DE102018005579A1

DE102018005579A1 - Karabinerhaken sowie ringförmig geschlossenes Element

Info

Publication number: DE102018005579A1
Application number: DE102018005579.6A
Authority: DE
Inventors: Mirko Christ
Original assignee: FASERINSTITUT BREMEN E V FIBRE
Current assignee: FASERINSTITUT BREMEN E V FIBRE
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Karabinerhaken mit einem eine Einführöffnung aufweisenden Karabinerkörper, der zwei Enden umfasst, zwischen denen die Einführöffnung ausgebildet ist, und mit einem Schnapper, der mit einem ersten Endbereich an einem Ende des Karabinerkörpers befestigt oder damit integral ausgebildet ist und zwischen einer Schließstellung, in der er die Einführöffnung verschließt und mit seinem zweiten Endbereich am anderen Ende des Karabinerkörpers in Eingriff steht, und einer Öffnungsstellung, in der er die Einführöffnung freigibt, verschwenkbar ist, wobei der Schnapper in seine Schließstellung elastisch vorgespannt ist, wobei zumindest der Karabinerkörper zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser enthaltendem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und wobei im Faserverbundwerkstoff mindestens eine Sensoreinrichtung zur Strukturstandüberwachung angeordnet ist, und geschlossene ringförmiges Element, wie zum Beispiel Sicherungs- oder Befestigungselement, insbesondere Ring oder Kettenglied, zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser enthaltenem Faserverbundwerkstoff wobei im Faserverbundwerkstoff mindestens eine Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Karabinerhaken mit einem eine Einführöffnung aufweisenden Karabinerkörper, der zwei Enden umfasst, zwischen denen die Einführöffnung ausgebildet ist, und mit einem Schnapper, der mit einem ersten Endbereich an einem Ende des Karabinerkörpers befestigt oder damit integral ausgebildet ist und zwischen einer Schließstellung, in der die Einführöffnung verschließt und mit seinem zweiten Endbereich am anderen Ende des Karabinerkörpers in Eingriff steht, und einer Öffnungsstellung, in der er die Einführöffnung freigibt, verschwenkbar ist, wobei der Schnapper in seine Schließstellung elastisch vorgespannt ist, wobei zumindest der Karabinerkörper zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser enthaltendem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, sowie ein ringförmig geschlossenes Element, wie zum Beispiel Sicherungs- oder Befestigungselement, insbesondere Ring oder Kettenglied.
Ein Karabinerhaken (auch kurz „Karabiner“ genannt), der eingangs genannten Art kann zum Beispiel von Bergsteigern zum Beispiel im Klettersport oder bspw. von Höhlenforschern eingesetzt werden. Derartige Karabiner werden auch als Kletterkarabiner bezeichnet. Durch den Kletterkarabiner wird ein Kletterseil geführt, mit dem sich ein Kletternder gegen Absturz sichert oder abseilt. Ein defekter Kletterkarabiner (Karabiner) ist lebensgefährlich.
Beim Klettern werden mehrere Karabiner (Karabinerhaken) mitgeführt. Herkömmliche Karabiner werden aus Metall, in der Regel aus Aluminium, hergestellt. Karabiner können auch aus Faserverbundwerkstoff hergestellt werden und sind erheblich leichter als Karabiner aus Aluminium. Durch Reibung zwischen Karabiner und Seil nutzt sich das Material ab und muss bei erheblicher Abnutzung der Karabiner ersetzt werden. Besondere mechanische Beanspruchungen können das Material auch beeinträchtigen, so dass Brüche oder Risse entstehen können. Im Gegensatz zu Aluminium lassen sich Materialschäden bei Faserverbundwerkstoffen nur schwer von außen erkennen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Beschädigungen bei Karabinern, aber auch bei ringförmig geschlossenen Elementen aus Faserverbundwerkstoff zerstörungsfrei zuverlässig erkennen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Karabinerhaken mit einem eine Einführöffnung aufweisenden Karabinerkörper, der zwei Enden umfasst, zwischen denen die Einführöffnung ausgebildet ist, und mit einem Schnapper, der mit einem ersten Endbereich an einem Ende des Karabinerkörpers befestigt oder damit integral ausgebildet ist und zwischen einer Schließstellung, in der er die Einführöffnung verschließt und mit seinem zweiten Endbereich am anderen Ende des Karabinerkörpers in Eingriff steht, und einer Öffnungsstellung, in der er die Einführöffnung freigibt, verschwenkbar ist, wobei der Schnapper in seine Schließstellung elastisch vorgespannt ist, wobei zumindest der Karabinerkörper zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser enthaltendem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und wobei im Faserverbundwerkstoff mindestens eine Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung angeordnet ist.