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Die
Erfindung betrifft eine Versorgungsleitung, insbesondere ein Schlauchpaket
für einen
Industrieroboter, mit einem integrierten Überwachungssensor zur Überwachung
der Verformung der Versorgungsleitung sowie eine Vorrichtung mit
einer derartigen Versorgungsleitung.
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In
vielen technischen Bereichen werden Versorgungsleitungen in zum
Teil hoch belasteten Bereichen eingesetzt und geführt, sind
also mitunter extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Insbesondere
bei der Anbindung von sich bewegenden Maschinenteilen muss die Versorgungsleitung
eine ausreichend hohe Elastizität
oder Biegeschlaffheit aufweisen, um den Bewegungen des Maschinenteils
folgen zu können.
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Ein
derartiger hoch belastender Einsatzbereich liegt beispielsweise
bei einem insbesondere mehrarmigen Industrieroboter vor, wie er
in vielen Industriebereichen zu Automatisierungszwecken eingesetzt
wird. Bei einem Industrieroboter wird die Versorgungsleitung, die
als so genanntes Schlauchpaket mit einer Vielzahl von einzelnen
Leitungskomponenten ausgestattet ist, über mehrere relativ zueinander
bewegbare Roboterarme zu einem Werkzeugkopf, beispielsweise einem
Schweißapparat,
geführt. In
dem Schlauchpaket sind üblicherweise
elektrische Versorgungs- und Datenkabel, optische Kabel sowie Fluidleitungen
zur Zuführung
von Gasen oder Flüssigkeiten
angeordnet. Der Ausfall eines Industrieroboters, beispielsweise
aufgrund eines Adernbruches in einem elektrischen Kabel, kann zu
hohen Stillstandszeiten und damit zu hohen Kosten führen. Ein derartiger
Adernbruch tritt beispielsweise bei einer unzulässigen Biegebelastung des Schlauchpakets auf,
bei der das elektrische Kabel über
eine erlaubte Streckgrenze gedehnt wird. Eine derartige unzulässige Biegung
stellt daher eine unzulässige
Verformung des elastischen, biegeschlaffen Schlauchpakets dar.
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Aus
der
DE 198 06 629
A1 ist ein Lichtleitkabelsystem zur Biegeradius- und Bruchüberwachung von
Lichtleitfasern zu entnehmen. Das Lichtleitkabelsystem ist als Hochleistungs-Lichtleitkabel
vorgesehen, durch das hochenergetische Laserstrahlung geleitet wird.
Die Überwachung
eines derartigen Lichtleitkabels ist vorgeschrieben und dient der
Arbeitssicherheit. Zur Überwachung
der Lichtleitfaser ist eine zusätzliche Überwachungsfaser
vorgesehen. Bei Überschreitung
eines bestimmten Biegeradiusses der zu überwachenden Lichtleitfaser
wird der Reflexionswinkel der Totalreflektion überschritten und Licht tritt
aus der überwachten
Faser in die Überwachungsfaser
aus. Dieses dann in der Überwachungsfaser
detektierte Licht wird als Signal für eine unzulässige Biegung
ausgewertet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unzulässige Verformung, insbesondere
bei einem Schlauchpaket eines Industrieroboters mit einfachen Mitteln
erfassen zu können.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch eine Versorgungsleitung gemäß Anspruch 1. Danach ist vorgesehen,
dass die elastische oder biegeschlaffe Versorgungsleitung einen Überwachungssensor
zur Detektion einer unzulässigen
Verformung aufweist. Zur Ausbildung des Überwachungssensors ist in die
Versorgungsleitung eine claddingfreie Lichtleiterfaser integriert,
die von einer Ummantelung umgeben ist. Beim Betrieb wird durch die
Lichtleiterfaser Licht geleitet, so dass sich an der Außenoberfläche der
Lichtleiterfaser das so genannte Evanescent-Feld ausbildet. Bei
einer unzulässigen Verformung
wird auf die Ummantelung ein Druck ausgeübt, so dass die Ummantelung
gegen die Faser gepresst wird, wodurch das Evanescent-Feld und damit
die Lichtausbreitung gestört
wird. Diese Störung wird
als Intensitätsänderung
erfasst und bei Bedarf ausgewertet.
