EP2434050B1 - Seil mit einem Sensormodul - Google Patents

Seil mit einem Sensormodul Download PDF

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EP2434050B1
EP2434050B1 EP11007787.2A EP11007787A EP2434050B1 EP 2434050 B1 EP2434050 B1 EP 2434050B1 EP 11007787 A EP11007787 A EP 11007787A EP 2434050 B1 EP2434050 B1 EP 2434050B1
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EP
European Patent Office
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rope
sensor module
strand
sensor
elongation
Prior art date
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EP11007787.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2434050A1 (de
Inventor
Thomas Schlätzer
Christian Dr. Berthold
Michael Dipl.-Ing. Jungnickel
Eckehart Dipl.-Phys. Schirmer
Christoph Rickerl
Werner Karl Prof. Dr. Schomburg
Thomas Gerhard Prof. Dr. Gries
Melanie Wipfler
Tassi Giannikopoulos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geo Gleistein&Sohn GmbH
Original Assignee
Geo Gleistein&Sohn GmbH
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Publication date
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Publication of EP2434050A1 publication Critical patent/EP2434050A1/de
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    • D07B2201/209—Jackets or coverings comprising braided structures

Definitions

  • rope Textile ropes, tapes, cords, cords, etc., in particular of chemical or natural fibers or wire strands or a combination thereof, referred to in the context of the invention as "rope", find in numerous applications in lifting and securing loads, loads or persons, as a ship's leash, in the industrial sector or in sports applications, with a failure evident z. T. can have serious consequences.
  • the object of the invention is to provide a rope that is inexpensive to produce and allows reliable detection of stress, strain and disruption.
  • a third sensor module is connected to the rope such that it is also stretched upon stretching of the rope without shifting or slipping relative to the rope, which would interfere with the detection of the elongation of the rope.
  • the sensor module extends from a first end to a second end, i. practically the full length of the rope.
  • the sensor module is provided on at least one of its ends, in particular on one end of the cable, more particularly on an end face of the rope, with an externally accessible contact element.
  • This may be an externally contactable portion of the sensor module or attached to the sensor module contacts, plugs, sockets or the like.
  • the sensor module is connected at one of its ends to measuring electronics which can be interrogated from the outside in an electrically contacting or contactless manner.
  • the measuring electronics may for example be embedded in the cable or attached externally thereto, and they may be provided with contacts, via which they can be supplied with operating current and data can be read out.
  • a contactless power and data transmission can be provided.
  • several, for example, three or four independent sensor modules may be present, which may be arranged parallel to each other, and (in the case of four sensor modules) may be connected in the manner of a Wheatstone bridge for the purpose of compensating different temperatures of the individual sensor modules ,
  • the sensor yarn is conductive metal wire or a conductive, especially with metal such as silver, coated mono- or multifilament tape or yarn of polyamide, polyethylene or other thermoplastic or other, especially high-strength or highly modular polymeric material.
  • conductive particles may be incorporated in the polymeric material or substrate (eg, polyamide), or the conductive coating may include conductive particles in, for example, a polymeric base material.
  • the cable has a plurality of sensor modules with different breaking strains.
  • two, three, four, five or more sensor modules may be provided, each with different breaking elongations, the breakage of which occurs successively as the load on the rope increases and allows conclusions to be drawn about the maximum load that has occurred.
  • At least one sensor yarn with a covering, wrapping or braiding made of a non-conductive yarn material.
  • at least one sensor module has a sensor yarn that is coated with a thermoplastic material.
  • the invention preferably provides that at least one sensor module is arranged centrally in a core of the rope as standing thread running along a longitudinal axis of the rope.
  • At least one sensor module is arranged as a parallel to a longitudinal axis of the rope extending filament.
  • At least one sensor module is arranged centrally in a core or sheath strand of the rope as a standing thread, wherein the core or sheath strand as Whole braided or beaten and runs the sensor module with the core or sheath strand.
  • Core or sheath strand of the rope is arranged gefacht, wherein the core or sheath braid is braided or beaten as a whole and / or in and runs along the sensor module with the core or sheath strand.
  • At least one sensor module is arranged with a rounded core or sheath strand, wherein the core strand and / or the sheath strand is braided or beaten as a whole and / or and the sensor module runs along with the core or sheath strand.
  • At least two sensor modules are arranged one above another at crossover points around a core or sheath strand, wherein at least one sensor module has a shatterable, electrically insulating coating, sheathing, braiding, disposition, re-whirling or braiding.
  • the invention provides that at least one sensor module breaks at an elongation of the rope that exceeds 95%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30% or 20% of the elongation at break of the rope is.
  • At least one sensor module is plastically deformed at an elongation of the rope which is above 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90% of the elongation at break of the rope becomes. Due to the plastic deformation of the sensor module, which occurs only above a predetermined elongation of the rope, a permanent deformation and thus a permanent change in the electrical Resistance behavior of the affected sensor module achieved, which allows a conclusion on the actually occurred maximum elongation or load of the rope.
