-
Die Erfindung betrifft ein Seil aus Fasern und/oder Drahterzeugnissen, die zusammengedreht und miteinander verseilt oder verflochten sind, mit einem Seilkraftaufnehmer.
-
Aus der
DE 196 05 036 C2 ist ein Seilkraftaufnehmer zur Messung des Spannungszustandes eines Seiles mit mindestens einem Wegmessgeber, insbesondere einem Dehnungsmessstreifen, und mit Anschlusselementen zum Anschluss des Wegmessgebers an ein Messgerät bekannt. Der Wegmessgeber ist auf einen auf das Seil aufklemmbaren, sich in Längsrichtung des Seiles erstreckenden Federkörper angeordnet. Der Federkörper kann das Seil beschädigen und kann auch abgestreift werden.
-
Seile, gleich aus welchen Fasern sie bestehen, unterliegen durch ihre Benutzungsart einem mehr oder minder hohen Verschleiß. Insbesondere, wenn die Seile mehrfach überbelastet werden, kann es zu einem Durchreißen oder zu frühzeitigen Alterungsprozessen führen. Die verwendeten Fasern, wie Hartfasern (Manilafasern, Sisal und dergleichen), Hanf, Baumwolle oder Synthetikfasern, wie hochreißfeste Kunststofffasern oder Stahldrähte oder kombinierte Faser- und Stahldrähte sind entsprechend ihren Durchmessern und der Verzwirnung sowie der Dicke des Seiles oder Taus, in die sie verseilt sind, nur bis zu einem bestimmten Maß auf Zug belastbar. Greifen erhöhte Zugkräfte an, zerreißen einzelne Fasern und bei mehrfacher Überbelastung oder zu hoher Überbelastung das Seil insgesamt. Wenn diese Seile beispielsweise in Verbindung mit Forstseilwinden verwendet werden, kommt als weitere Schwächungsmöglichkeit ein Oberflächenabrieb hinzu. Es muss also darauf geachtet werden, dass die Überbeanspruchung eines Seils Grenzwerte nicht überschreitet. Geringfügige Überschreitungen im Toleranzbereich sind zwar noch zulässig, können aber die Lebensdauer des Seiles wesentlich herabsetzen.
-
WO 99/44025 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Belastung in Gesteinsstrukturen. Die Vorrichtung umfasst ein flaches Band, auf dem auf beiden Seiten mehrere Dehnungsmessstreifen angeordnet sind. Die Dehnungsmessstreifen sind mit elektrischen Leitungen verbunden. Das flache Band mit den Dehnungsmessstreifen und den elektrischen Leitungen ist von einem Harz ummantelt und um das so gebildete Seil sind mehrere weitere Seile gewickelt. Die elektrischen Leitungen sind an einem Ende aus dem umwickelten Seil herausgeführt und mit einem Adapter verbunden, welcher Pins zum Verbinden mit einer Messeinrichtung aufweist. Zudem ist dieses Ende von einer keilförmiger Kupplung umgeben, welche in einer Außen-Sechskant-Hülse aufgenommen ist. Zum Messen von Belastungen wird über die elektrischen Leitungen von außen Strom zugeführt und daraus die Belastungen durch die externe Messeinrichtung berechnet.
-
DE 10 2006 053 949 A1 offenbart einen DMS-Faser-Gurt für Kraftfahrzeuge. Dieser Gurt weist mindestens eine Faser auf, wobei eine Längenänderung der Faser eine Änderung dessen elektrischen Widerstands bewirkt. Die Faser ist hierzu längs in einen Gurt eingebracht. An einem Ende des Gurtes ist die Faser mit einer Ergänzungsschaltung zum Ermitteln einer Längenänderung verbunden. Die Ergänzungsschaltung ist außerhalb des Gurtes angeordnet. Zum Ermitteln der Längenänderung wird der mindestens einen Faser elektrischer Strom zugeführt, wobei zwei Fasern am Ende des Gurtes miteinander verbunden sind.