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein ringförmig geschlossenes Element, wie zum Beispiel Sicherungs- oder Befestigungselement, insbesondere Ring oder Kettenglied, zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser enthaltenem Faserverbundwerkstoff, wobei im Faserverbundwerkstoff mindestens eine Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung angeordnet ist.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung mindestens eine Sensorfaser umfasst.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich die Sensorfaser zumindest über einen Teil der Erstreckung des Karabinerkörpers bzw. des ringförmig geschlossenen Elements.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Sensorfaser nur im Karabinerkörper oder auch im Schnapper.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Sensorfaser im Kern des Querschnitts des Karabinerkörpers und/oder des Schnappers oder im Kern des ringförmig geschlossenen Elements eingebettet ist.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sensorfaser aus einem mechanochromen Material besteht oder dies enthält.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Sensorfaser im Querschnitt des Karabinerkörpers und/oder des Schnappers bzw. des ringförmig geschlossenen Elements außen liegt.
Weiterhin weist/weisen der Karabinerkörper und/oder der Schnapper bzw. das ringförmig geschlossene Element vorteilhafterweise einen für Licht transparenten Bereich, durch den sich die Sensorfaser erstreckt, auf.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung eine in dem Faserverbundwerkstoff enthaltene Verstärkungsfaser und zwei von außen zugängliche elektrische und/oder optische Kontakte zum elektrischen und/oder optischen Kontaktieren der Verstärkungsfaser und Hindurchleiten von elektrischem Strom oder von Licht im sichtbaren und/oder nicht sichtbaren Bereich durch zumindest eine Teillänge der Verstärkungsfaser.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern an einer oder mehreren Stellen des Querschnitts des Karabinerhakens und/oder des Schnappers bzw. des ringförmigen geschlossenen Elements konzentriert oder über den gesamten Querschnitt verteilt sind.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungsfasern durch einen textilen Mantel im Inneren des Karabinerhakens und/oder des Schnappers bzw. des ringförmig geschlossenen Elements geschützt sind.
Vorteilhafterweise weist der Karabinerhaken bzw. das Element eine interne Auswerteeinheit zur Messung und Auswertung von elektrischen und/oder optischen Eigenschaften der Verstärkungsfasern auf.
Schließlich enthält der Karabinerhaken bzw. das Element günstigerweise eine Identifizierungseinheit, wie zum Beispiel einen RFID, auf der ein charakteristischer Wert für eine elektrische Eigenschaft und/oder ein charakteristischer Wert für eine optische Eigenschaft des Karabinerhakens oder des Schnappers bzw. des Elements gespeichert ist/sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch Verwendung einer oder mehreren von vorhandenen Verstärkungsfasern und/oder einer oder mehrere zusätzlichen Sensorfasernder Strukturzustand auf einfache Weise überwacht werden kann.
Die Funktionen Verstärkung und Überwachung können in einer Karabinerkonstruktion je nach Anwendung kombiniert werden. In einer Ausführungsform kann der Karabinerkörper aus einem Verbundwerkstoff unter Nutzung von Verstärkungsfasern gefertigt sein, der Schnapper jedoch aus Metall, z.B. um am Schnapper ein Gewinde eines sogenannten Schraubkarabiners zu ermöglichen. In einer Ausführung ohne Gewinde kann, zur weiteren Gewichtseinsparung, auch der Schnapper aus einem Verbundwerkstoff gefertigt werden, bei dem Verstärkungsfasern zur Aufnahme der äußeren mechanischen Lasten genutzt werden.