  • ropes such as ropes
  • ropes are examples of possible uses of the invention in many different rope constructions with different strand numbers, with twisted or twisted ropes as simple round braids with, for example, 3, 4, 8, 12, 16 strands are possible as Kernmantelseile with core braids, for example. 8 , 12 or 16 strands and a jacket with 16, 20, 24, 32 or 48 strands or parallel core filaments which are bundled and protected with a sheath braid.
  • a strand may consist of parallel filaments, of one or more yarns or of one or more twines or of a combination of yarns and twists.
  • a strand can be formed in many ways.
  • a strand may consist of a ribbon or monofilament, or be in the form of a yarn or twine, which may be formed from one or more raw materials and in one or the other direction of rotation or impact (so-called “S” or “Z") "Direction of impact).
  • multiple tapes, yarns or threads, which may in turn consist of one or more raw materials may not be rotated, i. H. lying parallel, and together form a strand.
  • several tapes, yarns or threads may be twisted (S or Z) and made of one or more raw materials.
  • a combination of one or more tapes and / or one or more yarns and / or one or more twines is possible, which are not arranged in a parallel or lying parallel (for example, ribbon, yarn and twine, yarn and twine, ribbon and yarn or Ribbon and thread).
  • a rotation (S) or (Z) of a plurality of the constituent band, yarn or twist is possible.
  • Fig. 2 two further arrangements in which a sensor module 8 parallel to a core strand 6 plied (C) or parallel to a sheath strand 4 gefacht (D) is arranged and thus runs along with the respective strand.
  • the sensor module thus follows only the course of the respective strand as a whole, ie its braided or beaten course, at a distance from the respective longitudinal axis of the strand.
  • Fig. 3 shows arrangements in which a sensor module 8 with embedded in a core strand 6 (A) or a sheath strand 4 (B) is laid. Similar to the arrangements C and D in Fig. 2 The sensor module 8 follows the braiding or impact direction of the respective strand as a whole, but additionally has a superimposed helical course along the outer circumference of the respective strand.
  • a sensor module may be incorporated or integrated in a strand component, for example in a yarn or a twist of a strand, not just rounded into the strand as a whole.
  • the sensor module 8 is frictionally prevented by the core strand 6 and / or with the jacket 4 or by an additional connection such as gluing or melting in a relative movement with respect to core, core strand, sheath and / or sheath strand, so that it moves along with an elongation of the rope and does not shift, shift or shift relative to or in part.
  • Fig. 4a to c explain various cable and sensor loading arrangements in addition to Fig. 3 , where A is the arrangement of one or more sensor modules is indicated in each case as a strand and the respective sensor module extends in the longitudinal direction of the rope and has no rotation, helical arrangement o. ⁇ .
  • Fig. 4c Stehfaden in the center of the rope
  • Fig. 4a Leave something outside the center
  • Fig. 4b Stehfaden in a sheath cord).
  • B the arrangement of sensor modules is indicated as a filament in a strand, which in turn one to a rope or within the rope braided ( Fig. 4b ) or beaten ( Fig.
  • Fig. 5 illustrates a variant in which two sensor modules 8 are arranged as a disruption sensor or for detecting a Zerrüttungsbelastung a rope.
  • the sensor modules are oppositely helical or helically arranged around a strand, which is preferably a core strand.
  • One of the sensor modules or both are electrically non-conductive coated, wrapped, wound, braided or the like, so that when new no electrically conductive contact, but only after a certain period of use or service life of the rope, during the expansion and bending cycles on act on the rope and bring a relative movement of the sensor modules at the crossover points with it.
  • the sensor module 8 comprises a single metallic, electrically conductive wire or a single filament of plastic material which is coated in an electrically conductive manner, for example with a thin copper or silver layer.
  • the sensor module 8 may consist of a multifilament yarn, of which at least one or some filaments are coated in an electrically conductive manner.
  • the base material of the sensor module may be, for example, a polyamide, such as polyamide 6 or polyamide 6.6, or polyethylene.
  • the filaments of the sensor module each have a conductive, in particular metallic layer, which is applied in the form of a closed film.
  • a silver layer has a thickness of about 1 ⁇ m to 2 ⁇ m with a filament thickness of, for example, 25 ⁇ m.
  • the sensor modules shown include at least one filament, and preferably a multifilament yarn, which may be, for example, a yarn 235dtex2plyHC34f.
  • Fig. 6 exemplifies force and resistance curves of such a yarn in a strain range to the maximum tensile force of the sensor yarn, wherein the sensor yarn shows a reproducible increase in electrical resistance with the elongation similar to a strain gauge.
  • Non-conductive coatings or wraps of yarn materials may be disposed on or about such a sensor yarn, for example to accommodate a desired force-strain behavior, to protect the interior conductive sensor yarn during processing and use of the rope, and to affect the force input from the rope into the rope sensor module.
  • the fiber cladding which is placed around the electrically conductive sensor yarn, is characterized by abrasion on other yarns, for example, between the core and sheath of a rope Fig. 4 , shattered. This property can be used to detect abrasion of the rope.
  • a sensor yarn can be coated with a thermoplastic plastic layer, which changes the force-elongation behavior of the sensor yarn depending on the thickness and material.