-
GB 2 152 088 A offenbart ein Seil aus einer Vielzahl von nicht metallischen Fasern mit einem innenliegenden Schlauch oder einem elektrischen Leiter um festzustellen, ob ein Riss des Seils vorliegt. Die Fasern und der Schlauch oder der elektrische Leiter weisen im Wesentlichen die gleichen mechanischen Eigenschaften auf. Zum Feststellen der Beschädigung des Seils wird entweder ein Gas durch den Schlauch geleitet oder eine Spannung an den elektrischen Leiter angelegt. Tritt an einem Ende des Schlauchs und damit des Seils kein Gas mehr aus, liegt eine Beschädigung vor. Ebenso liegt eine Beschädigung vor, wenn keine Spannung oder kein Strom mehr am anderen Ende des elektrischen Leiters oder einem zweiten elektrischen Leiter, der am anderen Ende mit dem ersten elektrischen Leiter verbunden ist, gemessen wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Überwachungsmöglichkeit zu schaffen und ein Seil im Hinblick auf Überbelastungen und damit die verbundene Herabsetzung der Lebensdauer auf einfache Weise überprüfen zu können.
-
Die Aufgabe löst die Erfindung durch Ausgestaltung des Seils gemäß der im Anspruch 1 angegebenen technischen Lehre. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
-
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Seilkraftaufnehmer mit dem Druck- oder Zugkraftwandler in dem Seil mit eingearbeitet ist, er ist also nicht sichtbar, jedoch geschützt und kann ausgelesen werden. Wenn ein Gehäuse verwendet wird, so können die Gehäuseteile so angeordnet sein, dass durch einen Druckwandler bei Ausübung einer Zugkraft auf das Seil diese gemessen wird, indem die Gehäuseteile gegeneinander verschiebbar angeordnet und mit den Fasern des Seils verbunden sind. Ein solcher Druckwandler kann beispielsweise ein kapazitiver Druckwandler sein, der aus einer Keramik besteht, wobei diese durch seitliche Metallplatten des Gehäuses abgedeckt ist. Dieser so gebildete veränderbare Kondensator kann in einen Schwingkreis einer Elektronik eingebunden sein, die bei Resonanzveränderung in gewünschter Weise eine der Druckkraft proportionale Spannung generiert.
-
Ein Dehnungsmessstreifen ist ebenfalls verwendbar. Dieser kann in das Seil direkt eingearbeitet sein, so dass mit der Seildehnung bei Zugbelastung der Dehnungsmessstreifen ebenfalls eine elektrische Signalveränderung einer anliegenden Signalquelle bewirkt. Die Signalveränderung ist auswertbar und proportional im Seil zu der auf das Seil wirkenden Zugkraft. Auch dieser Zustand ist erfassbar.
-
In die Seilfäden können aber auch elektrische, elastische Widerstandsfäden eingearbeitet werden, die durch Längendehnung bei Zugkraftbelastung des Seils ihre Leitfähigkeit verändern und sich automatisch in den Urzustand zurückstellen, wenn keine Belastung gegeben ist. Auch hierüber kann die Zugbelastung des Seils detektiert werden. Die Erfindung ist also nicht auf einen bestimmten Druck- oder Zugkraftwandler beschränkt, vielmehr sollen solche in das Seil direkt und verdeckt eingebunden sein, damit sie gegen Umwelteinflüsse und äußere Beschädigungen gesichert sind.
-
In einer bevorzugten Ausführung benutzt die Erfindung zur Feststellung der Zugbelastung des Seiles ein piezoelektrisches Element. Hierbei handelt es sich um ein Quarzkristall, das sich durch Deformation unter mechanischer Beanspruchung (Druck, Zug, Torsion) auf Prismenflächen (senkrecht zu polaren Richtungen) elektrisch positiv und negativ auflädt. Die positiven und negativen Gitterbausteine in piezoelektrischen Kristallen werden durch die Deformation so verschoben, dass ein elektrisches Dipolmoment entsteht, was sich im Auftreten von Ladungen an der Oberfläche des im Ganzen neutralen Kristalls äußert. Die in Abhängigkeit des Druckes, des Zugs oder der Torsion generierte Spannung ist der mechanischen Belastung proportional. Diesen Effekt macht sich die Erfindung zur Feststellung der Belastung eines Seiles zu Nutze.