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Diese
Ausgestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass bei der Lichtausbreitung
in einer Lichtleiterfaser sich im oberflächennahen Bereich das Evanescent-Feld
ausbildet, dass also die elektromagnetischen Wellen sich in diesem
oberflächen nahen
Bereich ausbreiten. Herkömmliche
Lichtwellenleiter sind von einem so genannten Cladding umgeben, welches
einen Mantel oder eine Beschichtung der optischen Faser (Lichtleiterfaser)
darstellt und die gewünschte
Totalreflektion durch die Wahl eines Brechungsindex kleiner dem
der Lichtleiterfaser gewährleistet.
Die Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, dass eine Störung der
Lichtwellenausbreitung im Bereich des Evanescent-Feldes zu einer messbaren
Intensitätsveränderung
führt,
die ausgewertet werden kann. Ausgehend hiervon ist zur Ausgestaltung
des Überwachungssensors
wesentlich, dass die Lichtleiterfaser claddingfrei ist, dass sie
also keine direkte Beschichtung aufweist. Dadurch wird ermöglicht,
dass bei einer Druckbeaufschlagung die Ummantelung gegen die claddingfreie
Lichtleiterfaser gepresst wird, so dass das Evanescent-Feld gestört wird.
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Ausgehend
von diesem Sensorprinzip ist bei der vorliegenden Erfindung die
Integration eines derartig ausgebildeten Überwachungssensors in eine Versorgungsleitung
vorgesehen. Wird die Versorgungsleitung unzulässig verformt, so führt dies
nämlich
dazu, dass die Ummantelung gegen die Lichtleiterfaser gedrückt wird,
so dass eine Intensitätsveränderung
erfasst und ausgewertet werden kann. Ein wesentlicher Vorteil des Überwachungssensors
ist darin zu sehen, dass er bereits ohne Verformung der Lichtleiterfaser
sensitiv ist. Es genügt
daher, wenn die Ummantelung zum Anliegen an die Lichtleiterfaser
kommt.
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Bei
dem Überwachungssensor
handelt es sich daher um einen drucksensitiven Sensor. Für dessen
Wirkung ist von entscheidender Bedeutung, dass durch das Andrücken der
Ummantelung gegen die Lichtleiterfaser das Evanescent-Feld und damit die
Lichtausbreitung beeinträchtigt
wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Ummantelung vorzugsweise einen Brechungsindex
aufweist, der größer ist
als der der Lichtleiterfaser, so dass die Bedingung für Totalreflektion
bei anliegender Ummantelung unterbrochen ist. Alternativ weist die
Ummantelung ein hohes Dämpfungs-
oder Absorptionsvermögen
auf, so dass – selbst
wenn die Bedingung für
die Totalreflektion gegeben ist – das Licht sich im oberflächennahen
Bereich durch die eine hohe Dämpfung
aufweisende Ummantelung ausbreiten muss und dadurch geschwächt wird.
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Um
im normalen, also unbelasteten Zustand eine weitgehend störungsfreie
Lichtausbreitung zu ermöglichen,
ist vorzugsweise die Lichtleiterfaser unter Freilassung eines Zwischenraums
von der Ummantelung umgeben. Zweckdienlicherweise wird bei der Versorgungsleitung
eine unzulässige
Biegung erfasst und der Überwachungssensor
ist außerhalb
einer neutralen Faser der Versorgungsleitung angeordnet.
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Zweckdienlicherweise
ist der Überwachungssensor
außerhalb
einer neutralen Faser der Versorgungsleitung angeordnet, so dass
bei einer Biegung der Versorgungsleitung gewährleistet ist, dass auf den Überwachungssensor
ein Druck in – bezogen
auf die Biegung der Versorgungsleitung – radialer Richtung ausgeübt wird.
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Um
eine einfache Herstellung zu ermöglichen,
ist zweckdienlicherweise die Versorgungsleitung oder eine Leitungskomponente
von ihr gemeinsam mit der Lichtleiterfaser extrudiert. D.h. die
Versorgungsleitung und die Lichtleiterfaser werden kostengünstig als
Meterware hergestellt.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung ist der Überwachungssensor, umfassend
die Lichtleiterfaser und die Ummantelung, mit weiteren Leitungskomponenten
zur Ausbildung der Versorgungsleitung verseilt.