  • the plastic sheath protects the sensor yarn in addition to protection during processing and use against environmental or moisture influences with a suitable choice of materials. Due to the increased friction coefficient compared to a metallic coating, an improved frictional engagement between the plastic sheath and the rope is achieved and thus the slip or displacement tendency of the sensor module with respect to the rope is reduced.
  • thermoplastic polyurethane thermoplastic polyurethane
  • PVC polyurethane
  • a plastic coating can be applied in different layer thicknesses and Shore degrees of hardness.
  • the ends of the sensor module can be fused to the rope, whereby the penetration of moisture to the conductive coating of the sensor module is difficult or prevented.
  • a suitable contact, plug unit or the like provided in order to contact the sensor module electrically.
  • An evaluation determination of a crack of a sensor yarn in a sensor module and, if necessary, its localization, resistance measurement with or without load
  • a suitable alternating voltage to the sensor module from one or both ends, for example with a frequency between 100 Hz and 20 kHz, with basically any pulse shape, such as sinusoidal, triangular or rectangular.
  • a break point of the sensor module can then be detected in a contactless manner in a manner known per se.
  • each sensor module can be acted upon with a different frequency, so that different break points can be detected in the course of a single measurement.
  • a first sensor module is designed so that it ruptures at 30% of the permissible breaking elongation of the rope
  • a third sensor module breaks at 90% of the allowable breaking elongation of the rope. It can then be detected whether the rope was subjected to a maximum elongation of over 30%, over 60% or over 90% of its maximum elongation at break. For example, a rupture of the sensor module that ruptures at elongation of the rope of 60% of its breaking elongation indicates that the rope has been subjected to elongation of at least 60% of its elongation at break.
  • a sensor yarn or module in such a way that it is plastically deformed with increasing elongation of the rope not only elastically, but from a certain elongation, so that a permanent, non-reversible deformation of the sensor yarn and thus measurable even after load decrease , permanent change in resistance of the sensor yarn can be detected.
  • a sensor yarn may be installed and adjusted to be plastically deformed as the rope elongates beyond 10% or 20% of the elongation at break of the rope.
  • the degree of plastic or permanent deformation depends on the extent of the elongation exceeding the said minimum elongation of (about 10% or 20%), and thus allows a conclusion to the maximum elongation of the rope, which was subjected to this.

Landscapes

  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

  • Textile Seile, Bänder, Schnüre, Kordeln usw., insbesondere aus Chemie- oder Naturfasern oder Drahtlitzen oder aus einer Kombination daraus, im Rahmen der Erfindung als "Seil" bezeichnet, finden in zahlreichen Anwendungsbereichen beim Heben und Sichern von Lasten, Ladungen oder Personen, als Schiffsleinen, im industriellen Bereich oder im Sportbereich Anwendung, wobei ein Versagen ersichtlich z. T. schwerwiegende Folgen haben kann.
  • Da allerdings Verschleiß oder Beschädigungen in der Regel nicht von außen erkennbar sind, besteht ein Bedarf an einer zuverlässigen Überprüfungsmöglichkeit der Funktionssicherheit von lastaufnehmenden Seilen oder Bändern.
  • In G.B. 1353415 A wird ein Seil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Seil zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist und eine zuverlässige Erfassung von Belastung, Dehnung und Zerrüttung ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Seil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorzugsweise ist ein drittes Sensormodul so mit dem Seil verbunden, dass es bei einer Dehnung des Seils ebenfalls gedehnt wird, ohne sich gegenüber dem Seil zu verschieben oder zu verrutschen, wodurch eine Verfälschung in der Erfassung der Dehnung des Seils eintreten würde.
  • Bevorzugt erstreckt sich das Sensormodul von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende, d.h. praktisch über die volle Länge des Seils.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Sensormodul an mindestens einem seiner Enden, insbesondere an einem Ende des Seils, weiter insbesondere an einer stirnseitigen Endfläche des Seils, mit einem von außen zugänglichen Kontaktelement versehen ist. Dies kann ein von außen kontaktfähiger Abschnitt des Sensormoduls sein oder an dem Sensormodul befestigte Kontakte, Stecker, Buchsen oder ähnliches.
  • In einer Variante kann vorgesehen sein, dass das Sensormodul an einem seiner Enden mit einer Messelektronik verbunden ist, die von außen elektrisch kontaktierend oder berührungslos abfragbar sein kann. Die Messelektronik kann beispielsweise in das Seil eingebettet oder außen daran befestigt sein, und sie kann mit Kontakten versehen sein, über die sie mit Betriebsstrom versorgt und Daten ausgelesen werden können. Alternativ zu den genannten Kontakten kann eine berührungslose Strom- und Datenübertragung vorgesehen sein.
  • In einer Variante können mehrere, beispielsweise drei oder vier unabhängige Sensormodule vorhanden sein, die parallel zueinander angeordnet sein können, und die (im Falle von vier Sensormodulen) zum Zwecke der Kompensation unterschiedlicher Temperaturen der einzelnen Sensormodule nach Art einer Wheatstone'schen Messbrücke geschaltet sein können.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sensorgarn leitfähiger Metalldraht oder ein leitfähig, insbesondere mit Metall wie etwa Silber, beschichtetes Mono- oder Multifilamentband oder -garn aus Polyamid, Polyäthylen oder einem anderen thermoplastischen oder sonstigen, insbesondere hochfesten oder hochmodularen Polymermaterial ist. Anstelle oder zusätzlich zu der leitfähigen Beschichtung können in dem Polymermaterial oder Trägermaterial (z. B. Polyamid) leitfähige Partikel integriert sein, oder die leitfähige Beschichtung kann leitfähige Partikel in einem beispielsweise polymeren Grundmaterial enthalten.
