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Die Erfindung betrifft eine Magnetscheibe, eine Wirbelstrombremse und eine Seiltrommel mit einer derartigen Magnetscheibe. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer derartigen Seiltrommel zur Absicherung eines Industriekletterers.
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Bei verschiedenen Gelegenheiten, sowohl im der Arbeitswelt, der Freizeit als auch in Rettungseinsätzen, sind Menschen darauf angewiesen, sich in größeren Höhen mit einem Seil abzusichern, um der Gefahr eines unkontrollierten Absturzes zu begegnen. Ein typisches Beispiel ist ein IndustrieKletterer, der etwa bei der Montage von Hochspannungsleitungen an einem Strommast oder an einer Windkraftanlage arbeitet.
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In derartigen Situationen besteht immer die Gefahr, dass der durch ein Seil gesicherte Kletterer seinen Halt verliert und abzustürzen droht. In diesen Fällen verhindert ein Seil schwere Gesundheitsschäden.
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Andere denkbare Fälle sind etwa Freizeitkletterer in den Bergen oder Kletterhallen oder Personen, die sich im Brandfall aus einer oberen Etage eines Hauses retten müssen und sich hierzu abseilen wollen.
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In all diesen Fällen ist es wichtig, dass das Seil hinreichend Freiheit bietet, damit der Kletterer sein Ziel beim Hocklettern, oder auch wieder den Boden beim Abstieg, erreichen kann, aber andererseits auch einen Sturz verhindert.
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Die Erfindung betrifft eine Magnetscheibe, eine Wirbelstrombremse und eine Seiltrommel mit einer derartigen Wirbelstrombremse, die in diesem Kontext verwendet werden können.
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In diesem Zusammenhang ist etwa eine Seilbremse bekannt, wie sie in
DE 10 2012 022 675 A1 offenbart ist. Bei diesem Stand der Technik wird das Seil, das mit einem Ende am Kletterer befestigt ist, durch ein Sicherungsgerät geführt, wobei es um eine drehbare Rolle gewickelt bzw. geschlungen ist, die ihrerseits mit einer Wirbelstrombremse gekoppelt ist, die die Drehung der Rolle in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit blockiert. Dieser Stand der Technik betrifft eine Sicherung für eine Kletterhalle, die an der Decke der Kletterhalle angebracht ist und bei einem Absturz des Kletternden nach kurzer Zeit blockiert. Hierzu wird das durch eine Wirbelstrombremse erzeugte Magnetfeld genutzt, um eine mechanische Blockade des Seils zu erreichen, wenn sich bewegliche Teile des Sicherungsgeräts in dem erzeugten Magnetfeld bewegen und das Seil klemmen.
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Obwohl diese Sicherung einen Absturz verhindern kann, ist sie nicht geeignet, einen bewusstlosen Kletterer sicher zu Boden gleiten zu lassen. Auch erfordert die mechanische Einklemmung des Seils für die Bremswirkung eine aufwendige Wartung und Pflege und ihre Wirkung ist abhängig von den Eigenschaften des einzuklemmenden Seils, etwa seiner Oberfläche. Schließlich ist auch die Blockade des sich schnell bewegenden Seils ein Risiko, da ein plötzlicher Ruck zu einem Reißen des Seils führen kann.
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Des Weiteren ist aus
DE 20 2012 101 380 U1 ein Seillängengeber bekannt, mit einem Gehäuse und/oder Rahmen, einer in dem Gehäuse und/oder Rahmen drehbar gelagerten Seiltrommel, auf welcher ein Messseil auf- und abwickelbar vorgesehen ist, einem Drehratengeber, der die Anzahl der Drehungen der Seiltrommel erfasst, und einem Rückstellantrieb für die Seiltrommel, welcher das abgewickelte Messseil wieder auf die Seiltrommel aufwickelt, wobei eine Wirbelstrombremse zum Abbremsen der Seiltrommel bei Fehlern, insbesondere bei Fehlfunktion und/oder Fehlbedienung vorgesehen ist, wobei die Wirbelstrombremse eine Statoreinheit und eine Rotoreinheit aufweist. Dieser Seillängengeber ist mit seinem integrierten Rückstellantrieb nicht zur Absicherung eines Kletterers gedacht oder geeignet. Die Wirbelstrombremse ist dafür gedacht, bei einem Seilriss ein unkontrolliertes Wiederaufwickeln durch den Rückstellantrieb zu verhindern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Magnetscheibe, eine Wirbelstrombremse, eine Seiltrommel und eine Verwendung einer derartigen Seiltrommel zur Absicherung eines Industriekletterers bereitzustellen, die die oben genannten Probleme löst.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Magnetscheibe nach Anspruch 1, eine Wirbelstrombremse nach Anspruch 8 und eine Seiltrommel nach Anspruch 11, sowie durch die Verwendung der Seiltrommel nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Insbesondere umfasst die Magnetscheibe eine Gitterscheibe und eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die an der Gitterscheibe angebracht sind, so dass benachbarte Permanentmagnete entgegengesetzte Ausrichtungen ihrer Pole, parallel zur Normalen auf die Gitterscheibe, haben, wobei die Mehrzahl von Permanentmagneten Permanentmagnete auf Basis von Samarium-Kobalt sind und in einer Mehrzahl konzentrischer Kreise angeordnet sind.
