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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sicherheitsstrukturen bei einem Flächenelement und Flächenelement.
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Derartige Flächenelemente werden allgemein dazu verwendet, einen Schutz gegen Einbruch, Diebstahl, Vandalismus zu gewährleisten. Generell schützen dabei die Sicherheitsstrukturen des Flächenelements gegen unbefugte Eingriffe.
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Ein Beispiel für ein derartiges Flächenelement ist eine Sicherheits-Packvorrichtung, wie sie in der
WO 2012/080888 A1 beschrieben ist. Diese Sicherheits-Packvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Umhüllung, die einen Gegenstand wie einen Koffer oder eine Tasche, gegen unbefugte Eingriffe schützen soll. Die Umhüllung besteht aus einer schnittfesten Textilstruktur mit integrierten leitfähigen Fadenschichten. Dabei sind mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten vorgesehen, die durch eine Isolationsschicht getrennt sind. Bei einem Aufschneidversuch werden, bedingt durch das Einstoßen des Gegenstands in die Umhüllung, die leitfähigen Schichten kurzgeschlossen, wodurch ein Alarm ausgelöst wird.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass diese durch ihren mehrschichtigen Schicht Aufbau ein hohes Gewicht aufweist.
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Ein weiterer prinzipieller Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass das Einstoßen von Gegenständen nicht immer und damit nicht zuverlässig erfasst werden kann. Dies beruht darauf, dass das Einstoßen in die Umhüllung durch einen Kurzschluss zwischen den leitfähigen Schichten detektiert wird. Ein solcher Kurzschluss tritt jedoch nur dann auf, wenn das Einstoßen in die Umhüllung mittels eines elektrisch leitfähigen Gegenstands erfolgt. Dies ist zwar meistens der Fall, da die Umhüllung typischerweise mit Messern oder dergleichen durchstoßen wird, die aus metallischen Werkstoffen bestehen. Wird jedoch die Umhüllung mit einem aus nicht leitfähigem Material bestehenden Gegenstand durchstoßen, gibt es keinen Kurzschluss zwischen den leitfähigen Schichten der Umhüllung und es wird kein Alarm ausgelöst.
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Die
DE 10 2009 048 925 A1 betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Verdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs mit einem Verdeckbezug, bei welcher ein Sensor vorgesehen ist, mittels dem eine Penetration des Verdeckbezugs sensierbar ist. Der Sensor ist mit einem Signalleiter in Form eines Kabels oder einer leitenden Faser ausgebildet.
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Die
DE 42 41 973 A1 betrifft textile Flächengebilde für die Herstellung von Sitzbezügen, insbesondere von Sitzbezügen für vandalismusgefährdete Fahrzeuge. Diese textilen Flächengebilde bestehen in mindestens einer Fadenrichtung aus einem umsponnenen Garn, das im Kern schnittbeständige Fasern, insbesondere aromatische Polyamidfasern und im einfachen oder doppelten Mantel leicht färb- und bedruckbare Natur- oder Chemiefasern beziehungsweise deren Mischungen enthält. Der Anteil der Mantelsubtanz beträgt 30–70%. Das textile Flächengebilde kann auch eine Polware sein, deren Grundfadensysteme aus umsponnenen Garnen bestehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dessen Flächenelemente mit hoher, zuverlässiger Schutzfunktion bei gleichzeitig geringem Eigengewicht hergestellt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sicherheitsstrukturen bei einem Flächenelement. Mittels einer Kettenwirkmaschine oder Raschelmaschine werden als Sicherheitsstrukturen Schnittfeststrukturen und Sensorstrukturen bildende Fäden in das Flächenelement eingearbeitet.
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Erfindungsgemäß werden zur Herstellung der Schnittfeststruktur schnittfeste Fäden verwendet, wobei insbesondere die schnittfesten Fäden zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Edelstahl, einem Kunststoff oder einer Steinfaser bestehen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit diesem Verfahren hergestelltes Flächenelement.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der Kettenwirkmaschine beziehungsweise der Raschelmaschine sowohl die Schnittfeststruktur als auch die Sensorstruktur in das Flächenelement eingearbeitet werden können. Die so gebildeten Sicherheitsstrukturen können somit maschinell und damit rationell gefertigt werden.