  • In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Seil mehrere Sensormodule mit unterschiedlichen Bruchdehnungen aufweist. Beispielsweise können zwei, drei, vier, fünf oder mehr Sensormodule mit jeweils unterschiedlichen Bruchdehnungen vorgesehen sein, deren Bruch bei zunehmender Belastung des Seils nacheinander eintritt und Rückschlüsse auf die maximal eingetretene Belastung erlaubt.
  • Es kann zweckmäßig sein, wenn mindestens ein Sensorgarn mit einer Umhüllung, Umspinnung oder Umflechtung aus einem nichtleitenden Garnmaterial aufweist. Daneben besteht die Möglichkeit, dass mindestens ein Sensormodul ein Sensorgarn aufweist, das mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet ist.
  • Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass mindestens ein Sensormodul zentral in einem Kern des Seils als entlang einer Längsachse des Seils verlaufender Stehfaden angeordnet ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Sensormodul als parallel zu einer Längsachse des Seils verlaufender Stehfaden angeordnet ist.
  • Weiter kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Sensormodul zentral in einer Kern- oder Mantellitze des Seils als Stehfaden angeordnet ist, wobei die Kern- oder Mantellitze als Ganzes geflochten oder geschlagen ist und das Sensormodul mit der Kern- oder Mantellitze mitläuft.
  • Es besteht die Möglichkeit, dass mindestens ein Sensormodul parallel zu einer. Kern- oder Mantellitze des Seils gefacht angeordnet ist, wobei die Kern- oder Mantellitze als Ganzes und/oder in sich geflochten oder geschlagen ist und das Sensormodul mit der Kern- oder Mantellitze mitläuft.
  • Es kann vorgesehen, dass mindestens ein Sensormodul mit eingerundet in eine Kern- oder Mantellitze angeordnet ist, wobei die Kernlitze und/oder die Mantellitze als Ganzes und/oder in sich geflochten oder geschlagen ist und das Sensormodul mit der Kern- oder Mantellitze mitläuft.
  • Weiter besteht die Möglichkeit, dass mindestens zwei Sensormodule einander an Überkreuzungsstellen überkreuzend um eine Kern- oder Mantellitze angeordnet sind, wobei mindestens ein Sensormodul eine zerrüttbare, elektrisch isolierende Beschichtung, Umhüllung, Umflechtung, Umlegung, Umwirbelung oder Umspinnung aufweist.
  • Bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass mindestens ein Sensormodul bei einer Dehnung des Seils bricht, die mehr als 95%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30% oder 20% der Bruchdehnung des Seils beträgt.
  • In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Sensormodul bei einer Dehnung des Seils, die über 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% oder 90% der Bruchdehnung des Seils liegt, plastisch verformt wird. Aufgrund der plastischen Verformung des Sensormoduls, die erst oberhalb einer vorgegebenen Dehnung des Seils eintritt, wird eine bleibende Verformung und damit eine bleibende Änderung des elektrischen Widerstandsverhaltens des betroffenen Sensormoduls erzielt, die einen Rückschluss auf die tatsächlich eingetretene maximale Dehnung oder Belastung des Seils zulässt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
    • Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Seils in einer ersten und einer zweiten Ausführungsform zeigt,
    • Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Seils in weiteren Ausführungsformen zeigt,
    • Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Seils in weiteren Ausführungsformen zeigt,
    • Fig. 4a bis c verschiedene Seil- und Sensormodulanordnungen ergänzend zu Fig. 3 zeigen,
    • Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts einer Litze mit zwei Sensormodulen nach einer weiteren Ausführungsform zeigt,
    • Fig. 6 Kraft- und Widerstandsverläufe bei Dehnung eines Sensorgarns zeigt.
  • Die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Seile, etwa Seile, sind Beispiele für Einsatzmöglichkeiten der Erfindung bei zahlreichen unterschiedlichen Seilkonstruktionen mit unterschiedlichen Litzenzahlen, wobei geschlagene oder gedrehte Seile als einfache Rundgeflechte mit beispielsweise 3, 4, 8, 12, 16 Litzen ebenso möglich sind wie Kernmantelseile mit Kerngeflechten aus beispielsweise 8, 12 oder 16 Litzen und einem Mantel mit 16, 20, 24, 32 oder 48 Litzen oder parallele Kernfilamente, die mit einem Mantelgeflecht gebündelt und geschützt werden. Eine Litze kann aus parallelen Filamenten, aus einem oder mehreren Garnen oder aus einem oder mehreren Zwirnen oder aus einer Kombination von Garnen und Zwirnen bestehen.