-
Ein Seil aus Fasern und/oder Drahterzeugnissen, die zusammengedreht und miteinander verseilt oder verflochten sind, mit einem Seilkraftaufnehmer, weist erfindungsgemäß mindestens einen Druck- oder Zugkraftwandler auf, der in das Seil eingebracht ist, wobei die Fasern und/oder Drahterzeugnisse des Seils bei Zugbelastung auf den Druck- oder Zugkraftwandler eine Kraft ausüben, die in eine elektrische Größe umgesetzt wird oder eine elektrische Größe verändern, die der Druck- oder Zugkraft proportional ist. Bei einer Zugbelastung des Seils verringert sich beispielsweise der Querschnitt des Seils, wodurch ein Druck auf das piezoelektrische Element, das als Druckwandler eingesetzt ist, ausgeübt wird. Dieser in dem Seil radial wirkende Druck wird von einem entsprechend in dem Seil angeordneten piezoelektrischen Element aufgenommen, wobei von dem piezoelektrischen Element eine der Druckkraft entsprechende Spannung generiert wird.
-
Das piezoelektrische Element generiert bei Druck eine Spannung, wobei je nach Querschnittsänderung eine entsprechende Druckkraft auf das Seil und somit das piezoelektrische Element ausgeübt wird. Je nach Ausgestaltung des piezoelektrischen Elementes und der Anordnung des piezoelektrischen Elementes in dem Seil können sowohl direkt Zugkräfte über das piezoelektrische Element durch die Generierung einer elektrischen Spannung ermittelt werden oder durch den Druck, der durch die Querschnittsänderung des Seils auf das piezoelektrische Element wirkt.
-
Die von dem piezoelektrischen Element generierten Spannungen können auf auftretende Zugbelastungen eingestellt werden. Es ist auch möglich, die von dem piezoelektrischen Element generierten Spannungen auf auftretende Druckkräfte abzustimmen.
-
Die von dem piezoelektrischen Element generierte elektrische Spannung kann kontaktlos an ein Messgerät übertragbar sein oder deren Wert kann digitalisiert in einem mit dem piezoelektrischen Element elektrisch verbundenen Speicher abrufbar gespeichert sein, wobei sich der Speicher in dem Seil befindet. Durch die kontaktlose Übertragung an ein Messgerät ist es daher möglich, den Zustand eines Seils zu überwachen und zu erkennen, z. B. wie oft bzw. mit welchen Belastungen (Wert oder Betrag) das Seil belastet worden ist. Zudem kann der Wert der generierten elektrischen Spannung digitalisiert in einem Speicher gespeichert werden, wobei sich der Speicher ebenfalls in dem Seil befindet und mit dem piezoelektrischen Element elektrisch verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise über Kupferdrähte erfolgen, die ebenfalls mit den Fasern oder Drahterzeugnissen verseilt oder verflochten sind.
-
Das piezoelektrische Element kann in einem Druckgehäuse aus zwei relativ zueinander verschiebbaren Gehäuseteilen angeordnet sein, die derart angeordnet sind, dass die Radialkraftkomponenten des sich spannenden belasteten Seils oder longitudinal über Anschlussfasern ausgeübte Kraftkomponenten des sich spannenden belasteten Seils auf das piezoelektrische Element wirken. Das Druckgehäuse kann beispielsweise auch derart ausgestaltet und mit Anschlussfasern verbunden sein, dass bei einer Zugbelastung des Seils an den Anschlussfasern des Druckgehäuses die Zugbelastung in einen Druck für das in dem Druckgehäuse aufgenommene piezoelektrische Element transformiert wird.