Falls eine Überwachung der Schadensfreiheit der Faserverbundstruktur gewünscht wird, kann dies durch die beschriebene Nutzung der Verstärkungsfasern als Sensorfasern oder durch Einbringung zusätzlicher Sensorfasern geschehen. Durch die Nutzung der Verstärkungsfasern als Sensorik ist eine direkte Überwachung der lasttragenden Verstärkungsfasern gegeben. Jedoch ist auch eine elektrische oder optische Kontaktierung der Fasern und ein zusätzliches Auswertemodul notwendig, um den Zustand den Benutzenden zu kommunizieren. Bei der Nutzung mechanochromer Sensorfasern kann der Strukturzustand den Benutzenden ohne weitere Zwischenschritte visuell mitgeteilt werden. Auch kann eine Überwachung eines Bereiches, in dem aus bestimmten Gründen keine Kontaktierung möglich ist, erfolgen. Andererseits wird der Konstruktions- und Fertigungsprozess durch die Auslegung, Integration und Positionierung von Sensorfasern komplexer. Die Material- und Sensorikauswahl muss im Konstruktionsprozess anhand der spezifischen Produktanforderungen erfolgen.
Bei dem Karabiner kann es sich insbesondere um einen Karabiner des Typs D und H nach EN 12275 handeln. Der Typ D wird häufig als Kombination in sogenannten Expresssets genutzt, so dass diese in großer Zahl mitgeführt werden. Die Karabiner des Typs H sind deutlich größer und schwerer und daher auch im Hinblick auf eine Gewichtsersparnis für eine CFK-Variante interessant. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich bei allen Karabinertypen einsetzbar.
Weiterhin kann es sich bei dem Karabiner um einen Normalkarabiner handeln, bei dem der Schnapper üblicherweise nicht verriegelt werden kann. Es kann sich aber auch um einen Karabiner mit einem verriegelbaren Schnapper handeln. Karabiner mit der Möglichkeit zum Verriegeln des Schnappers werden als Verschlusskarabiner bezeichnet. Die Verriegelung kann beispielsweise durch eine Verschraubung, einen mechanischen Riegel, einen magnetischen Hebel, eine federbelastete Hülse, gegenläufig zu öffnende Schnapper oder eine Kombination daraus erfolgen. Die vorliegende Erfindung ist für alle Möglichkeiten der Verriegelung geeignet.
Der Schnapper kann bspw. aus Vollaluminium, Stahl oder aus gebogenem Draht gefertigt sein. Er kann aber auch anteilig oder vollständig aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sein.
Der Karabiner kann auch über eine sogenannte Keylock-Nase oder ähnliches verfügen.
Der Schnapper kann zum Beispiel gerade oder gebogen sein.
Der Karabiner kann auch ein in den Karabinerkörper integriertes Schnapperscharnier in Form eines Filmgelenks enthalten, bei dem die Schnapperbeweglichkeit über die Flexibilität des Materials hergestellt wird.
Es ist auch denkbar, dass der Karabiner ein Element zur Fixierung der Karabinerposition in einer Schlaufe enthält oder diese Funktion in die Form des Schnappers oder der Schnapperverriegelung integriert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und anhand nachfolgender Beschreibung von besonderen Ausführungsformen in Verbindung mit den schematischen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5a einen Querschnitt eines Karabinerkörpers, eines Schnappers oder eines ringförmig geschlossenen Elements gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5b einen Querschnitt eines Karabinerkörpers, eines Schnappers oder eines ringförmig geschlossenen Elements gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 einen Querschnitt eines Karabinerkörpers, eines Schnappers oder eines ringförmig geschlossenen Elements gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 einen Querschnitt eines Karabinerkörpers, eines Schnappers oder eines ringförmig geschlossenen Elements gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 einen Querschnitt eines Karabinerkörpers, eines Schnappers oder eines ringförmig geschlossenen Elements gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 eine teilweise transparente Draufsicht auf einen Karabinerhaken gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 einen Querschnitt eines Karabinerkörpers, eines Schnappers oder eines ringförmig geschlossenen Elements gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 eine teilweise transparente Draufsicht auf ein ringförmig geschlossenes Element gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