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Zweckdienlicherweise
ist die Lichtleiterfaser in einem Mantel der Versorgungsleitung
integriert. Dies hat den Vorteil, dass die Lichtleiterfaser im Außenbereich
angeordnet ist, in dem die Verformung und damit die Druckeinwirkung
auf den Überwachungssensor
am größten ist.
Vorzugsweise bildet hierbei der Mantel zugleich auch die Ummantelung der
Faser. Der Mantel und die Lichtleiterfaser werden hierbei insbesondere
koextrudiert.
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Um
eine hohe Sensibilität
zu gewährleisten ist
die Ummantelung insbesondere leicht verformbar ausgebildet und weist
eine nur geringe Eigensteifigkeit auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
ist die Ummantelung hierbei als ein die Lichtleiterfaser umgebender
Schlauch ausgebildet, in dem diese insbesondere lose einliegend
geführt
ist. Die Ausgestaltung mit der lose einliegenden Faser ist aufgrund
ihrer einfachen Herstellbarkeit sehr kostengünstig. Die Faser ist hierbei
in etwa schlangenlinienartig innerhalb des Schlauches geführt und
schmiegt sich an den Umkehrpunkten an der Ummantelung an. Bei Druckbelastung
kommen größere Teilbereiche
der Lichtleiterfaser mit der Ummantelung in Berührung.
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Alternativ
hierzu wird zur Ausbildung der Ummantelung die Faser umschäumt. Insbesondere
bildet hierbei die Umschäumung
zugleich auch den Mantel der Versorgungsleitung oder einer Leitungskomponente
der Versorgungsleitung. Zweckdienlicherweise wird hierbei ein offenporiger
Schaum verwendet, so dass die Ummantelung sich nicht vollflächig an
der Lichtleiterfaser abstützt.
Ein geschlossenporiger Schaum kann verwendet werden, wenn der Brechungsindex
des Schaummaterials kleiner ist als der der Lichtleiterfaser. In
diesem Fall wird bei einer Druckausübung, also dem Anpressen der
Ummantelung gegen die Lichtleiterfaser, der Schaum komprimiert,
wodurch sein Dämpfungsverhalten stark
verändert
wird, was zu der Intensitätsveränderung
führt.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
weiterhin gelöst
durch eine Vorrichtung, insbesondere ein Industrieroboter gemäß Anspruch
12. Die Vorrichtung ist hierbei insbesondere eine Maschine oder eine
Anlage, bei der zwei relativ zueinander bewegbare Maschinenteile
vorgesehen sind und die Versorgungsleitung über diese hinweg – oder an
diesen entlang geführt
ist. Die im Hinblick auf die Versorgungsleitung angeführten Vorteile
und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Vorrichtung zu übertragen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung wird der Intensitätsverlauf des erfassten Lichts
in einer Auswerteeinrichtung gespeichert. Durch das Abspeichern
besteht die Möglichkeit,
auch zu einem beliebigen späteren
Zeitpunkt Ursachen für
eine Beschädigung
der Versorgungsleitung nachzuvollziehen. Aufgrund des teilweise
hohen wirtschaftlichen Schadens bei Ausfall einer Produktionsanlage
aufgrund einer schadhaften Versorgungsleitung ist dies besonders
relevant im Hinblick auf Garantie- und Gewährleistungsansprüche. Durch
diese Maßnahme hat
nämlich
der Hersteller oder Lieferant der Versorgungsleitung die Möglichkeit,
eine unzulässige
und nicht mehr unter die Gewährleistung
fallende Benutzung nachzuweisen. Die abgespeicherten Intensitätsverläufe werden
hierzu bei Bedarf aus dem Speicher ausgelesen und ausgewertet. Hierzu
ist vorzugsweise auch eine Ferndiagnose vorgesehen.
