵向延伸的力，被压缩。压接和压缩至少沿光波导的纵向延伸的一部分进行，但优选沿整个光波导并沿整个钢缆索进行。至少通过最靠近光波导的钢丝，压接导致光波导的护套表面永久变形，特别是压入，并且光波导沿其纵向延伸的压接部分以无滑动的方式被连续地夹在最靠近它的钢丝之间。如果光波导与钢缆索的所有钢丝没有被绞合、压接并因此压缩，则光波导随后与任何剩余的钢丝绞合。因为用于压缩彼此绞合的钢丝的方法是专家已知的，所以不需要在说明书中更详细地讨论。特别地，专家的经验领域包括执行压缩过程以便一方面将光波导固定地夹在钢丝之间，另一方面并防止这会损坏光波导或过度提升其光吸收以进行测量。
在该方法的优选实施例中，有利的是，如果光波导和至少最靠近光波导的钢丝在压缩之前绞合成缆索编织物。这允许光波导以无滑动的方式特别可靠地容纳在钢缆索中。当然，不仅仅是最靠近光波导的钢丝可以与光波导绞合在一起以形成缆索编织物。
为了能够特别容易地容纳光波导在钢缆索中，有利的是在压缩之前将光波导以纵向可移位的方式布置在将与钢丝绞合的管中并且能够在没有损坏的情况下变形，并且通过压缩将光波导以无滑动的方式夹在钢丝之间的管内。因此，光波导首先通过被推入管中或者通过将管的外壳定位成靠近光波导然后以围绕光波导的管的形式弯曲它，而容纳在管中。然后将包含光波导的管与钢缆索的至少一部分钢丝绞合在一起，因此所述管与绞合的钢丝以这样的方式被压缩，以便将光波导以无滑动的方式夹入管中。
为了经济地制作钢缆索，其允许区分光波导的温度引起的和载荷引起的伸长，并因此区分钢缆索的温度引起的和载荷引起的伸长，可以提供至少一个第二光波导，其可以在其纵向方向上移位并且不被最靠近它的钢丝夹住，与钢丝绞合以获得温度引起的缆索伸长。因此，第二光波导不会与钢丝被压接。当然，也可以在钢缆索中沿纵向可移动地布置一个以上的第二光波导，以获得温度引起的缆索伸长。
通过将第二光波导容纳在尺寸稳定的管中，第二光波导可以特别有利地在纵向方向上可移位地布置在钢缆索中。尺寸稳定的管确保了在钢缆索的制作和其操作期间第二光波导的可移位性。在将尺寸稳定的管与钢丝绞合之前或之后，第二光波导可以容纳在尺寸稳定的管中。
附图说明
下面将参考附图基于优选的、非限制性的示例性实施例更详细地解释本发明。示出了：
图1是钢缆索的简化的纵向截面视图，光波导容纳在其中；
图2是具有若干编织物的钢缆索的横截面图，其中一个编织物中的钢缆索具有布置在管中的光波导；
图3是布置在图2的管中的光波导的放大图；
图4是具有钢缆索的钢丝的布置在图2的管中的光波导的放大视图，所述钢丝最靠近光波导；
图5是具有若干编织物的钢缆索的横截面图，其中编织物与图2中的编织物不同，其中为了获得载荷引起的伸长，一个编织物容纳布置在管中的光波导并且用于获得布置在另一个管中的第二光波导的温度引起伸长；和
图6是布置在图5的管中的光波导的放大视图。
具体实施方式
图1示出了钢缆索1的简化视图，钢缆索具有钢丝2并且具有至少一个由钢丝2包围的光波导3，该光波导被提供用于获得钢缆索1或钢丝2的载荷引起的伸长(应变)。钢缆索1和光波导3被中断地描绘，以便通过与它们的厚度D相比来表示光波导3和钢缆索1的大致纵向延伸Z。在钢缆索1的一端E处示出的是从钢缆索1突出的光波导3，以便形成用于连接到测量装置(未示出)的选项，以获取光波导3的伸长。
图2示出了钢缆索1的横截面，其中钢丝2绞合成若干编织物，在本示例中为7个编织物L1至L7。因此，钢缆索1设计为绞合缆索，其特别适合作为运行缆线的应用，例如作为电梯缆线。然而，钢缆索1同样也可以设计为未示出的实施例中的螺旋缆线，特别是用作静止缆线。编织物L1...L7的数量也可以与所示的数量不同。同样基于钢丝2'的部分平坦的外表面A，每个向外布置在编织物L1...L7中，编织物L1...L7在设计上被压缩。在未示出的实施例中，钢缆索1也可以仅具有单个压缩的编织物L1。编织物L1...L7之一，优选地中心编织物L1，包括光波导3，其同样有利地布置在编织物L1的中间。
从图3中尤其地明显的，光波导3包括光导体，根据本发明的玻璃纤维4，以及围绕玻璃纤维4布置的护套(外壳)，特别是塑料护套5，具有护套表面M。光波导3容纳在管6中，其中中间空间7保留在塑料护套5，特别是护套表面M，和管6之间，使得在无载荷状态下，即在光波导3或管6与钢丝2压接之前，光波导3可移位地容纳在管6中。光波导3和有利地管6在无载荷状态下具有圆形横截面形状。圆形形状表示光波导3或其塑料护套5的传统的未压缩实施例。
图2示出了在光波导3已经与编织物L1的钢丝2压接的状态下容纳在编织物L1中的管6中的光波导3。因此，光波导3至少与最靠近光波导3的钢丝2”压接，在本例中与所有钢丝2压接。设置在最靠近光波导3的钢丝2”和向外布置的钢丝2’之间的是具有较小直径的填充金属丝2”’，以便将编织物L1与其它编织物L2...L7一起整体地转变为填充金属丝股。压接导致最靠近光波导3的钢丝2与编织物L1的剩余钢丝2一起永久地压靠光波导3的护套表面M，结果，光波导3的护套表面M的横截面形状偏离图3所示的无载荷形状的形状，特别是偏离圆形形状。结果，光波导3以无滑动的方式，连续地，即，基本上没有中断地，沿纵向延伸Z的压接部分，特别优选地沿着整个纵向延伸Z，夹紧在最靠近它的钢丝2”之间。
光波导3的护套表面M的变形以及由于与钢丝2压接而导致的管6的变形可以特别清楚地从图4中看出，图4示出了图2所示的编织物L1的切除。光波导3的管6和塑料护套5在接触区域B中变形，特别是变扁平或压印，其中相应的最靠近的钢丝2”抵靠管6和光波导3。在该接触区域B中，中间空间7的尺寸减小到零，并且最近的钢丝2”经由管6压靠光波导3，以便固定且不可移动地保持光波导3在钢缆索1中的合适位置。