-
Mit den Gehäuseteilen, die longitudinal angeordnet sind, können Anschlussfasern verbunden sein, die mit den Fasern des Seils zusammengedreht oder geflochten sind. Die Anschlussfasern bewirken einerseits eine feste Verbindung der Gehäuseteile des piezoelektrischen Elementes mit den Fasern des Seils, um das piezoelektrische Element fest in dem Seil an einer Position zu lagern. Andererseits können somit direkt Zugkräfte, die auf das Seil wirken, über die Anschlussfasern an das piezoelektrische Element übertragen werden. Dazu sind die Anschlussfasern vorzugsweise so lang bzw. über einen bestimmten Abschnitt mit dem Seil verwoben oder verflochten, dass auf die Anschlussfasern die gleichen Kräfte wirken wie auf die restlichen Fasern des Seils. Durch das Verflechten oder Verweben der Fasern mit den Anschlussfasern sind diese untereinander durch die zwischen den Fasern und den Anschlussfasern auftretende Reibung fest miteinander verbunden.
-
In dem Seil können an einem oder mehreren Messpunkten eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen angeordnet sein, wobei mindestens an dem jeweiligen Messpunkt die piezoelektrischen Elemente miteinander verbunden sind. Dabei können an einem Messpunkt mehrere piezoelektrische Elemente derart miteinander verbunden sein, dass diese einen gemeinsamen Speicher aufweisen, in welchem die durch die Spannung generierten Werte gespeichert werden. Andererseits können in dem Seil, über die Länge des Seils hinweg, eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen angeordnet sein, die jeweils einen eigenen Speicher aufweisen. So kann das Seil beispielsweise in Arbeitsabschnitte unterteilt sein, wobei jedem Arbeitsabschnitt dann ein piezoelektrisches Element mit Speicher zugeordnet ist. Jedes in einem Arbeitsabschnitt aufgenommene piezoelektrische Element ist dabei von den anderen piezoelektrischen Elementen in den weiteren Arbeitsabschnitten unabhängig. In jedem Arbeitsabschnitt können die in diesem Abschnitt auftretenden Höchstspannungen bzw. Zugkräfte ermittelt werden.
-
Das Seil kann zudem eine Transpondereinheit, mindestens umfassend eine Antenne und einen Mikrochip, aufweisen, wobei die von dem mindestens einen piezoelektrischen Element generierte Spannung in den Mikrochip speicherbar ist. Die Transpondereinheit ermöglicht eine kontaktlose Übertragung der in dem Mikrochip gespeicherten Spannungen bzw. digitalisierten Werte der Spannungen mittels „RFID” („Radio Frequency Identification” – Radiofrequenz-Identifikation). Die Transpondereinheit und das piezoelektrische Element sind dabei elektrisch miteinander verbunden, d. h., dass die von dem piezoelektrischen Element erzeugten Spannungen in den Mikrochip übertragen werden können. Die Antenne des Mikrochips kann durch Fasern realisiert werden, die ebenfalls in dem Seil verflochten oder verwoben sind. Es ist darüber hinaus auch möglich, dass die einzelnen piezoelektrischen Elemente über Drähte oder drahtlos miteinander kommunizieren und Daten bidirektional austauschen können.
-
Darüber hinaus kann die in dem mindestens einen piezoelektrischen Element generierte Spannung die Energieversorgung für die Transpondereinheit bereitstellen, da es sich bei der Transpondereinheit in der Regel um eine passive Transpondereinheit handelt, d. h., dass sie keine eigenständige Energieversorgung aufweist und dass die zum Speichern des digitalisierten Wertes der generierten Spannung von dem piezoelektrischen Element benötigte Spannung ebenfalls von dem piezoelektrischen Element bereitgestellt wird.
-
In weiteren Ausführungen können die Anschlussfasern aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und/oder Kunststoff- oder synthetische Fasern sein und/oder die Fasern des Seils können Kunststoff- oder synthetische Fasern sein. Darüber hinaus ist es möglich, auch andere Materialien oder Werkstoffe zu verwenden, welche die für die beschriebene Erfindung notwendigen Eigenschaften aufweisen.