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Da
abhängig
von dem jeweiligen Einsatzgebiet der Versorgungsleitung diese einen
komplexen Aufbau aufweist und zudem für unterschiedliche Anwendungen
vorgesehen sein kann, wird der Überwachungssensor
gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung, zunächst geeicht. Hierzu wird die
Versorgungsleitung mit dem integrierten Überwachungssensor den beim
Einsatz der Versorgungsleitung jeweils erlaubten Belastungen ausgesetzt.
Die hierbei zwangsläufig
auftretenden Intensitätsänderungen des
erfassten Lichts werden als zulässige
Referenzkurven gespeichert. Hierbei werden zweckdienlicherweise
in einer Tabelle für
unterschiedliche Betriebsarten unterschiedliche Referenzverläufe gegebenenfalls
mit Toleranzabweichungen abgespeichert, so dass die gesamten Arbeitsprofile
und das gesamte Arbeitsspektrum beispielsweise eines Industrieroboters
abgedeckt sind. Zur Ermittlung, ob eine unzulässige Belastung stattgefunden
hat, werden dann die im Betrieb erfassten Intensitätsverläufe mit
den Referenzverläufen
verglichen. Eine Abweichung oberhalb vorgegebener Schwellwerte wird
dann als unzulässige
Belastung ausgewertet.
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Um
einen störungsfreien
Betrieb eines Anlagenprozesses zu gewährleisten, ist der Überwachungssensor
zweckdienlicherweise mit einer Prozessüberwachung verbunden und bei
Auftreten einer unzulässigen
Belastung wird von der Prozessüberwachung
ein Fehlersignal abgegeben. Als Fehlersignal wird hierbei ein optisches,
akustisches oder auch ein Abschaltsignal abgegeben, welches zu einer Zwangsabschaltung
der Anlage führt,
um weitere Schäden
zu vermeiden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen und teilweise stark vereinfachten
Darstellungen:
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1 ein
Schlauchpaket mit mehreren unterschiedlichen Leitungskomponenten
und mehreren integrierten Überwachungssensoren,
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2A bis 2C unterschiedliche
Ausführungsvarianten
des Überwachungssensors,
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3 eine
Fluidleitung mit mehreren integrierten Lichtleiterfasern,
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4 ein
elektrisches Kabel mit integriertem Überwachungssensor, und
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5 eine
stark schematisierte Darstellung eines Industrieroboters mit einer
Versorgungsleitung mit integriertem Überwachungssensor sowie einer Auswerteeinrichtung.
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In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die
in 1 dargestellte Versorgungsleitung 2 wird
insbesondere als so genanntes Schlauchpaket bei Industrierobotern
zur Versorgung eines Werkzeugkopfes mit elektrischen oder optischen
Signalen, mit einer elektrischen Stromversorgung sowie zur Versorgung
mit unterschiedlichen Medien wie Gasen, Flüssigkeiten usw. eingesetzt.
Das hier vorgeschlagene Konzept ist prinzipiell für alle Anwendungen
geeignet, bei denen eine Überwachung
einer Leitung im Hinblick auf eine Druck- und/oder Biegebelastung
gefordert ist. Die Versorgungsleitung 2 umfasst einen außen liegenden,
als Schutzmantel ausgebildeten Mantel 4, der mehrere Leitungskomponenten
unterschiedlicher Typen umgibt. Im Ausführungsbeispiel sind als unterschiedliche
Typen für
die Leitungskomponenten elektrische Kabel 6A,6B,
Fluidleitungen 8A,8B sowie Füllstränge 10 vorgesehen.
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Die
dargestellte Versorgungsleitung 2 weist eine Mehrzahl von Überwachungssensoren 12 auf. Vier
von ihnen sind hierbei im Mantel 4 der Versorgungsleitung 2 integriert,
zwei weitere sind mit den weiteren Leitungskomponenten 6A,6B,8A,8B, 10 verseilt,
ein Überwachungssensor
ist im elektrischen Kabel 6A integriert, und zwei Fluidleitungen 8A weisen
wiederum jeweils vier Überwachungssensoren 12 auf.
Um bei einer Biegung in einem druckbelasteten Bereich angeordnet
zu sein liegen die Überwachungssensoren
außerhalb
einer (nur zeichnerisch dargestellten) neutralen Faser 18 der
Versorgungsleitung 2 sowie der Fluidleitung 8A und
des elektrischen Kabels 6A.