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Besonders vorteilhaft wird zur Einarbeitung der Sicherheitsstrukturen eine Vlies-Raschelmaschine verwendet.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die mit der Kettenwirkmaschine oder Raschelmaschine eingearbeiteten Sicherheitsstrukturen ein geringes Eigengewicht bei gleichzeitig hoher Schutzfunktion aufweisen. Insbesondere ist vorteilhaft, dass sich bei geringem Eigengewicht eine flächendeckende Schutzwirkung für das Flächenelement realisieren lässt.
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Erfindungsgemäß weist das erfindungsgemäße Flächenelement als Sicherheitsstruktur sowohl eine Schnittfeststruktur als auch eine Sensorstruktur auf, wobei auch dieses Flächenelement für die vorgenannten Applikationen eingesetzt werden kann. Durch das Vorsehen der beiden Sicherheitsstrukturen im Flächenelement weist dieses eine besonders hohe Absicherung gegen unbefugte Eingriffe auf.
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Anwendungsbereiche derartiger Systeme sind beispielsweise Planen von Lastkraftwagen oder Zelten. Durch die Schnittfeststruktur in derartigen Planen wird ein schnelles Durchstoßen der Plane und damit ein unbefugter Zutritt zu dem von der Plane umgebenen Innenraum verhindert. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Umhüllung von Gegenständen wie Koffern, Taschen oder dergleichen mit dem erfindungsgemäßen Flächenelement. Je nach Anwendungsfall kann das Flächenelement ein textiles Flächenelement, insbesondere ein Gewirk oder ein Gewebe oder ein Vlies, oder eine Folie bestehend aus Kunststoff oder Papier, sein.
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Vorteilhaft befinden sich die Sensorstrukturen auf einer Seite des Flächenelements und die Schnittfensterstrukturen auf der anderen Seite des Flächenelements.
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Zur Herstellung der Schnittfeststruktur und der Sensorstruktur als unterschiedliche Sicherheitsstrukturen können prinzipiell zwei separate Kettenwirkmaschinen oder Raschelmaschinen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft wird ein und dieselbe Kettenwirkmaschine oder Raschelmaschine zur Herstellung der Schnittfeststruktur als auch zur Herstellung der Sensorstruktur verwendet. In einem ersten Maschinendurchlauf wird zunächst die Sensorstruktur in das Flächenelement eingearbeitet. Dann wird die Kettenwirkmaschine umgerüstet, so dass dann in einem zweiten Maschinendurchlauf die Schnittfeststruktur in das Flächenelement eingearbeitet werden kann.
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Dabei können die Fäden wellenförmige Anordnungen ausbilden, wobei diese wellenförmigen Anordnungen sinusförmig ausgebildet sein können oder aus gewinkelten Anordnungen geradlinig verlaufender Fadensegmente bestehen.
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Im einfachsten Fall können die geradlinig verlaufenden Fadensegmente eine Zick-Zackstruktur ausbilden.
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Die so ausgebildeten Schnittfeststrukturen weisen gegenüber bekannten Strukturen, die aus geradlinig, parallel zueinander verlaufenden reißfesten Fäden bestehen, eine erheblich verbesserte Schutzwirkung auf.
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Wird nämlich bei einem derartigen bekannten Flächenelement mit geradlinig, parallel laufenden reißfesten Fäden ein spitzer Gegenstand eingestoßen, so kann dieser in einem Zwischenraum zwischen zwei Fäden ohne großen Widerstand entlang gezogen werden, wodurch das Flächenelement entlang seiner gesamten Länge oder Breite aufgeschlitzt werden kann.
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Dieser unerwünschte Effekt wird bei der wellenförmigen Ausbildung der schnittfesten Fäden vermieden. Da die einzelnen Wellen in geringen Abständen zueinander angeordnet sind, kann zwar ein spitzer Gegenstand lokal in das Flächenelement eingesteckt werden, ein Weiterbewegen des spitzen Gegenstands im Flächenelement ist jedoch nicht möglich, da der Gegenstand, unabhängig in welcher Richtung er im Flächenelement gezogen wird, unmittelbar auf einen Wellenzug eines reißfesten Fadens trifft, der ein weiteres Aufreißen des Flächenelements verhindert.
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Prinzipiell können die einzelnen Wellenzüge des Flächenelements ohne Versatz in Längsrichtung zueinander liegen. Dann kann die Herstellung der Wellenstrukturen mit nur einer Legeschiene der Kettenwirkmaschine oder Raschelmaschine erfolgen.