17 eine teilweise transparente Draufsicht auf ein ringförmig geschlossenes Element gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die 1 zeigt einen Karabinerhaken 10 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Karabinerhaken 10 weist einen eine Einführöffnung 12 aufweisenden Karabinerkörper 14 auf, der zwei Enden 16 und 18 umfasst, zwischen denen die Einführöffnung 12 ausgebildet ist. Ferner weist der Karabinerhaken 10 einen Schnapper 20 auf, der mit einem ersten Endbereich 22 an einem Ende 16 des Karabinerkörpers 14 befestigt ist und zwischen einer Schließstellung, in der er die Einführöffnung 12 verschließt und mit seinem zweiten Endbereich 24 am anderen Ende 18 des Karabinerkörpers 14 in Eingriff steht, und einer Öffnungsstellung (in 1 gezeigt), in der er die Einführöffnung 12 freigibt, schwenkbar ist, wobei der Schnapper 20 in seine Schließstellung elastisch vorgespannt ist. Der Karabinerkörper 14 weist in diesem Beispiel zwei Bögen 26 und 28 und dazwischen einen geraden Rücken 30 auf. Der Karabinerkörper 14 besteht aus einem Faserverbundwerkstoff und weist mindestens eine Verstärkungsfaser, zusammenfassend mit 32 bezeichnet, auf. In diesem Beispiel ist/sind die Verstärkungsfaser(n) 32 im Querschnitt des Karabinerkörpers 14 im Wesentlichen mittig angeordnet und erstreckt sich in dessen Längsrichtung vom Ende 16 zum Ende 18 des Karabinerkörpers 14. Die vorhandene Verstärkungsfaser 32 oder mindestens eine der Verstärkungsfasern 32 kann als eine Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung („structural health monitoring“) oder als Teil bzw. Bestandteil einer entsprechenden Sensoreinrichtung ausgebildet sein und verwendet werden, d.h. als eine Sensorfaser genutzt werden.
Die in der 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass zusätzlich zu der/den vorhandenen Verstärkungsfaser(n) eine, insbesondere spezielle, Sensorfaser 34 vorgesehen ist, die sich im Wesentlichen genauso erstreckt wie die Verstärkungsfaser(n) 32. Die Sensorfaser 34 kann alleinig als Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung oder aber zusätzlich zu der vorhandenen Verstärkungsfaser/den Verstärkungsfasern 32 verwendet werden. Es können auch mehrere zusätzliche Sensorfasern 34 vorgesehen sein.
Die in der 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 2 gezeigten Ausführungsform darin, dass zusätzlich im Schnapper 20 eine oder mehrere Verstärkungsfaser(n) 36 vorgesehen ist/sind. In diesem Beispiel erstreckt bzw. erstrecken sich die Verstärkungsfaser(n) vom ersten Endbereich 22 zum zweiten Endbereich 24 in der Mitte des Schnappers 20. Die Verstärkungsfaser(n) 36 kann bzw. können dieselbe Funktion wie die Verstärkungsfaser(n) 32 im Karabinerkörper 14 aufweisen. Die Verstärkungsfaser(n) steht/stehen normalerweise mit der/den Verstärkungsfaser(n) 32 und zusätzlich Sensorfaser(n) 34 in Verbindung.
Die in der 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 3 gezeigten Ausführungsform darin, dass im Schnapper 20 in diesem Beispiel mittig zusätzlich eine oder mehrere Sensorfaser(n) 37 verläuft/verlaufen. Die Sensorfaser(n) 37 steht/stehen normalerweise mit der/den Sensorfaser(n) 34 in Verbindung.
5a zeigt einen Querschnitt eines Karabinerkörpers 14 und/oder eines Schnappers 20 und/oder eines ringförmig geschlossenen Elements (s. Ring 50 i. d. 16 und 17). Bei letzterem kann es sich zum Beispiel um ein Sicherungs- oder Befestigungselement, insbesondere Ring oder Kettenglied, handeln, das zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser enthaltendem Faserverbundwerkstoff besteht. Wie sich aus der 5a ergibt, sind in diesem Beispiel mehrere Verstärkungsfasern 32 bzw. 36, von denen nur einige gekennzeichnet sind, mittig angeordnet und erstrecken sich in Längsrichtung des Karabinerhakens und/oder Schnappers bzw. des ringförmig geschlossenen Elements. In diesem Beispiel ist der Querschnitt des Karabinerkörpers 14 und/oder Schnappers 20 bzw. des ringförmig geschlossenen Elements kreisrund. Zudem sind die Verstärkungsfasern lediglich beispielhaft mittig und in einem kreisrunden Bündel angeordnet.
Die in der 5b gezeigte Ausführungsform unterschiedet sich von der in 5a gezeigten Ausführungsform darin, dass die Verstärkungsfasern 32 bzw. 36 in beispielhaft zwei Bündeln angeordnet sind. Die Enden der Bündel können miteinander verbunden sein und somit einen Ring aus Verstärkungsfasern formen.