图5示出了钢缆索11的另一示例性实施例，其中编织物L11...L17由钢丝12构成。外编织物L12...L17仅示意性地表示，并且可具有恰如图2所希望的任何所需构造，例如，填充编织物，如果需要的话，被压缩。中心布置的编织物L11在任何情况下都被压缩，并且优选地在中间包括具有玻璃纤维14和塑料护套15的光波导13，也参见图6。光波导13可移位地布置在管16中，在无载荷状态，即尚未压缩的状态下，形成中间空间17(未详细示出)，并且在压缩状态下以无滑动的方式夹紧到管16中。图5和图6清楚地示出了光波导13和管16被最靠近光波导13的六根钢丝12”包围并且在该示例性实施例中与后者压接。设置第二光波导18代替填充丝12”’之一，并且即使在编织物L11的压缩状态下也以永久可移位的方式容纳在尺寸稳定的管19中，使得获得钢缆索11的温度引起的伸长。第二光波导18包括玻璃纤维20和塑料护套21，并且不被最靠近它的钢丝12””夹紧。

Claims (11)

1.一种钢缆索(1，11)，该钢缆索具有钢丝(2，12)并且具有至少一个由钢丝(2，12)围绕并被设置成用于检测载荷引起的缆索伸长的光波导(3，13)，该光波导(3，13)包括由塑料护套(5，15)包围的玻璃纤维(4，14)，其特征在于，至少最靠近光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)与光波导(3，13)压接并永久地压靠其护套表面(M)，由此光波导(3，13)的护套表面(M)的横截面形状偏离无载荷形状，特别是偏离圆形形状，并且光波导(3，13)沿着其纵向延伸部(Z)的至少一部分以无滑动的方式被连续地夹在最靠近它的钢丝(2”，12”)之间。
2.根据权利要求1所述的钢缆索(1，11)，其特征在于，光波导(3，13)和至少最靠近光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)被绞合成缆索编织物(L1，L11)。
3.根据权利要求1或2所述的钢缆索(1，11)，其特征在于，所述光波导(3，13)以无滑动的方式被夹入到管(6)中，该管在没有损坏的情况下变形或能够变形，由最靠近光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)包围。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢缆索(1，11)，其特征在于，所述光波导(3，13)与钢丝(2，12)或包括光波导(3，13)的缆索编织物(L1，L11)是绞合缆索的至少一部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢缆索(1，11)，其特征在于，在其纵向方向上可移位并且不被最靠近它的钢丝(12””)夹入的至少一个第二光波导(18)被容纳在钢丝(2，12)之间，用于检测温度引起的缆索伸长。
6.根据权利要求5所述的钢缆索(1，11)，其特征在于，所述第二光波导(18)容纳在尺寸稳定的管(19)中，并且包括优选地由塑料护套(21)包围的玻璃纤维(20)。
7.一种用于制作钢缆索(1，11)的方法，所述钢缆索具有钢丝(2，12)并且具有设置成用于检测载荷引起的缆索伸长的至少一个光波导(3，13)，该光波导(3，13)包括由塑料护套(5，15)包围的玻璃纤维(4，14)，其特征在于，光波导(3，13)与至少一部分钢丝(2，12)沿着其纵向延伸部(Z)被绞合在一起，之后，通过施加横向于光波导(3，13)的纵向延伸部(Z)的力，光波导(3，13)和与其绞合的钢丝(2，12)彼此压接并由此沿光波导(3，13)的纵向延伸部(Z)的至少一部分被压缩，由此光波导(3，13)的护套表面(M)由最靠近光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)永久变形，并且光波导(3，13)沿着其纵向延伸部(Z)的至少一部分以无滑动的方式被连续地夹在最靠近它的钢丝(2”，12”)之间，因此光波导(3，13)可能与任何剩余的钢丝(2，12)绞合。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，光波导(3，13)和至少最靠近光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)在被压缩之前被绞合成缆索编织物(L1，L11)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在压缩之前，所述光波导(3，13)以纵向可移位的方式布置在管(6，16)中，该管(6，16)要与钢丝(2，12)绞合并且能够在没有损坏的情况下变形，并且通过压缩以无滑动的方式被夹在管(6，16)中位于围绕光波导(3，13)的钢丝(2”，12”)之间。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，在其纵向方向上可移位并且不被最靠近它的钢丝(12””)夹入的至少一个第二光波导(18)与钢丝(2，12)绞合以便获得温度引起的缆索伸长。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二光波导(18)被容纳在尺寸稳定的管(19)中。
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