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Weiter bevorzugt wird die Gitterscheibe im 3D-Druckverfahren mit eingelegten Permanentmagneten (15) geformt.
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Ebenso weiter bevorzugt sind die Permanentmagnete an der Gitterscheibe ohne Rückschluss gehalten.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist jeder konzentrische Kreis die gleiche Anzahl von Permanentmagneten auf.
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Insbesondere die Ausbildung mit zwei konzentrischen Kreisen mit jeweils einer Mehrzahl von trapezförmigen Permanentmagneten ist vorteilhaft, um großflächige Wirbelströme zu erzeugen.
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Die Anordnung mit jeweils 14 Permanentmagnete in jedem konzentrischen Kreis wird des Weiteren bevorzugt.
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Die Gitterscheibe ist in vorteilhafter Weise aus Aluminium gefertigt.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Wirbelstrombremse mit zwei Wirbelstromscheiben und einer dazwischenliegenden Magnetscheibe, wie sie in den vorhergehenden Absätzen beschrieben wurde.
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Die Wirbelstromscheiben weisen bevorzugt eine Niederwiderstandsscheibe, vorzugsweise aus Kupfer, und eine ferromagnetische Scheibe auf, die miteinander derart verbunden sind, dass die Niederwiderstandsscheibe der Magnetscheibe zugewandt ist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Abstand zwischen der Magnetscheibe und einer oder beiden Wirbelstromscheiben verstellbar.
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Auch betrifft die Erfindung eine Seiltrommel mit einem Seilwickelabschnitt in Form einer Trommel, und einer Wirbelstrombremse, wie sie vorangehend beschrieben wurde.
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Letztlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer derartigen Seiltrommel zur Absicherung eines Industriekletterers mit den Schritten:
- Verbinden eines Endes eines auf dem Seilwickelabschnitt aufgewickelten Seils mit einem Ankerpunkt an einer festen Konstruktion; und
- Verbinden der Seiltrommel mit einem Kletterer.
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Die beiliegenden Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere zeigt
- 1 eine Magnetscheibe gemäß der Erfindung in der Aufsicht,
- 2 die Magnetscheibe aus 1 in der Seitenansicht,
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Wirbelstromscheibe,
- 4 eine Schnittansicht zu 3,
- 5 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse,
- 6 Schnittansicht der Wirbelstrombremse aus 5.
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Eine erfindungsgemäße Seiltrommel umfasst einen Seilwickelabschnitt, auf dem ein Seil auf- und abgewickelt werden kann. Der Seilwickelabschnitt hat vorzugsweise die Form einer Spule, also eines zylindrischen Kerns mit an beiden Ende vorgesehenen Führungsrändern.
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Der zylindrische Kern ist drehbar um eine zentralen Achse gelagert.
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Diese Seiltrommel ist erfindungsgemäß mit einer Wirbelstrombremse 9 ausgestattet, die detaillierter in den 5 und 6 gezeigt ist und die vorzugsweise als eine seitliche Begrenzung der Seiltrommel ausgebildet ist.
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Das Seil ist in einem ersten Zustand auf der Seiltrommel aufgewickelt und kann aus dieser händisch herausgezogen werden. Bei dem relativ langsamen Herausziehen wirkt die Wirbelstrombremse 9 als Wiederstand, der problemlos überwunden werden kann und ein unkontrolliertes schnelles Abwickeln verhindert.