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In 1 sind
die Überwachungssensoren nur
beispielhaft dargestellt. Durch die Integration in den Mantel 4 oder
auch durch das Verseilen mit den weiteren Leitungskomponenten ist
die Überwachung der
Versorgungsleitung 2 als solche ermöglicht. Durch die Integration
in den einzelnen Leitungskomponenten, beispielsweise in die Fluidleitung 8A oder in
das elektrische Kabel 6A, können diese zusätzlich überwacht
werden. Alternativ hierzu werden lediglich eine oder mehrere Leitungskomponenten überwacht, ohne
dass ein Überwachungssensor 12 im
Mantel 4 integriert oder mit verseilt ist.
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Beispiele
für die
Ausbildung der Überwachungssensoren
sind in den 2A bis 2C dargestellt.
Der Überwachungssensor 12 umfasst
notwendigerweise eine innen liegende Lichtleiterfaser 14 sowie
eine diese umgebende Ummantelung 16.
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Bei
den beiden Überwachungssensoren
gemäß den 2A und 2B ist
zwischen der Lichtleiterfaser 14 und der Ummantelung 16 ein
insbesondere mit Luft gefüllter
Zwischenraum 20 vorgesehen, so dass die Lichtleiterfaser 14 von
der Ummantelung 16 beabstandet ist. Die Lichtleiterfaser 14 stützt sich hierbei
lediglich an einzelnen Punkten an der Ummantelung ab. Gemäß der 2B sind
hierzu Stützstege 22 vorgesehen,
die einen Teil der Ummantelung 16 bilden. Die Ummantelung 16 weist
daher eine Art Innenprofilierung auf. Dies kann auch durch eine besonders
große
Oberflächenrauhigkeit
erreicht werden.
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Gemäß 2A ist
die Ummantelung 16 als ein Schlauch ausgebildet, in dem
die Lichtleiterfaser 14 lose einliegend geführt ist,
so dass diese über
die Längserstreckung
des Überwachungssensors 12 betrachtet
in dem Schlauch schlangenlinienförmig
oder bogenartig angeordnet ist und sich lediglich an ihren Umkehrpunkten
jeweils an der Ummantelung 16 abstützt.
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Bei
der dritten Ausführungsvariante
des Überwachungssensors 12 gemäß 2C ist
kein Zwischenraum 20 vorgesehen. Vielmehr liegt die Ummantelung 16 unmittelbar
an der Lichtleiterfaser 14 an.
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Für die Wirksamkeit
des Überwachungssensors
bei der Einwirkung eines Druckes, hervorgerufen durch eine Verformung
der Versorgungsleitung 2, ist zum einen wesentlich, dass
die Lichtleiterfaser kein so genanntes Cladding aufweist. Das Cladding ist üblicherweise
eine Beschichtung oder ein Fasermantel, welcher einen kleineren
Brechungsindex als die Lichtleiterfaser 14 aufweist, so
dass die Bedingung für
die Totalreflektion im Grenzbereich zwischen der Faser und dem Cladding
gewährleistet
ist. Ein weitergehender, mit der Ummantelung 16 vorgesehener
Schutzmantel hat in diesem Fall keinerlei Auswirkung auf die Lichtausbreitung.
Dem gegenüber
ist beim vorliegenden Überwachungssensor 12 der
Einfluss der Ummantelung 16 von entscheidender Bedeutung.
Und zwar bildet sich bei der Lichtausbreitung im oberflächennahen
Außenbereich
das so genannte Evanescent-Feld aus. Die Eindringtiefe desselben
in den Außenbereich
beträgt
wenige μm. Die
Wirkung des Überwachungssensors
beruht nun darauf, dass das Evanescent-Feld und damit die Lichtausbreitung
beeinträchtigt
wird. Gemäß einer ersten
Variante weist hierbei die Ummantelung 16 einen höheren Brechungsindex
als die Lichtleiterfaser 14 auf, so dass das Licht aus
der Lichtleiterfaser 14 quasi ausgekoppelt und nicht mehr
reflektiert wird, sobald sich die Ummantelung 16 an die
Faser 14 anlehnt. Diesen Effekt nutzen insbesondere die
Ausführungsvarianten
gemäß den 2A und 2B aus. Voraussetzung
hierfür
ist, dass die Ummantelung ausreichend elastisch ist, so dass bei
einer Druckbelastung diese sich zusätzlich zu den Stützstellen
flächig
an die Faser 14 anschmiegt.