-
Insbesondere können die Fasern des Seils und/oder die Anschlussfasern des piezoelektrischen Elementes Polyester-, Polyamid-, Polypropylen-, Aramid-, Kohle-Fasern oder Fasern, bestehend aus einem Gemisch von verschiedenen Fasern oder Materialien, sein.
-
Bei der vorliegenden Erfindung kann in Längsrichtung des Seils mindestens ein piezoelektrisches Element mit Fasern des Seils derart verbunden sein, dass das piezoelektrische Element bei einer Zugbelastung des Seils eine Spannung in Abhängigkeit der Zugbelastung erzeugt. Darüber hinaus kann mindestens ein piezoelektrisches Element um die Längsachse des Seils herum verlaufen und mit Fasern des Seils verbunden sein, so dass das piezoelektrische Element bei einer Zugbelastung des Seils eine Spannung in Abhängigkeit der Torsion erzeugt, die auf das Seil aufgrund der Verdrillung der Fasern wirkt. Fasern eines Seils werden häufig derart miteinander verseilt, dass sie unter einem bestimmten Winkel in und zu der Längsrichtung des Seils verlaufen, weshalb bei einer Zugbelastung in Längsrichtung Torsionskräfte in/auf das Seil wirken können.
-
Ferner kann das piezoelektrische Element eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweisen, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode jeweils mit mindestens einer elektrisch leitenden Anschlussfaser verbunden sind. Mindestens eine elektrisch leitende Anschlussfaser und mindestens eine elektrisch nicht leitende Anschlussfaser können mit der ersten Elektrode des piezoelektrischen Elementes und mindestens eine weitere elektrisch leitende Anschlussfaser und mindestens eine weitere elektrisch nicht leitende Anschlussfaser können mit der zweiten Elektrode des piezoelektrischen Elementes verbunden sein. Dabei können die elektrisch leitenden Anschlussfasern und die elektrisch nicht leitenden Anschlussfasern unterschiedliche Längen aufweisen, da beispielsweise die elektrisch leitenden Anschlussfasern lediglich zur Verbindung des piezoelektrischen Elements mit einer Transpondereinheit dienen und die elektrisch nicht leitenden Anschlussfasern für die Befestigung des piezoelektrischen Elementes in dem Seil verantwortlich sind.
-
Bei einer Ausführung, wobei das Seil eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen aufweist, verlaufen die piezoelektrischen Elemente bzw. erstrecken sich die piezoelektrischen Elemente mit ihren Anschlussfasern durch den Querschnitt des Seils in Längsrichtung des Seils und/oder um die Längsachse des Seils herum und sind mit den Fasern des Seils verbunden, wobei die piezoelektrischen Elemente in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen und/oder in regelmäßigen oder unregelmäßigen Strukturen in dem Seil angeordnet sein können.
-
Die Transpondereinheit kann eine passive Transpondereinheit sein, wobei die Übertragung er in dem Mikrochip gespeicherten Werte mittels „RFID” durchführbar ist, und wobei jedes der piezoelektrischen Elemente eine Transpondereinheit aufweist oder die piezoelektrischen Elemente eine gemeinsame Transpondereinheit oder mindestens eine teilweise gemeinsame Transpondereinheit aufweisen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die piezoelektrischen Elemente in dem Seil zu/in Gruppen organisiert bzw. zusammengefasst oder miteinander verbunden sind.
-
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung weist jedes piezoelektrische Element eine separate Antenne und einen separaten Mikrochip auf. Wie vorstehend beschrieben, können die elektrisch leitenden Anschlussfasern mit dem Mikrochip der Transpondereinheit verbunden sein und zur Übertragung der durch das piezoelektrische Element erzeugten Spannung dienen. Um die Belastungen des Seils auszulesen, wird ein Messgerät/Auslesegerät oder eine andere Auswerte-/Ausleseschaltung in die Nähe des Seils bzw. der Transpondereinheit gebracht. Anschließend können die in der Transpondereinheit bzw. dem Speicher gespeicherten Belastungswerte und/oder Spannungen ausgelesen werden. Dabei kann das Mess-/Auslesegerät bzw. die Auswerte-/Ausleseschaltung entweder lediglich die Spannungswerte erfassen und daraus die korrespondierenden Belastungen ermitteln/errechnen oder die Belastungen werden von der Transpondereinheit (Mikrochip) ermittelt/errechnet. Die Entfernung von der Transpondereinheit bzw. von dem Seil zu dem Mess-/Auslesegerät bzw. der Auswerte-/Ausleseschaltung kann je nach Ausgestaltung sämtlicher Bestandteile des Systems wenige Zentimeter bis einige Meter betragen.