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Vorzugsweise weist die Seiltrommel einen Aufwickelmechanimus auf, beispielsweise einen Griff oder eine Kurbel, mit der das Seil nach dem Abwickeln wieder aufgewickelt werden kann. Da das Aufwickeln ebenfalls relativ langsam ausgeführt wird, stellt auch hier die Wirbelstrombremse 9 kein Problem dar. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird zur Erleichterung des Aufwickelns allerding ein Freilauf zwischen der Seiltrommel und der Wirbelstrombremse vorgesehen.
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Die Wirbelstrombremse ist aufgebaut aus einer mittleren Magnetscheibe 11 und zwei an jeweiligen Seiten der Magnetscheibe 11 angeordneten Wirbelstromscheiben 17.
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Eine Ausführungsform der Magnetscheibe 11 ist detailliert in den 1 und 2 gezeigt.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die Magnetscheibe 11 eine Gitterscheibe 13, vorzugsweise aus Aluminium, in der in konzentrischen Kreisen eine Mehrzahl Permanentmagneten 15 angeordnet sind, wobei die Pole der Permanentmagnete 15 parallel zur Normalen auf die Gitterscheibe 13 ausgerichtet sind.
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Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind jeweils 14 Permanentmagnete 15, jeweils in Form eines annähernd Trapezförmigen Plättchens, in zwei konzentrischen Kreisen vorgesehen, wobei sich sowohl radial als auch in Umfangsrichtung auf einer Oberfläche Nord- und Südpol abwechseln. Diese Permanentmagnete sind durch geeignete Mittel an der Gitterscheibe befestigt, beispielsweise durch Verkleben, Verklemmen oder in sonstiger Weise. Auch ist es möglich, die Gitterscheibe aus einer oberen und unteren Hälfte zu fertigen, die miteinander verbunden werden, etwa durch Verkleben oder durch Nieten, wobei die Permanentmagnete zwischen den beiden Hälften der Gitterscheibe 13 gehalten werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gitterscheibe 13 in einem 3D-Druckverfahren um die Permanentmagnete 15 herum hergestellt, so dass die Permanentmagnete 15 fest in der Gitterscheibe 13 gehalten sind.
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Obwohl bei dieser Ausführungsform zwei konzentrische Kreise mit je 14 Magneten verwendet werden, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Eine beliebige gerade Zahl von Magneten ist denkbar. So können - je nach Gewicht - auch jeweils 8, 10, oder 16 Magnete verwendet werden.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform werden Permanentmagnete 15 auf Basis von Samarium-Kobalt (SmCo; RECo) verwendet. Wichtig ist hierbei, dass die Permanentmagnete 15 eine hinreichende Wärmebeständigkeit haben. Viele Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB; REFeB) gehen nur bis 80° oder 100° C, SmCo schafft 250° - 300°C.
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Auch müssen die Permanentmagnete eines jeden konzentrischen Kreises nicht die gleiche Form und Größe aufweisen.
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Die Erfindung ist auch nicht auf zwei konzentrische Kreise für die Anordnung der Permanentmagnete 15 beschränkt. Eine beliebige Zahl von Kreisen ist möglich. So könnten ein, drei oder vier Kreise ausgebildet werden.
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Es ist auch nicht zwingend, dass die Zahl der Permanentmagnete eines Kreises gleich der des benachbarten Kreises ist.
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In der Gitterscheibe 13 werden die Permanentmagnete 15 ohne Rückschluss gehalten, d.h. sie liegen auf beiden Seiten der Gitterscheibe 13 frei.
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Bei der erfindungsgemäßen Wirbelstrombremse wird die Magnetscheibe 11 so angeordnet, dass sie auf beiden Seiten an jeweilige Wirbelstromscheiben 17 mit einem geringen Zwischenabstand von beispielsweise 2 mm angrenzt. Bei Anwendungen in stark Schmutz-belasteten Umgebungen können auch Ausführungen mit mehr oder stärkeren Magneten und größerem Abstand zwischen den Scheiben gewählt werden, um zu verhindern, dass etwa Sand zwischen den Scheiben zu Reibung und zu Beschädigungen führt.