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Besonders vorteilhaft liegen benachbarte Wellenzüge der wellenförmigen Anordnung versetzt zueinander, wobei zur deren Herstellung unterschiedliche Legeschienen verwendet werden.
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Durch den Versatz der Wellenzüge wird eine besonders hohe Schutzfunktion gegen mechanische Beschädigungen des Flächenelements erzielt, da ein in das Flächenelement eingestoßener Gegenstand allseitig gegen ein Weiterziehen im Flächenelement dadurch gesichert ist, dass der Gegenstand unabhängig von der Einstoßstelle allseitig von Wellenzügen der reißfesten Fasern umgeben ist.
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Die Sensor-Schutzfunktion des Flächenelements wird gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass die Sensorstrukturen eine sich über die Fläche des Flächenelements erstreckende Anordnung von leitfähigen Fäden aufweist. Ein Einschnitt in das Flächenelement unterbricht wenigstens einen Faden. Die Unterbrechung des Fadens ändert eine elektrische Kenngröße, die durch eine Messvorrichtung detektiert wird.
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Dabei wird bei der Detektion einer signifikanten Änderung der elektrischen Kenngröße ein Alarmsignal generiert.
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Besonders vorteilhaft wird die Unterbrechung eines Fadens durch eine Widerstandsänderung gemessen.
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Generell ist auch eine Strom- oder Spannungsmessung möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die leitfähigen Fäden metallische Komponenten oder Kohlefasern auf.
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Insbesondere sind die leitfähigen Fäden als versilberte Polyamidfäden oder hochohmige Widerstandsdrähte ausgebildet.
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Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Sensorstruktur besteht somit darin, die leitfähigen Fäden mit einem definierten elektrischen Signal, insbesondere durch Anlegen einer definierten Spannung, zu beaufschlagen. Dieses elektrische Signal definiert eine Erwartungshaltung für den fehlerfreien Zustand, in welchem alle leitfähigen Fäden unversehrt sind. Diese Erwartungshaltung wird mit der Messvorrichtung überprüft, insbesondere durch eine Widerstandsmessung. Wenn durch ein Einstoßen eines Gegenstands ein leitfähiger Faden durchtrennt wird, ändert sich das elektrische Signal, das heißt es weicht von der Erwartungshaltung ab. Diese Abweichung wird von der Messvorrichtung erfasst, wodurch ein Alarmsignal oder dergleichen generiert wird um den Eingriff zu signalisieren.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung sind mit wenigstens einer Legeschiene in Abstand zueinander laufende leitfähige Fäden in das Flächenelement eingearbeitet. Diese Fäden sind endseitig mit elektrisch leitfähigen Anschlussfäden kontaktiert, welche mit einem Schusseintragssystem in das Flächenelement eingearbeitet werden.
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In diesem Fall werden als zusätzliche Elemente aus elektrisch leitfähigen Materialien bestehende Anschlussfäden genutzt, um die elektrischen Signale, insbesondere definierte elektrische Spannungen an die leitfähigen Fäden anzulegen.
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Besonders vorteilhaft erfolgt mit dem Schusseintragungssystem ein variabler Schusseintrag, so dass die Positionen der Anschlussfäden im Flächenelement flexibel und variabel vorgegeben werden können.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung werden mit wenigstens zwei Legeschienen sich kreuzende leitfähige Fäden in das Flächenelement eingearbeitet, so dass diese eine durchgehende, sich über das Flächenelement erstreckende Leiterschleife bilden.
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Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine durchgehende, sich vorzugsweise über die gesamte Fläche des Flächenelements erstreckende leitfähige Struktur aus. Damit kann in diesem Fall auf separate Anschlussfäden verzichtet werden. Vielmehr reicht ein Anlegen eines definierten elektrischen Signals an einem Ende der leitfähigen Struktur aus, das dann am anderen Ende dieser Struktur gemessen werden kann.
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Ein wesentlicher Vorteil bei beiden Ausgestaltungen besteht darin, dass die einzelnen leitfähigen Fäden oder die Anschlussfäden durch einfaches Kreuzen elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die elektrische Kontaktierung erfolgt somit bereits bei dem Herstellungsprozess mit der Kettenwirkmaschine oder Raschelmaschine. Damit brauchen keine separaten Mittel zur elektrischen Kontaktierung dieser Elemente vorgesehen werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die so gebildeten leitfähigen Strukturen durch einen einfachen Beschichtungsvorgang elektrisch isoliert werden können. Diese Isolierung erhöht das Eigengewicht des Flächenelements nicht nennenswert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Schematische Darstellung von Komponenten einer Raschelmaschine zur Herstellung des erfindungsgemäßen Flächenelements.