-
Darüber hinaus kann/können die in dem Mikrochip maximal erzeugte Spannung oder aber auch sämtliche erzeugte Spannungen gespeichert werden, wobei ferner die gespeicherten Spannungen mit oder ohne Datum- und/oder Zeitangaben gespeichert werden können.
-
Das piezoelektrische Element kann ein Piezo-Kristall sein und die Anschlussfasern des piezoelektrischen Elementes derart mit den Fasern des Seils verbunden sein, dass durch eine Zugbelastung auf das Seil wirkende Kräfte über Mittel in eine Druckbelastung für das piezoelektrische Element transformierbar sind, wobei zur Übertragung der Kräfte und/oder Belastungen an das piezoelektrische Element Hilfsmittel vorgesehen sind, welche zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elementes und den elektrisch nicht leitenden Anschlussfasern angebracht sind und/oder an den Elektroden des piezoelektrischen Elementes anliegen.
-
Anstelle der beschriebenen piezoelektrischen Elemente können als Druckwandler aber auch kapazitive Druckwandler verwendet werden, die aus einer zusammenpressbaren Keramik bestehen, die seitlich Elektroden aufweist. Solche Elemente erzeugen zwar keine elektrische Spannung in Abhängigkeit der Zugkraft, die auf das Seil ausgeübt wird, sie verändern aber ihre Kapazität. Ein solches Element wird beispielsweise in einen Schwingkreis eingebunden und die sich ändernde Schwingfrequenz als Maß der Zugkraft ausgewertet. Solche Druckwandler, aber auch die Dehnungsmessstreifen und Widerstandsfasern benötigen eine Stromversorgung. Hierzu können an sich bekannte Minizellen verwendet werden, die auf einen flexiblen Leitungsträger aufbringbar sind, auf den sich die elektronischen Schaltungselemente und der Speicher befinden, die in das Seil mit eingebunden werden können. Auch diese Anordnung ist vollständig vom Seil geschützt und von außen nicht sichtbar, so dass Beschädigungen durch äußere Einflüsse ebenfalls vermieden werden.
-
Das Seil kann darüber hinaus eine Imprägnierung und/oder eine Beschichtung aufweisen, von einem Mantel umgeben sein und/oder die Fasern des Seils und/oder die elektrisch leitenden Anschlussfasern und/oder die elektrisch nicht leitenden Anschlussfasern können ebenso eine Imprägnierung und/oder eine Beschichtung aufweisen. Eine Beschichtung für die elektrisch leitenden Anschlussfasern kann eine Isolierung umfassen, welche bei Seilen, die aus elektrisch leitenden Drähten bestehen, die elektrisch leitenden Anschlussfasern gegenüber den Drähten isoliert. Ebenfalls kann eine Isolierung notwendig sein, wenn das Seil in einer Umgebung eingesetzt bzw. verwendet wird, in der es elektromagnetischer Strahlung oder sonstiger Einflüsse ausgesetzt ist, die die Spannungserzeugung und vor allem die Übertragung (sowohl der Spannung über feste Verbindungen als auch die kontaktlose Übertragung an ein Messgerät/Auslesegerät) und auch die Transpondereinheit und den Speicher negativ beeinflussen.