  • Eine Litze kann auf vielfältige Art und Weise gebildet sein. Im einfachsten Fall kann eine Litze aus einem Band oder Monofilament bestehen, oder in Form eines Garns oder Zwirns vorliegen, das aus einem oder mehreren Rohstoffen und in der einen oder anderen Dreh- bzw. Schlagrichtung gebildet sein kann (sogenannte "S" oder "Z" Schlagrichtung). In einer Alternative können mehrere Bänder, Garne oder Zwirne, die wiederum aus einem oder mehreren Rohstoffen bestehen können, nicht gedreht vorliegen, d. h. parallel liegend, und gemeinsam eine Litze bilden. Als weitere Alternative können mehrere Bänder, Garne oder Zwirne gedreht (S oder Z) und aus einem oder mehreren Rohstoffen bestehend vorliegen. Weiterhin ist eine Kombination aus einem oder mehreren Bändern und/oder einem oder mehreren Garnen und/oder einem oder mehreren Zwirnen möglich, die nicht gedreht bzw. parallel liegend angeordnet sind (beispielsweise Band, Garn und Zwirn, Garn und Zwirn, Band und Garn oder Band und Zwirn). In einer solchen Kombination ist selbstverständlich auch eine Drehung (S) oder (Z) eines mehrerer der Bestandteile Band, Garn oder Zwirn möglich.
  • Jede derartige Litze kann beschichtet, ummantelt (z. B. mit Kunststoff extrudiert oder mit Klebeband umwickelt), umflochten oder umlegt sein. Eine Kombination mit einem Sensormodul oder mehreren Sensormodulen bedeutet bspw. die Anordnung eines Sensormoduls als Stehfaden im Zentrum einer Litze, der der Längsrichtung der Litze folgt, oder eine in die Litze eingerundete Anordnung, wobei ein Sensormodul auch ein Band, ein Garn oder einen Zwirn einer Litze ersetzen oder zusätzlich eingebracht sein kann. Ein Seil kann aus einer Anzahl von Litzen gebildet sein (geschlagen, geflochten, gelegt, Herkules, Hybrid), wobei das Sensormodul vom Stehfaden (Zentrum des Seils oder in einem Abstand dazu bis nach außen) an beliebigen Positionen eingebracht sein kann.
    • Fig. 1 zeigt zwei Ausführungsbeispiele, bei denen ein Seil 2 einen Mantel mit Mantellitzen 4 und einen Kern mit Kernlitzen 6 aufweist, wobei ein Sensormodul 8 als Stehfaden geradlinig in Längsrichtung des Seils angeordnet ist. Mit A ist eine Anordnung bezeichnet, bei der das Sensormodul 8 zentral im Kern verläuft, während es bei B parallel zu einer Seillängsachse verläuft, insbesondere zwischen Kern und Mantel.
    • Fig. 2 zeigt zunächst zwei Anordnungen, bei denen ein Sensormodul 8 zentral in einer Kernlitze 6 (A) oder in einer Mantellitze 4 (B) verläuft und einer Flecht- oder Schlagrichtung der jeweiligen Litze, soweit vorhanden, beispielsweise flechtlinien- oder helix- bzw. schraubenlinienförmig, folgt.
  • Weiterhin zeigt Fig. 2 zwei weitere Anordnungen, bei denen ein Sensormodul 8 parallel zu einer Kernlitze 6 gefacht (C) oder parallel zu einer Mantellitze 4 gefacht (D) angeordnet ist und so mit der jeweiligen Litze mitläuft. In den Fällen C und D folgt das Sensormodul somit nur dem Verlauf der jeweiligen Litze als Ganzes, d.h. ihrem geflochtenen oder geschlagenen Verlauf, mit Abstand von der jeweiligen Längsachse der Litze.
  • Fig. 3 zeigt Anordnungen, bei denen ein Sensormodul 8 mit eingerundet in einer Kernlitze 6 (A) oder einer Mantellitze 4 (B) verlegt ist. Ähnlich wie bei den Anordnungen C und D in Fig. 2 folgt das Sensormodul 8 hierbei einerseits der Flecht- oder Schlagrichtung der jeweiligen Litze als Ganzes, weist aber zusätzlich einen überlagerten schraubenlinienförmigen Verlauf entlang des äußeren Umfangs der jeweiligen Litze auf.
  • In bestimmten Fällen, beispielsweise bei dicken Seilen, kann ein Sensormodul in einem Litzenbestandteil aufgenommen oder integriert sein, beispielsweise in einem Garn oder einem Zwirn einer Litze, nicht nur eingerundet in die Litze insgesamt.
  • Das Sensormodul 8 ist mit der Kernlitze 6 und/oder mit dem Mantel 4 reibschlüssig oder durch eine zusätzliche Verbindung wie Kleben oder Schmelzen an einer Relativbewegung bezüglich Kern, Kernlitze, Mantel und/oder Mantellitze gehindert, so dass es bei einer Dehnung des Seils entsprechend mitbewegt wird und sich nicht relativ dazu oder zu einem Teil davon verlagert, verschiebt oder verrutscht.