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Eine
Intensitätsveränderung
wird in einer zweiten Alternative dadurch hervorgerufen, dass lediglich
eine Dämpfung
des Evanescent-Feldes und damit der Lichtausbreitung erfolgt. Auf
diesem Effekt beruht die Ausgestaltung gemäß 2C. Hierbei kann
die Randbedingung für
die Totalreflektion weiterhin erfüllt sein, der Brechungsindex
der Ummantelung ist also kleiner als der der Faser 14.
Wesentlich ist, dass das Dämpfungsverhalten
der Ummantelung 16 bei Druckbelastung verändert wird.
Dies wird dadurch erzielt, dass das Material der Ummantelung 16 kompressibel
und beispielsweise geschäumtes
Material ist. Bei Druckbelastung wird die Ummantelung 16 komprimiert,
so dass die Dämpfung
erhöht
wird. Wird ein offenporiges geschäumtes Material verwendet, welches
keine geschlossene Oberfläche,
sondern eine Oberfläche
mit einer Porenstruktur aufweist, so bilden diese Poren quasi einzelne
Zwischenräume
zu der Lichtleiterfaser 14.
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Im
Unterschied zu den Ausführungsvarianten
gemäß den 2A bis 2C ist
die Querschnittsgeometrie des Überwachungssensors 12 nicht
notwendigerweise rund.
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In 3 ist
nochmals die Fluidleitung 8A mit den integrierten Überwachungssensoren 12 dargestellt.
Diese sind als in den Schlauchmantel 26 der Fluidleitung 8A integrierte
Lichtleiterfasern 14 ausgebildet. Der Schlauchmantel 26 bildet
daher zugleich die Ummantelung 16. Die Überwachungssensoren 12 sind
hierbei um den Umfang der Fluidleitung 8A in etwa gleichmäßig verteilt,
so dass die Biegungen der Fluidleitung 8A in unterschiedliche
Richtungen ohne weiteres erfasst werden können. Die 4 zeigt
das elektrische Kabel 6A, in dem – zusammen mit den hier nicht
näher dargestellten
einzelnen elektrischen Leitungen oder Drähten – ein Überwachungssensor 12 integriert,
insbesondere verteilt oder eingeflochten ist.
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In 5 ist
stark vereinfacht ein Industrieroboter 40 mit mehreren
relativ zueinander beweglich gelagerten Roboterarmen 42 dargestellt.
Die Versorgungsleitung 2 wird von einer Anschluss-Schnittstelle 44 an
den einzelnen Roboterarmen 42 entlang geführt zu einem
hier nicht dargestellten Werkzeugkopf, um diesen zu versorgen. Der
Industrieroboter 40 führt
im Betrieb z.T. sehr komplexe Bewegungen aus, so dass die elastische
Versorgungsleitung 2 Biege- und auch Torsionsbeanspruchungen
ausgesetzt ist. Wird die zulässige
Beanspruchung der Versorgungsleitung 2 überschritten, beispielsweise
durch ein zu weites Ausfahren oder ein Überdrehen der Roboterarme 42,
so führt
dies zu einer unzulässigen
Verformung der Versorgungsleitung 2, wie beispielsweise Streckung,
Stauchung oder Biegung, wodurch sich lokale Bereiche mit erhöhter Druckbeanspruchung ausbilden,
die zu einem Ansprechen des Überwachungssensors 12 führen.
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Die
Intensitätsänderung
des erfassten Lichts bei einer Verformung der Versorgungsleitung 2 rührt also
daher, dass in den Bereichen außerhalb
der neutralen Faser 18 der Versorgungsleitung 2 Bereiche
mit erhöhter
Zug- oder erhöhter
Druckbeanspruchung vorliegen. Infolge einer solchen insbesondere aufgrund
einer Biegung hervorgerufenen Druckbeanspruchung wird die Ummantelung 16 des Überwachungssensors 12 gegen
die Lichtleiterfaser 14 gepresst, wodurch die Intensitätsverringerung
des sich im Überwachungssensors 12 ausbreitenden
Lichts wie beschrieben hervorgerufen wird.