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Die Wirbelstromscheiben 17 werden aus einer Niederwiderstandsscheibe 19, beispielsweise einer Kupferscheibe, und einer ferromagnetischen Scheibe 21, beispielsweise einer Eisenscheibe, gebildet, die mechanisch miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Senknieten entlang des Umfangs.
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Die Wirbelstrombremse 9 ist derart mit dem Seilwickelabschnitt verbunden, dass sich beim Auf- oder Abwickeln des Seils die Magnetscheibe 11 relativ zu den beiden sie umgebenden Wirbelstromscheiben 17 um eine gemeinsame Achse dreht. Dies kann beispielsweise so ausgeführt werden, dass der Seilwickelabschnitt starr mit den Wirbelstromscheiben 17 verbunden ist, während die Magnetscheibe 11 mit einem Gehäuse der Seiltrommel fest verbunden ist und sich nicht mit dreht.
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Alternativ kann sich die Magnetscheibe 11 zusammen mit dem Seilwickelabschnitt drehen, während die Wirbelstromscheiben 17 feststehen.
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Bei einer andern Alternative kann der Seilwickelabschnitt über eine Übersetzung mit dem sich mitdrehenden Element verbunden sein, so dass sich dieses Element - also die Magnetscheibe 11 oder die Wirbelstromscheiben 17 - mit einer erhöhten Rotationsgeschwindigkeit mit dreht.
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Die Gitterscheibe 13 hat bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Durchmesser von beispielsweise 20 cm, während die beiden Wirbelstromscheiben 17,5 mit einem Durchmesser von 20,5 cm etwas größer sind. Die Gitterscheibe 13 kann dabei eine Stärke von 9 mm aufweisen, wobei die Permanentmagnete 15 bevorzugt flächenbündig in korrespondierenden Löchern des Gitters der Gitterscheibe 13 vorgesehen sind.
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Die Wirbelstromscheiben 17 können bei dieser Ausführungsform eine Stärke von 5 mm haben, wobei sie aus einer der Magnetscheibe 13 zugewandten Kupferscheibe 19 mit ca. 3 mm Stärke und einer Eisenscheibe 21 mit 2 mm Stärke, die für den Rückschluss sorgt, aufgebaut sind.
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Die hier angegeben Maße sind beispielhaft und können je nach Anwendungsfall variieren.
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Bei dem geschilderten Aufbau hat die Wirbelstrombremse ein Gewicht von ca. 4 kg und eine Gesamtbreite von 23 mm, so dass sie gut als Teil einer Seiltrommel ausgebildet werden kann, die ein Industriekletterer in einem Rucksack mit sich führt, oder auch als Teil einer am Boden verbleibenden Seiltrommel.
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Im ersteren Fall, wird der Industriekletterer das Seil an dem Bauwerk sichern, während die Seiltrommel in seinem Rucksack über ein geeignetes Geschirr fest an dem Kletterer angebracht ist.
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Im zweiten Fall ist die Seiltrommel fest am Boden verankert und das freie Ende des Seils wird mit dem Geschirr des Kletterers verbunden.
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Durch die Anordnung der Permanentmagnete 15, wie es in 1 und 2 gezeigt ist, werden Wirbelströme über eine große Fläche der Wirbelstromscheiben 17 erzeugt. Auf diese Art kann eine hinreichende Bremswirkung erzielt werden, um einen Kletterer - beispielsweise im Fall der Bewusstlosigkeit - sicher zu Boden gleiten zu lassen. Die dabei entstehende Wärme in der Wirbelstrombremse 9 kann von der Magnetscheibe 11 und den Wirbelstromscheiben 17 und ggf. von dem Gehäuse der Seiltrommel aufgenommen werden. Dabei wird zu keinem Zeitpunkt die zulässige Temperatur für die Permanentmagnete 15 überschritten.
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3 zeigt eine der beiden Wirbelstromscheiben 17. Bei dieser Wirbelstromscheibe 17 ist die Kupferplatte 19 an einer Eisenplatte 21 angebracht. Die Kupferplatte 19 hat einen geringen elektrischen Wiederstand, so dass in ihr gut entsprechende Wirbelströme erzeugt werden können, wenn sich die Wirbelstromscheibe 17 relativ zu der Magnetscheibe 11 dreht. Die induzierten Ströme sind bekanntlich annähernd direkt proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Materials. Die Eisenscheibe 21 sorgt ihrerseits für den Rückschluss der Permanentmagnete 15.