  • Fig. 4a bis c erläutern verschiedene Seil- und Sensorfadenanordnungen in Ergänzung zu Fig. 3, wobei mit A die Anordnung eines oder mehrere Sensormodule jeweils als Stehfaden angedeutet ist und das jeweilige Sensormodul in Längsrichtung des Seils verläuft und keinerlei Drehung, schraubenförmige Anordnung o. ä. besitzt (Fig. 4c: Stehfaden im Zentrum des Seils, Fig. 4a: Stehfaden etwas außerhalb des Zentrums und Fig. 4b: Stehfaden in einer Mantellitze). Mit B ist die Anordnung von Sensormodulen als Stehfaden in einer Litze angedeutet, die Ihrerseits eine zu einem Seil bzw. innerhalb des Seils geflochtene (Fig. 4b) oder geschlagene (Fig. 4c) Anordnung aufweist, wobei es sich bei der das Sensormodul enthaltenden Litze um eine Kern- und/oder Mantellitze handeln kann. Mit C ist eine in eine Litze eingerundete Anordnung (analog Fig. 3) eines Sensormoduls bezeichnet, wobei die jeweilige Litze wiederum in einem bzw. zu einem Seil geflochten (Fig. 4b) oder geschlagen (Fig. 4c) sein kann (Kern- und/oder Mantellitze).
  • Fig. 5 erläutert eine Variante, bei der zwei Sensormodule 8 als Zerrüttungssensor oder zur Erfassung einer Zerrüttungsbelastung eines Seils angeordnet sind. Die Sensormodule sind gegenläufig helix- oder schraubenlinienförmig um eine Litze herum angeordnet, bei der es sich bevorzugt um eine Kernlitze handelt. Eines der Sensormodule oder beide sind elektrisch nicht leitend beschichtet, umhüllt, umsponnen, umflochten o.ä., so dass im Neuzustand keine elektrisch leitende Kontaktierung erfolgt, sondern erst nach einer gewissen Betriebs- oder Nutzungsdauer des Seils, während der Dehnungs- und Biegewechselbeanspruchungen auf das Seil einwirken und eine Relativbewegung der Sensormodule an den Überkreuzungsstellen mit sich bringen. Dadurch werden mit der Zeit die elektrisch nicht leitenden Beschichtungen, Umhüllungen o.ä. durch Reibung zerstört, so dass an einem gewissen Punkt, der einer bestimmten Abnutzung des Seils entspricht, eine elektrische Kontaktierung einsetzt, die von außen detektiert werden kann.
  • Das Sensormodul 8 umfasst im einfachsten Fall einen einzelnen metallischen, elektrisch leitfähigen Draht oder ein einzelnes Filament aus Kunststoffmaterial, das elektrisch leitfähig beschichtet ist, beispielsweise mit einer dünnen Kupfer- oder Silberschicht. Alternativ kann das Sensormodul 8 aus einem Multifilamentgarn bestehen, von dem wenigstens ein oder einige Filamente elektrisch leitfähig beschichtet sind. Das Basismaterial des Sensormoduls kann beispielsweise ein Polyamid, etwa Polyamid 6 oder Polyamid 6.6, oder Polyethylen sein.
  • Erfindungsgemäß weisen die Filamente des Sensormoduls jeweils eine leitende, insbesondere metallische Schicht auf, die in Form eines geschlossenen Films aufgebracht ist. Eine Silberschicht hat beispielsweise eine Dicke von ca. 1 µm bis 2 µm bei einer Filamentdicke von beispielsweise 25 µm.
  • Die in Fig. 1 bis 5 dargestellten Sensormodule beinhalten mindestens ein Filament und vorzugsweise ein Multifilamentgarn, bei dem es sich zum Beispiel um ein Garn 235dtex2plyHC34f handeln kann. Fig. 6 erläutert beispielhaft Kraft- und Widerstandsverläufe eines derartigen Garns in einem Dehnungsbereich bis zur Höchstzugkraft des Sensorgarns, wobei das Sensorgarn einen reproduzierbaren Anstieg des elektrischen Widerstands mit der Dehnung ähnlich wie ein Dehnungsmessstreifen zeigt.
  • Auf oder um ein derartiges Sensorgarn können verschiedene nichtleitende Beschichtungen oder Umhüllungen aus Garnmaterialien angeordnet sein, beispielsweise zur Anpassung an ein gewünschtes Kraft-Dehnungsverhalten, zum Schutz des innenliegenden leitfähigen Sensorgarns bei der Verarbeitung und im Gebrauch des Seils sowie zur Beeinflussung der Krafteinkopplung vom Seil in das Sensormodul.
  • Eine Umflechtung oder Umspinnung mit nichtleitenden Fasern macht das Sensormodul empfindlich gegenüber Abrieb, der detektiert werden kann. Der Fasermantel, der um das elektrisch leitfähige Sensorgarn gelegt wird, wird durch Abrieb an anderen Garnen, beispielsweise zwischen Kern und Mantel eines Seils entsprechend Fig. 4, zerrüttet. Diese Eigenschaft kann zur Erfassung von Abrieb des Seils eingesetzt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Sensorgarn mit einer thermoplastischen Kunststoffschicht beschichtet werden, die je nach Dicke und Material das Kraft-Dehnungsverhalten des Sensorgarns verändert. Zusätzlich schützt der Kunststoffmantel bei geeigneter Materialauswahl das Sensorgarn neben dem Schutz bei Verarbeitung und Nutzung auch vor Umwelt- oder Feuchtigkeitseinflüssen. Durch den gegenüber einer metallischen Beschichtung erhöhten Reibkoeffizient wird auch ein verbesserter Reibschluss zwischen Kunststoffmantel und Seil erreicht und damit die Schlupf- oder Verschiebeneigung des Sensormoduls gegenüber dem Seil verringert.