Die in der 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 5 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen darin, dass der Querschnitt des Karabinerkörpers 14 und/oder des Schnappers 20 bzw. des ringförmig geschlossenen Elements beispielhaft I-förmig ist.
Die in der 7 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 5 gezeigten Ausführungsform darin, dass im mittleren Bereich zusätzlich mehrere, in diesem Beispiel vier, Sensorfasern 34 bzw. 37 angeordnet sind.
Die in der 8 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 7 gezeigten Ausführungsform darin, dass eine der vier Sensorfasern 34 bzw. 37 im Querschnitt außenliegend, in diesem Beispiel außerhalb des Verstärkungsfaserbündels, angeordnet ist.
Die in der 9 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 4 gezeigten Ausführungsform zumindest darin, dass der Karabinerkörper 14 in seiner Längserstreckung einen, vorzugsweise im sichtbaren Lichtspektrum, transparenten Bereich 38 aufweist, so dass die zusätzliche Sensorfaser 34 und/oder vorhandene(n) die Verstärkungsfaser(n) 32 von außen sichtbar ist/sind.
Bei der in der 10 gezeigten Ausführungsform ist im Prinzip anstelle des transparenten Bereiches 38 (siehe 9) die Sensorfaser 34 in einem Bereich 40 des Karabinerkörpers 14 zur Außenfläche 42 des Karabinerkörpers 14 geführt.
Die 11 zeigt beispielsweise für die Ausführungsform gemäß 2, zusätzlich de Anordnung von Kontakten 44 und 46 an den Enden 16 und 18 des Karabinerkörpers 14. Die Kontakte 44 und 46 stehen mit den Enden der Verstärkungsfaser(n) ... direkt oder indirekt in Verbindung, so dass darüber zum Beispiel elektrische und/oder optische Eigenschaften der Verstärkungsfaser(n) gemessen werden können.
Die 12 zeigt eine entsprechende Ausführungsform für die in der 4 gezeigte Ausführungsform. Die Kontakte 44 und 46 befinden sich in diesem Fall an dem Ende 18 des Karabinerkörpers 14 und an dem zweiten Endbereich 24 des Schnappers 20.
Die 13 zeigt eine Ausführungsform, bei der sich die Verstärkerfaser(n) 32 in Abweichung von der beispielsweise in der 1 gezeigten Ausführungsform nicht nur in einer Richtung, wie bspw. in der 1, sondern auch wieder zurückerstreckt. Dementsprechend können die Kontakte 44 und 46 an ein und demselben Ende 16 des Karabinerkörpers 14 angeordnet sein.
Die in der 14 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich bspw. von der in der 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass die Verstärkungsfaser(n) 32 durch einen textilen Mantel 48 geschützt sind. Unter Umständen kann der Mantel auch aus einem anderen Material bestehen.
15 zeigt einen Querschnitt eines Karabinerkörpers 14 und/oder eines Schnappers 20 bzw. eines ringförmig geschlossenen Elements ähnlich wie 5, jedoch mit einem textilen Mantel 48.
Die 16 zeigt eine Draufsicht auf ein ringförmig geschlossenes Element 50 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. eines ringförmig geschlossenen Elements. Eine oder mehrere Verstärkungsfaser(n) 32 erstreckt/erstrecken sich in diesem Beispiel auf einem ersten Radius r₁ , während sich eine oder mehrere Sensorfaser(n) 34 auf einem zweiten Radius r₂ mit in diesem Beispiel ri<r2, erstreckt/erstrecken. Auf der radial inneren Seite 52 des Rings 50 sind in diesem Beispiel dicht benachbart Kontakte 44 und 46 angeordnet und stehen mit einem jeweiligen Ende 54 bzw. 56 der Sensorfaser(n) 34 direkt oder indirekt in Verbindung.
Schließlich zeigt die 17 ebenfalls einen Ring 50 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Es sind sowohl überlappende Bereiche 58 und 60 mit Verstärkungsfasern 32 als auch zugehörige Kontakte 44 und 46 zur Kontaktierung der Verstärkungsfasern von der Außenseite gezeigt.
Die in den 1 bis 17 gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine Strukturzustandsüberwachung („structural health monitoring“) durch direktes Messen des Auftretens, der Größe und ggf. des Ortes eines Schadens.