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2: Schematische Darstellung eines Magazinschusseintragssystems für die Raschelmaschine gemäß 1.
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3: Beispiel einer Schnittfeststruktur in einem Flächenelement, hergestellt mit der Raschelmaschine gemäß 1.
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4: Erstes Beispiel einer Sensorstruktur in einem Flächenelement, hergestellt mit der Raschelmaschine gemäß 1.
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5: Zweites Beispiel einer Sensorstruktur in einem Flächenelement, hergestellt mit der Raschelmaschine gemäß 1.
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1 zeigt schematisch Komponenten einer Raschelmaschine zur Herstellung von Sensorstrukturen und Schnittfeststrukturen in einem Flächenelement 1, wobei die Raschelmaschine im vorliegenden Fall als Vlies-Raschelmaschine ausgebildet ist. 2 zeigt für die Raschelmaschine gemäß 1 ein Magazinschusseintragungssystem
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Die Raschelmaschine weist eine Nadel 2 auf, der zwei Lochnadeln 3, 4 zweier Legeschienen zugeordnet sind. In den Lochnadeln 3, 4 sind Fäden 5, 6 geführt, die in das Flächenelement 1 zur Ausbildung einer Sensorstruktur oder Schnittfeststruktur eingearbeitet werden.
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Weiterhin ist in 1 ein Schieber 7 als Bestandteil eines Magazinschusseintragssystems dargestellt, mit welchem Schussfäden 8 in das Flächenelement 1 eingearbeitet werden.
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Das Magazinschusseintragungssystem, das schematisch in 2 dargestellt ist, weist zwei parallel laufende Zuführketten 9 auf, an welchen Haken zur Aufnahme der Schussfäden 8 vorgesehen sind und welche jeweils mit einer Fördergeschwindigkeit umlaufen. Weiterhin weist das Magazinschusseintragungssystem einen orthogonal zur Förderrichtung F der Zuführkette 9 verlaufenden Schusswagen 10 mit Ösen 11, in welche die Schussfäden 8 eingebracht werden können, auf. Mit dem Schusswagen 10 wird der in 1 dargestellte Schieber 7 betätigt. Zum Einlegen von Schussfäden 8 übernimmt der Schusswagen 10 die Schussfäden 8 von den Zuführketten 9, wie in 2 veranschaulicht.
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Durch eine Umrüstung der Raschelmaschine der 1 und 2 können in verschiedenen Maschinendurchläufen mit einer Sensorstruktur einerseits und einer Schnittfeststruktur andererseits unterschiedliche Sicherheitsstrukturen in ein Flächenelement 1 eingearbeitet werden, wobei die Sensorstruktur einerseits und die Schnittfeststruktur andererseits vorzugsweise auf verschiedenen Seiten des Flächenelements 1 angeordnet sind.
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Das Flächenelement 1 kann prinzipiell eine Folie oder allgemein ein textiles Flächenelement 1, insbesondere ein Gewirk, Gewebe oder Vlies sein. Im Falle eines Gewirks kann dieses selbst auf der Raschelmaschine hergestellt werden. Weiterhin sind aus Papier bestehende Flächenelemente 1 denkbar.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Flächenelements 1 in Form einer Plane, insbesondere eine Lastkraftwagen-Plane, die eine Schnittfeststruktur aufweist. Die Schnittfeststruktur ist von reißfesten, schnittfesten Fäden 11a, 11b gebildet, die mit den Legeschienen der Raschelmaschine in die Plane eingearbeitet sind. Die reißfesten Fäden 11a, 11b bestehen im vorliegenden Fall aus dünnen Edelstahldrähten.
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Die Schnittfeststrukturen sind im vorliegenden Fall von wellenförmigen Anordnungen gebildet. Dabei sind benachbarte Wellenzüge versetzt zueinander. Die gegeneinander versetzten Wellenzüge werden mittels der beiden Legeschienen erzeugt, indem die Fäden 11a 11b über die Lochnadeln 3, 4 der beiden Legeschienen geführt sind.