-
Das erfindungsgemäße Seil kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Ermittlung von Zugbelastungen im Segel- und/oder Bootsbetrieb, im Forstbetrieb (wie eingangs erwähnt) und bei Kränen oder Aufzügen. Auch kann das erfindungsgemäße Seil einen Strang eines aus mehreren Strängen bestehenden Seils bilden. Ebenso kann das Seil derart ausgebildet sein, dass es eine innen liegende Seele aufweist oder als Hohl-Seil ausgebildet ist. Zudem kann das erfindungsgemäße Seil eine Vielzahl von verschiedenen Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise rund, rechteckig, quadratisch oder oval.
-
Darüber hinaus können die elektrisch leitenden Anschlussfasern und/oder die elektrisch nicht leitenden Anschlussfasern in/mit die/den Fasern des Seils eingewoben, verdrillt, verdreht, eingeflochten und/oder über eine Näh- oder Strickverbindung eingebracht sein.
-
Weitere Vorteile und Merkmale sowie Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Zeichnungen dargestellten Figuren, welche exemplarisch verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung eines piezoelektrischen Elementes angeben. Die dargestellten Ausführungsformen und Maßstäbe sind dabei nicht einschränkend zu verstehen und dienen lediglich zur Darstellung der Erfindung. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, die Bestandteile eines Seils darzustellen und zu erläutern, welche nicht wesentlich für das Verständnis der Erfindung sind.
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine Schnittansicht eines Seils,
-
2 eine weitere Schnittansicht eines Seils,
-
3 einen Querschnitt eines Seils, und
-
4 einen Querschnitt eines weiteren Seils.
-
In 1 ist schematisch gezeigt, wie sich der Querschnitt eines Seils 10 bei einer Zugbelastung F ändert. Wirkt auf das Seil eine Zugbelastung F, wie in 1 dargestellt, so verändert sich der Querschnitt des Seils 10, wie durch die Linien 30 und 32 dargestellt (die durchgezogene Linie 30 stellt den unbelasteten Zustand und die gestrichelte Linie 32 stellt den belasteten Zustand dar). Dies erfolgt aufgrund des Drucks F', der proportional zur Zugbelastung F ist. Vor allem bei Seilen, die aus einer Vielzahl von Fasern, Drahterzeugnissen, Drähten oder Filamenten bestehen, erfahren diese eine gewisse Dehnung (Längenänderung) des Seils, wobei sich zusätzlich die Querschnittsfläche verkleinert bzw. der radial in dem Seil vorherrschende Druck zunimmt. Die Verkleinerung des Querschnitts tritt zwar nur in geringem Maße auf und ist mit bloßem Auge oft nicht festzustellen, ist aber ausreichend, um einen Druck F' auf ein piezoelektrisches Element 12 (in 1 nicht dargestellt) auszuüben, der von diesem detektiert wird.
-
2 zeigt einen Schnitt durch ein Seil 10, wobei ein in dem Seil 10 angeordnetes piezoelektrisches Element 12 dargestellt ist. Weiter ist in dem Seil 10 eine Transpondereinheit 16 aufgenommen, welche mit dem piezoelektrischen Element 12 über elektrisch leitende Anschlussfasern 18 verbunden ist. Zusätzlich ist schematisch eine Anschlussfaser 22 dargestellt, die mit weiteren Fasern 14 (in 2 nicht dargestellt) verwoben ist, wie durch die geschwungene Darstellung angedeutet.
-
Wirkt nun auf das Seil 10 eine Zugbelastung F in Längsrichtung des Seils 10, so verändert sich der Querschnitt des Seils 10, wie durch die gestrichelte Linie 32 angedeutet. Diese Querschnittsänderung und der daraus resultierende Druck F' in dem Seil 10 werden von dem piezoelektrischen Element 12 aufgenommen, wobei das piezoelektrische Element 12 eine Spannung generiert. Die von dem piezoelektrischen Element 12 generierte Spannung ist proportional zu der Zugbelastung F und der Druckbelastung F'.
-
Die Transpondereinheit 16 weist einen Mikrochip und eine Antenne auf (in den FIG. nicht dargestellt), wobei verschiedene Ausgestaltungen der Transpondereinheit 16 möglich sind. Dabei ist es ebenso denkbar, das piezoelektrische Element 12 und die Transpondereinheit 16 direkt miteinander zu verbinden.