  • Als Materialien, die sich für eine Kunststoffumhüllung eignen, seien beispielhaft TPU (thermoplastisches Polyurethan) und PVC genannt. Eine Kunststoffbeschichtung kann in unterschiedlichen Schichtdicken und Shore-Härtegraden aufgebracht werden.
  • Zur Sicherung des Sensormoduls an den Enden des Seils können die Enden des Sensormoduls mit dem Seil verschmolzen sein, wodurch auch das Eindringen von Feuchtigkeit zu der leitfähigen Beschichtung des Sensormoduls erschwert oder verhindert wird. Bei allen Varianten besteht auch die Möglichkeit, ein Sensormodul in einem geschlossenen U-förmigen Verlauf innerhalb eines Seils zu verlegen, wobei an einem Ende des Seils Anfang und Ende des Sensormoduls herausgeführt sind und das Sensormodul im Bereich des anderen Endes des Seils um 180° umgelenkt und auf gleichem oder anderem Weg zurückgeführt ist. Zweckmäßigerweise ist im Bereich der Herausführung eines Endes des Sensormoduls eine geeignete Kontaktierung, Steckereinheit o.ä. vorgesehen, um das Sensormodul elektrisch kontaktieren zu können.
  • Eine Auswertung (Feststellung eines Risses eines Sensorgarns in einem Sensormodul und ggf. dessen Lokalisierung; Widerstandsmessung mit oder ohne Belastung) kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Sensormodul von einem oder beiden Enden aus mit einer geeigneten Wechselspannung beaufschlagt wird, beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 100 Hz und 20 kHz, mit grundsätzlich beliebiger Impulsform, etwa sinus-, dreieck- oder rechteckförmig. Mittels kapazitiver Messtechnik kann dann in an sich bekannter Weise eine Bruchstelle des Sensormoduls berührungslos detektiert werden.
  • Wenn zwei oder mehr Sensormodule innerhalb eines Seils verlegt sind, beispielsweise zwei oder drei der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Sensormodule, kann jedes Sensormodul mit einer unterschiedlichen Frequenz beaufschlagt werden, so dass unterschiedliche Bruchpunkte im Zuge einer einzigen Messung erfasst werden können.
  • Bei der Anordnung mehrerer Sensormodule besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Belastungsbereiche des Seils abzudecken, so dass beispielsweise ein erstes Sensormodul so ausgelegt ist, dass es bei 30% der zulässigen Bruchdehnung des Seils reißt, ein zweites Sensormodul bei 60% der zulässigen Bruchdehnung des Seils reißt und ein drittes Sensormodul bei 90% der zulässigen Bruchdehnung des Seils reißt. Es kann dann erfasst werden, ob das Seil einer maximalen Dehnung von über 30%, über 60% oder über 90% seiner maximalen Bruchdehnung unterworfen war. Ein Bruch des Sensormoduls, das bei einer Dehnung des Seils von 60% seiner Bruchdehnung reißt, zeigt beispielsweise an, dass das Seil einer Dehnung von mindestens 60% seiner Bruchdehnung unterworfen gewesen ist.
  • Zu den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 3 sei in diesem Zusammenhang ausgeführt, dass bei identischen Sensormodulen allein aufgrund der unterschiedlichen Verlege- bzw. Einbauarten gemäß Fig. 1 bis 3 deutlich unterschiedliche Bruchdehnungen erzielt werden können. Wenn mehrere Varianten in ein und demselben Seil eingebaut sind, bricht bei zunehmender Belastung und damit Dehnung des Seils ein als Stehfaden angeordnetes Sensorgarn (Fig. 1, A oder B) zuerst, danach ein zentral, dann ein gefacht in/an einer Kern- oder Mantellitze angeordnetes Sensorgarn (Fig. 2, A, B und C,D) und schließlich ein "doppelt" mitlaufendes Sensorgarn (Fig. 3, A oder B). Unterschiedliche farbliche Kennzeichnungen der Sensorgarne können deren Auffindung und Verfolgung im Seil erleichtern.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Sensorgarn oder - modul so auszubilden, dass es bei zunehmender Dehnung des Seils nicht nur elastisch, sondern ab einer bestimmten Dehnung plastisch verformt wird, so dass eine bleibende, nicht reversible Verformung des Sensorgarns und damit eine auch nach Belastungsrückgang messbare, bleibende Widerstandsänderung des Sensorgarns erfasst werden kann. Beispielsweise kann ein Sensorgarn so eingebaut und eingestellt sein, dass es bei einer Dehnung des Seils, die über 10% oder 20% der Bruchdehnung des Seils hinausgeht, plastisch verformt wird. Das Maß der plastischen oder bleibenden Verformung richtet sich nach dem Maß der Dehnung, die über die genannte Mindestdehnung von (etwa 10% oder 20%) hinausgeht, und lässt damit einen Rückschluss auf die maximale Dehnung des Seils zu, der dieses unterworfen war.