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Im vorliegenden Beispiel sind die Wellenzüge der Fäden 11a, 11b sinusförmig, wobei eine Periodenlänge eines Wellenzugs etwa 120 mm beträgt. Die Wellenzüge verlaufen in geringen Abständen zueinander. Dies bedeutet, dass der minimale Abstand ΔX zwischen zwei benachbarten Wellenzügen signifikant kleiner ist als die Periodenlänge der Wellenzüge. Im vorliegenden Fall liegt der kleinste Abstand ΔX zwischen benachbarten Wellenzügen im Bereich von 3 mm bis 4 mm.
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Die so ausgebildete Schnittfeststruktur gibt eine hohe mechanische Absicherung gegen ein gewaltsames Aufschlitzen der Plane. Ein Messer oder ein ähnlich scharfkantiger Gegenstand kann zwar in die Plane eingestochen werden. Jedoch kann dann das Messer in der Plane nicht weitergeführt werden, um sie aufzuschlitzen, da durch die versetzte Anordnung der Wellenzüge mit schnittfesten Fäden 11a, 11b das Messer, gleichgültig in welche Richtung es in der Plane weiter gezogen wird, so fest gegen den nächsten Wellenzug mit einem reißfesten Faden 11a, 11b geführt ist, dass ein weiteres Aufreißen der Plane verhindert wird.
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4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer in das Flächenelement 1 eingearbeiteten Sensorstruktur. Die Sensorstruktur besteht aus parallel in Abstand zueinander verlaufenden leitfähigen Fäden 12a, 12b die mit einer oder mit beiden Legeschienen der Raschelmaschine in Kettrichtung verlaufend eingearbeitet werden. Die leitfähigen Fäden 12 sind im vorliegenden Fall von versilberten Polyamidfäden gebildet. Bei der Einarbeitung der leitfähigen Fäden 12 und der Anschlussfäden 13a, b kreuzen sich diese, wodurch diese elektrisch kontaktiert sind. Anschließend kann über die so gebildete Sensorstruktur eine elektrisch isolierende Beschichtung aufgebracht werden. An die Anschlussfäden 13a, 13b können definierte elektrische Spannungen angelegt werden. An einem der Anschlussfäden 13a, 13b kann eine Messvorrichtung zur Messung des Widerstands der Sensorstruktur angeschlossen werden. Bei intakter Sensorstruktur ergibt sich ein Sollwert des Widerstands. Wird mit einem spitzen Gegenstand ein leitfähiger Faden durchstoßen, ändert sich der Widerstand, was von der Messvorrichtung registriert wird. Die Messvorrichtung steuert darauf einen Alarmsignalgeber an, der ein Alarmsignal, insbesondere ein optisches oder akustisches Signal generiert, das signalisiert, dass ein unzulässiger Eingriff in die Plane erfolgt ist.
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5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensorstruktur für das Flächenelement 1. In diesem Fall werden nur leitfähige Fäden 12a, 12b, jedoch keine Anschlussfäden 13a, 13b benötigt. Auch in diesem Fall werden die Legeschienen der Raschelmaschine zur Einarbeitung der leitfähigen Fäden 12a, 12b in das Flächenelement 1 verwendet. Anders als bei der Ausführungsform der 4 laufen die leitfähigen Fäden 12a, 12b nicht parallel. Vielmehr kreuzen sich benachbarte leitfähige Fäden 12a, 12b in Kreuzungspunkten 14 und werden damit elektrisch kontaktiert. Auf diese Weise ergibt sich eine zusammenhängende, schlaufenförmige leitfähige Struktur, die die gesamte Fläche des Flächenelements 1 abdeckt. Auch in diesem Fall kann die Sensorstruktur mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung überzogen werden.
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Zur Detektion von Eingriffen in das Flächenelement 1 wird an ein freies Ende der leitfähigen Struktur ein definiertes elektrisches Potential angelegt. An das andere freie Ende der leitfähigen Struktur wird eine Messvorrichtung angeschlossen, die den elektrischen Widerstand der Sensorstruktur misst. Wird durch Einstechen eines Gegenstands die leitfähige Struktur an einem beliebigen Ort unterbrochen, wird dies in der Messvorrichtung durch eine Widerstandsänderung detektiert, wodurch wieder ein Alarmsignal generiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flächenelement
- 2
- Nadel
- 3, 4
- Lochnadel
- 5, 6
- Faden
- 7
- Schieber
- 8
- Schussfaden
- 9
- Zuführkette
- 10
- Schusswagen
- 11
- Öse
- 12
- leitfähiger Faden
- 13a, b
- Anschlussfaden
- 14
- Kreuzungspunkt