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Im
Betrieb wird zur Überwachung
einer unzulässigen
Verformung der Versorgungsleitung 2 über eine Einspeisestelle 28 Licht
insbesondere einer Leuchtdiode in die Lichtleiterfaser 14 eingekoppelt, welches über eine
Auskoppeleinheit 30 wieder ausgekoppelt wird. Die Lichtintensität des ausgekoppelten
Lichts wird von einem hier nicht dargestellten Sensor, insbesondere
eine Diode erfasst. Die Einspeisestelle 28 sowie die Auskoppeleinheit 30 sind mit
einer Steuer- und Auswerteeinheit 32 über Signalleitungen 33 verbunden,
In dieser wird die Intensitätsveränderung
zwischen dem eingekoppelten und dem ausgekoppelten Licht erfasst
und bei Bedarf ausgewertet. Die Auswerteeinheit 32 umfasst
hierbei insbesondere einen Speicher 34, in dem die ermittelten
Intensitätsverläufe abgelegt
werden. Gleichzeitig sind im Speicher Referenzkurven abgelegt, die
die Intensitätsverläufe bei
einer normalen und zulässigen
Beanspruchung wiedergeben. Zur weitergehenden Auswertung werden
die erfassten oder die abgespeicherten Intensitätsverläufe insbesondere durch Vergleich
mit den Referenzkurven ausgewertet. Dies erfolgt entweder innerhalb
der Auswerteeinheit 32 oder die Daten werden über eine
Datenschnittstelle 36 an eine externe Auswerteeinheit 38 beispielsweise
drahtlos übertragen.
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Bevorzugt
ist eine Online-Überwachung während des
Betriebs im Rahmen einer Prozessüberwachung
vorgesehen, um Beschädigungen
frühzeitig
zu erkennen. In diesem Fall werden die Intensitätsverläufe kontinuierlich oder in
regelmäßigen Abständen ausgewertet.
Wird eine unzulässige
Belastung festgestellt, so wird ein Fehlersignal F von der Auswerteeinheit 32 abgegeben
und beispielsweise über
eine weitere Signalleitung 33 an den Industrieroboter 40 übermittelt
und dort akustisch oder optisch angezeigt. Bei einem schweren Fehler
kann über
die Signalleitung 33 auch eine Zwangsabschaltung des Industrieroboters 40 vorgenommen
werden.
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Die Überwachung
einer Versorgungsleitung 2 lässt sich in vielen technischen
Bereichen einsetzen, bei denen die Versorgungsleitung 2 mechanischen
Belastungen ausgesetzt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall,
wenn über
die Versorgungsleitung 2 sich bewegende Maschinenteile
versorgt werden. Dies betrifft beispielsweise Kräne und Krananlagen, in so genannten
Schleppketten geführte
Versorgungsleitungen 2, elektrische Kabelbäume bei
Windkraftanlagen, Benzin- oder Fluidleitungen bei Tanks oder Betankungsanlagen,
Gasleitungen bei Schweißgeräten, elektrische
Kabel bei Aufzügen, mechanisch
belastete Steuerleitungen oder Energieversorgungsleitungen, beispielsweise
im Kraftfahrzeugbereich usw.
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- 1
- Versorgungsleitung
- 4
- Mantel
- 6A,B
- elektrisches
Kabel
- 8A,B
- Fluidleitung
- 10
- Füllstrang
- 12
- Überwachungssensor
- 14
- Lichtleiterfaser
- 16
- Ummantelung
- 18
- neutrale
Faser
- 20
- Zwischenraum
- 22
- Stützsteg
- 26
- Schlauchmantel
- 28
- Einspeisestelle
- 30
- Auskoppelelement
- 32
- Auswerteeinrichtung
- 33
- Signalleitung
- 34
- Speicher
- 36
- Datenschnittstelle
- 38
- externe
Auswerteeinheit
- 40
- Industrieroboter
- 42
- Roboterarm
- 44
- Anschluss-Schnittstelle
- F
- Fehlersignal