  • Entsprechend ist eine Auslegung von Sensorgarnen auf größere oder kleinere Schwellenwerte möglich, so dass beispielsweise Dehnungen des Seils ab 5% seiner Bruchdehnung oder erst ab 30%, 40% oder mehr von dessen Bruchdehnung durch eine plastische Verformung des Sensorgarns erfasst und dauerhaft nachweisbar werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Seil
    4
    Mantellitze
    6
    Kernlitze
    8
    Sensormodul
    10
    Überkreuzungsstelle

Claims (16)

  1. Seil (2) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Sensormodul (8) zur Erfassung zumindest von Zerrüttungsbelastungen und ggf. von Dehnungsbelastungen, wobei jedes Sensormodul (8) mindestens ein elektrisch leitfähiges Sensorgarn aufweist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Sensormodul (8) einander an Überkreuzungsstellen überkreuzend um eine Kern- oder Mantellitze (6, 4) angeordnet sind, wobei mindestens eines der Sensormodule (8) eine zerrüttbare, elektrisch isolierende Beschichtung, Umhüllung, Umflechtung, Umlegung, Umwirbelung oder Umspinnung aufweist, so dass bei Zerrüttung der zerrüttbaren, elektrisch isolierende Beschichtung, Umhüllung, Umflechtung, Umlegung, Umwirbelung oder Umspinnung an einer der Überkreuzungsstellen eine elektrische Kontaktierung einsetzt.
  2. Seil (2) nach Anspruch 1, wobei das Seil (2) zur Erfassung von Dehnungsbelastungen mindestens ein drittes Sensormodul (8) aufweist, wobei das dritte Sensormodul (8) so mit dem Seil (2) verbunden ist, dass es bei einer Dehnung des Seils (2) ebenfalls gedehnt wird, ohne sich gegenüber dem Seil (2) zu verschieben oder zu verrutschen.
  3. Seil (2) nach Anspruch 2, wobei das Seil (2) zur Erfassung von Dehnungsbelastungen zwei, drei, vier, fünf oder mehr dritte Sensormodule (8) mit jeweils unterschiedlichen Bruchdehnungen aufweist, wobei die dritten Sensormodule (8) jeweils so mit dem Seil (2) verbunden sind, dass sie bei einer Dehnung des Seils (2) ebenfalls gedehnt werden, ohne sich gegenüber dem Seil (2) zu verschieben oder zu verrutschen.
  4. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) ein Sensorgarn aufweist, das mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet ist.
  5. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) zentral in einem Kern des Seils (2) als entlang einer Längsachse des Seils (2) verlaufender Stehfaden angeordnet ist.
  6. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) als parallel zu einer Längsachse des Seils (2) verlaufender Stehfaden angeordnet ist.
  7. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) zentral in einer Kern- oder Mantellitze (6, 4) des Seils (2) als Stehfaden angeordnet ist, wobei die Kern- oder Mantellitze (6, 4) als Ganzes geflochten oder geschlagen ist und das dritte Sensormodul (8) mit der Kern- oder Mantellitze (6, 4) mitläuft.
  8. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) parallel zu einer Kern- oder Mantellitze (6, 4) des Seils gefacht angeordnet ist, wobei die Kern- oder Mantellitze (6, 4) als Ganzes und/oder in sich geflochten oder geschlagen ist und das dritte Sensormodul (8) mit der Kernlitze (6, 4) mitläuft.
  9. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) mit eingerundet in eine Kern- oder Mantellitze (6, 4) angeordnet ist, wobei die Kernlitze (6) und/oder die Mantellitze (4) als Ganzes und/oder in sich geflochten oder geschlagen ist und das dritte Sensormodul (8) mit der Kem- oder Mantellitze (6, 4) mitläuft.
  10. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) bei einer Dehnung des Seils (2) bricht, die mehr als 95%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30% oder 20% der Bruchdehnung des Seils (2) beträgt.
  11. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Sensormodul (8) bei einer Dehnung des Seils (2) plastisch verformt wird, die über 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% oder 90% der Bruchdehnung des Seils beträgt.
  12. Seil (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vier unabhängige dritte Sensormodule (8) vorhanden sind, die nach Art einer Wheatstone'schen Messbrücke geschaltet sind.
  13. Seil (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Sensormodul (8) jeweils von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende des Seils (2) erstreckt.
  14. Seil (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (8) jeweils an mindestens einem seiner Enden, insbesondere an einem Ende des Seils (2), insbesondere an einer stirnseitigen Endfläche des Seils, mit einem von außen zugänglichen Kontaktelement versehen ist.
  15. Seil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormodul (8) jeweils an einem seiner Enden mit einer Messelektronik verbunden ist, die von außen elektrisch kontaktierend oder berührungslos abfragbar sein kann.
  16. Seil (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgarn ein leitfähiger Metalldraht oder ein leitfähig, insbesondere mit Metall, wie etwa Silber, beschichtetes Mono- oder Multifilament aus einem Polymermaterial ist, und/oder in dem Polymermaterial leitfähige Partikel integriert sind.
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