Beispielsweise können die elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Widerstand, aber auch Impedanz oder andere elektrische Eigenschaften, der Verstärkungsfaser(n) gemessen werden. Eine Durchtrennung der Verstärkungsfaser(n) bewirkt eine Änderung der elektrischen Eigenschaften. Je mehr Verstärkungsfasern durchtrennt werden, desto stärker ändern sich die Eigenschaften. Hier wird also der Schaden detektiert und die Stärke des Schadens gemessen.
In einem anderen Beispiel können optische Eigenschaften einer oder mehrerer Sensorfaser(n) zur Messung der Maximaldehnung der Sensorfaser(n) verwendet werden. Beispielsweise kann bzw. können die Sensorfaser(n) aus einem mechanochromen Material bestehen oder dies anteilig aufweisen und kann dann die Maximaldehnung der Sensorfaser(n) gemessen werden. Damit lässt sich eine Dehnung des mechanochromen Materials kennen, die durch ein analytisches Materialmodell als schädigend eingestuft worden ist. Die Messung eines Dehnungswertes im Material ist eine direkte Messung eines für das Versagen relevanten internen Materialparameters. Es können auch langsame Deformationen oder Deformationen aufgrund von Beschädigungen aus anderen Quellen festgestellt werden. Es werden somit Deformationen gemessen. Die gemessenen Deformationen können als eine Schädigung eingeordnet werden.
Die Verstärkungsfasern sind das wesentliche lasttragende Element eines Faserverbundwerkstoffs. Insbesondere bei einem unidirektional verstärkten Objekt, das in dieser Achse belastet wird - dies ist bei einem Karabiner der Fall - ist der Bruch der Verstärkungsfasern der maßgebliche Schädigungsmodus. Die Bestimmung der gebrochenen Verstärkungsfasern in einem Bauteil erlaubt somit eine direkte Aussage über den Strukturzustand des Bauteils. Da der Verstärkungsfaserbruch, im Gegensatz zur Dehnung, nicht reversibel ist, kann die Schädigung zu jedem Zeitpunkt nach dem Auftreten der Schädigung festgestellt werden.
Da unidirektionale Faserverbundwerkstoffe aufgrund der fehlenden Duktilität der Verstärkungsfasern spröde versagen und keine Plastizität oder plastische Verfestigung zeigen, kann ein Dehnungskriterium angewandt werden, um das Versagen der Verstärkungsfasern zu berechnen. Beispielsweise wird zunächst experimentell die Dehnung ermittelt, bei der die Verstärkungsfasern versagen. Bei einem undirektionalen Gelege liegt dies bei ca. 0,6%. Die im Betrieb zu ertragende Dehnung wird auf einen niedrigeren Wert definiert, zum Beispiel 0,4%. Durch Überwachung der auftretenden Dehnungen im Betrieb kann nun die Verletzung dieses Kriteriums festgestellt werden. Im Gegensatz zum Einsatz von bspw. Dehnungsmessstreifen (DMS) oder dem nahekommenden Technologien (Nutzung der Verstärkungsfasern als DMS) muss bei Einsatz einer mechanochromen Faser das Bauteil nicht dauerhaft mit einer externen Auswerteeinheit überwacht werden. Die Sensorfaser ist gleichzeitig Messsonde und Auswerteeinheit. Eine Überschreitung des definierten Dehnungskriteriums wird zu jedem Zeitpunkt nach dem Eintreten angezeigt. Die Anzeige, dass ein Überdehnungsfall aufgetreten ist, zeigt die Schädigung im Inneren an.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Karabinerhaken
12: Einführöffnung
14: Karabinerkörper
16,18: Enden
20: Schnapper
22: erster Endbereich
24: zweiter Endbereich
26, 28: Bögen
30: Rücken
32: Verstärkungsfaser(n)
34: Sensorfaser
36: Verstärkungsfaser(n)
37: Sensorfaser(n)
38: transparenter Bereich
40: Bereich
42: Außenfläche
44, 46: Kontakte
48: textiler Mantel
50: Ring
52: Seite
54,56: Enden
58, 60: Bereiche
r₁: erster Radius
r₂: zweiter Radius

Claims

Karabinerhaken (10) mit einem eine Einführöffnung (12) aufweisenden Karabinerkörper (14), der zwei Enden (16, 18) umfasst, zwischen denen die Einführöffnung (12) ausgebildet ist, und mit einem Schnapper (20), der mit einem ersten Endbereich (22) an einem Ende (16) des Karabinerkörpers (14) befestigt oder damit integral ausgebildet ist und zwischen einer Schließstellung, in der er die Einführöffnung (12) verschließt und mit seinem zweiten Endbereich (24) am anderen Ende (18) des Karabinerkörpers (14) in Eingriff steht, und einer Öffnungsstellung, in der er die Einführöffnung (12) freigibt, verschwenkbar ist, wobei der Schnapper (20) in seine Schließstellung elastisch vorgespannt ist, wobei zumindest der Karabinerkörper (14) zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser (32) enthaltendem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist und wobei im Faserverbundwerkstoff mindestens eine Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung angeordnet ist.