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4 zeigt die Wirbelstromscheibe 17 aus 3 im Schnitt. Vorzugsweise sind die Kupferplatte 19 und die Eisenplatte 21 durch Senknieten miteinander verbunden, die entlang des äußeren Umfangs angeordnet sind. Es ist dabei darauf zu achten, die Senknieten so anzuordnen, dass sie die Ausbildung von großflächigen Wirbelströmen möglichst wenig beeinträchtigen. Vorzugsweise werden dabei Kupfer- oder Aluminium-Nieten verwendet, die selbst leitfähig sind.
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Die beiden Wirbelstromscheiben 17 sind auf einer gemeinsamen Achse mit der zwischen ihnen angeordneten Magnetscheibe 11 angebracht, um die Wirbelstrombremse 9 der Erfindung zu bilden, wie sie in den 5 und 6 gezeigt ist.
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Wie es oben beschrieben ist, sind die beiden Wirbelstromscheiben 17 jeweils mit einem Abstand von 2 mm von der Magnetscheibe 11 angeordnet. Je kleiner der Abstand ist, desto größer ist die Bremswirkung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand daher nicht fest, sondern kann durch geeignete Mittel eingestellt werden, etwa durch Schrauben. Auf diese Art kann die Bremswirkung und damit die Geschwindigkeit, mit der ein Körper zu Boden gleitet eingestellt werden. Die Mittel zum Einstellen des Abstands können mit einer Skale versehen sein, auf der das Gewicht des Kletterers angegeben ist, wobei ein schwerer Kletterer einen geringeren Abstand zwischen Magnetscheibe 11 und Wirbelstromscheibe 17 erfordert.
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Obwohl die Erfindung anhand eines Beispiels ausführlich beschrieben wurde, ist sie hierauf nicht beschränkt. Verschiedene Abwandlungen sind im Rahmen der beiliegenden Ansprüche möglich. So kann anstelle von Kupfer auch ein anderes gut leitfähiges Material verwendet werden. Auch Aluminium ist als Material für die Gitterscheibe nicht zwingend. Es ist auch denkbar, die Magnete in einer Kunststoff-Gitterscheibe zu halten.
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Die erfindungsgemäße Seiltrommel kann beispielsweise von einem Industriekletterer in einem Rucksack mitgeführt werden.
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Bei einer anderen Ausgestaltung bleibt die Seiltrommel fest verankert am Boden stehen.
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Beim Einsatz als Fluchtweg, steht die Seiltrommel mit dem passenden Geschirr auf einem Dach, Balkon oder ähnlichem, von wo sich im Brandfall eine Person abseilen kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Seiltrommel auch genutzt werden, um kontrolliert eine andere Last als einen Menschen aus größerer Höhe abzuseilen.
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Die Seiltrommel ist von sich aus so gestaltet, dass sich beim Abwickeln des Seils die Seillänge pro Umdrehung der Trommel verringert, je mehr von dem Seil bereits abgewickelt ist, da sich der Radius der Wicklung verringert. Das würde dazu führen, dass sich die Magnetscheibe 11 gegenüber den Wirbelstromscheiben 17 immer schneller drehen würde, wenn die Absinkgeschwindigkeit konstant wäre. Dies wird was aber durch die Wirkung der Wirbelstrombremse verhindert, die ja bekanntlich umso stärker bremst, je schneller sich die beiden Teile gegeneinander bewegen. Erfindungsgemäß bleibt die Rotationsgeschwindigkeit über den ganzen Abwickelvorgang daher annähernd konstant, wobei bei abnehmendem Radius der Wicklung folglich die die pro Zeiteinheit abgewickelte Seillänge kleiner wird. Auf diese Art kann erreicht werden, dass sich die Geschwindigkeit, mit der der Kletterer sich dem Boden nähert umso langsamer wird, je näher er dem Boden kommt, so dass zusätzlich das Verletzungsrisiko verringert wird.
- 9
- Wirbelstrombremse
- 11
- Magnetscheibe
- 13
- Gitterscheibe
- 15
- Permanentmagnete
- 17
- Wirbelstromscheiben
- 19
- Niederwiderstandsscheibe
- 21
- ferromagnetische Scheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012022675 A1 [0007]
- DE 202012101380 U1 [0009]