-
Die 3 und 4 zeigen jeweils den Querschnitt durch ein Seil 10, wobei das in 3 gezeigte Seil 10 einen runden Querschnitt und das in 4 gezeigte Seil 10 einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Das in 4 gezeigte Seil 10 wird auch als Flachseil bezeichnet.
-
Die gepunkteten Linien 40 und 42 stellen den Umfang der Seile 10 aus den 3 und 4 dar. In den Seilen 10 ist jeweils ein piezoelektrisches Element 12 angeordnet, welches in Folge einer Zugbelastung F eine Druckbelastung F' erfährt. Aufgrund der Druckbelastung F' erzeugt das piezoelektrische Element 12 eine Spannung, die zu einer Transpondereinheit 16 (in den 3 und 4 nicht dargestellt) geführt wird. Dazu ist das piezoelektrische Element 12 über elektrisch leitende Anschlussfasern 18 mit der Transpondereinheit 16 verbunden. Die 3 und 4 zeigen, dass eine elektrisch leitende Anschlussfaser 18 mit den Fasern 14 des Seils verwoben sein kann und dass die elektrisch leitende Anschlussfaser 18 zur Übertragung der elektrischen Spannung von dem piezoelektrischen Element 12 zur Transpondereinheit 16 dient. In den FIG. ist jeweils nur eine elektrisch leitende Anschlussfaser 18 dargestellt, wobei selbstverständlich zwei Anschlussfasern 18 vorgesehen sein können, um die Spannung an die Transpondereinheit 16 zu übertragen. Aufgrund der in den FIG. gewählten Darstellungen, ist in diesen Ausführungen jedoch nur eine elektrisch leitende Anschlussfaser 18 sichtbar.
-
Weiterhin sind in den 3 und 4 Antennenfasern 20 dargestellt, welche ebenso mit den Fasern 14 des Seils 10 verwoben bzw. verdreht sein können und damit einen integralen Bestandteil der Seile 10 bilden. Die Antennefasern 20 sind mit der Transpondereinheit 16 verbunden und dienen zur kontaktlosen Übertragung („RFID”) der in der Transpondereinheit 16 gespeicherten Spannungswerte mittels Funkwellen, die von dem piezoelektrischen Element 12 aufgrund einer Zugbelastung F erzeugt wurden.
-
Beim Auslesen der in der Transpondereinheit 16 gespeicherten Spannungswerte wird ein Auslesegerät in die Nähe der Transpondereinheit 16 bzw. der Antenne, die durch die Antennenfasern 20 gebildet ist, gebracht. Anschließend erfolgt das Auslesen der in der Transpondereinheit 16 gespeicherten Spannungswerte über das einem Fachmann hinlänglich bekannte „RFID”-Verfahren. Daher wird an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen.
-
Je nach Ausgestaltung des piezoelektrischen Elementes 12 und der Transpondereinheit 16 können diese auch nachträglich in Seile 10 eingebracht werden. Dafür können die Seile 10 entgegen einer Zugbelastungsrichtung F zusammen geschoben werden, wodurch sich die Fasern 14 zumindest abschnittsweise voneinander abheben bzw. distanzieren, so dass das piezoelektrische Element 12 und die Transpondereinheit 16 zwischen die Seile geschoben werden können.
-
Alternativ können das piezoelektrische Element und die Transpondereinheit 16 über die elektrisch leitenden Anschlussfasern 18, Antennenfasern 20 und/oder Anschlussfasern 22 über Spleißen mit dem Seil 10 bzw. den Fasern 14 des Seils verbunden werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Seil
- 12
- piezoelektrisches Element
- 14
- Faser
- 16
- Transpondereinheit
- 18
- elektrisch leitende Anschlussfaser
- 20
- Antennenfaser
- 22
- Anschlussfaser
- 30
- Linie
- 32
- Linie
- 40
- Umfang
- 42
- Umfang
- F
- Zugbelastung
- F'
- Druck, Druckkraft