Ringförmig geschlossenes Element, wie zum Beispiel Sicherungs- oder Befestigungselement, insbesondere Ring (50) oder Kettenglied, zumindest anteilig aus mindestens eine Verstärkungsfaser (32) enthaltenem Faserverbundwerkstoff, wobei im Faserverbundwerkstoff mindestens eine Sensoreinrichtung zur Strukturzustandsüberwachung angeordnet ist.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 1 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 2, wobei die Sensoreinheit mindestens eine Sensorfaser (34, 37) umfasst.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 1 oder 3 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich die Sensorfaser (34) zumindest über einen Teil der Erstreckung des Karabinerkörpers (14) bzw. des ringförmig geschlossenen Elements erstreckt.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 1, 3 oder 4 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei sich die Sensorfaser (34, 37) nur im Karabinerkörper (14) oder auch im Schnapper (20) erstreckt.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, wobei die Sensorfaser (34 bzw. 37) im Kern des Querschnitts des Karabinerkörpers (14) und/oder des Schnappers (20) oder im Kern des ringförmig geschlossenen Elements eingebettet ist.
Karabinerhaken (10) nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 6 oder ringförmig geschlossenes Element nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Sensorfaser (34, 37) aus einem mechanochromen Material besteht oder dies enthält.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 7 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 12, wobei die Sensorfaser (34, 37) im Querschnitt des Karabinerkörpers und/oder des Schnappers (20) bzw. des ringförmig geschlossenen Elements außen liegt.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 7 oder 8 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Karabinerkörper (14) und/oder der Schnapper (20) bzw. das ringförmig geschlossene Element einen für Licht transparenten Bereich (38), durch den sich die Sensorfaser (32) erstreckt, aufweist/aufweisen.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 1 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 2, wobei die Sensoreinrichtung eine in dem Faserverbundwerkstoff enthaltene Verstärkungsfaser (32, 36) und zwei von außen zugängliche elektrische und/oder optische Kontakte (44, 46) zum elektrischen und/oder optischen Kontaktieren der Verstärkungsfaser (32, 36) und Hindurchleiten von elektrischem Strom oder von Licht im sichtbaren und/oder nicht sichtbaren Bereich durch zumindest eine Teillänge der Verstärkungsfaser umfasst.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 10 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 7, wobei die Verstärkungsfasern (32, 36) an einer oder mehreren Stellen des Querschnitts des Karabinerhakens (14) und/oder des Schnappers (20) bzw. des ringförmig geschlossenen Elements konzentriert oder über den gesamten Querschnitt verteilt sind.
Karabinerhaken (10) nach Anspruch 10 oder 11 oder ringförmig geschlossenes Element nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Verstärkungsfasern (32) durch einen textilen Mantel (48) im Inneren des Karabinerhakens (14) und/oder des Schnappers (20) bzw. des ringförmig geschlossenen Elements geschützt sind.
Karabinerhaken (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 oder ringförmig geschlossenes Element nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei er bzw. es eine interne Auswerteeinheit zur Messung und Auswertung von elektrischen und/oder optischen Eigenschaften der Verstärkungsfasern (32, 36) aufweist.
Karabinerhaken (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 oder ringförmig geschlossenes Element nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei er bzw. es eine Identifizierungseinheit, wie zum Beispiel einen RFID, enthält, auf der ein charakteristischer Wert für eine elektrische Eigenschaft und/oder ein charakteristischer Wert für eine optische Eigenschaft des Karabinerhakens (14) oder des Schnappers (20) bzw. des Elements gespeichert ist/sind.