WO2022090001A1 - Hoist cable, cable-operated device and method for measuring a tensile force - Google Patents

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capacitor
traction
traction cable
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Christian Bachmann
Gerit Ebelsberger
Reinhard Freitag
Matthias Gerlich
Christian Mose
Takeru NEMOTO
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a traction cable for transmitting an axial traction force.
  • This traction cable has a tubular cable sheath which comprises a braiding of several cable strands and/or fibers, with the individual cable strands and/or fibers running at an angle to the local cable axis.
  • the invention relates to a cable-operated device with such a traction cable and a method for measuring a tensile force on a traction cable.
  • High-strength ropes are known from the prior art, which are used to transmit tensile forces in rope-operated devices.
  • traction cables are used in robotic devices, which, like the tendons in the human body, serve to transmit power between a drive unit and a driven element remote from it.
  • force-transmitting cable kinematics are used.
  • With the development of high-strength plastics as rope materials, such rope kinematics can be made increasingly compact. For many of these applications, it is useful to know the current load status of the traction cable used and, in particular, to measure it continuously. In principle, methods for measuring tensile stress on ropes are known in the prior art.
  • Various hand-held devices and also stationary tensile stress measuring devices are commercially available, in which a cable under tensile stress is typically clamped between a number of rollers, with the forces acting on the rollers being measured using force sensors.
  • the disadvantage of this type of measurement is that the measurement requires a change in the cable routing due to the additional deflection pulleys.
  • a relatively large amount of space is typically required for this type of measurement, since a there must be a sufficiently long free rope section in order to place the measuring device on it.
  • a long free cable section is not always available or not always available, especially in compact robotic devices and other compact cable kinematics. not accessible in all operating states .
  • a force sensor must be installed in at least one deflection element.
  • the object of the invention is therefore to provide a traction cable which overcomes the disadvantages mentioned.
  • a traction cable is to be made available which, during its operation in a cable-operated device, enables the effective tensile force to be measured in a simple and space-saving manner.
  • the functionality of the traction cable and in particular its flexibility and/or its tensile strength should advantageously be influenced as little as possible by the measuring arrangement.
  • the measurement should be as continuous as possible, possible during the entire operation.
  • a further object is to provide a cable-operated device with such a traction cable and a method for measuring the tensile force on such a traction cable.
  • the traction cable according to the invention is designed to transmit an axial tensile force. It comprises a tubular rope sheath, which has a braiding of several rope strands and/or fibers, with the individual rope strands and/or fibers running obliquely to the local rope axis.
  • an elongate sensor element is arranged in a section within the cable sheath. This sensor element has a capacitor whose capacity depends on the radial pressure of the cable sheath on the sensor element depends . The radial pressure on the sensor element depends on the axial tensile force on the traction cable.
  • the designations “axial” and “radial” each refer to the local rope axis, ie to the longitudinal direction of the rope in the particular rope section under consideration. Also in the case of traction ropes with a non-circular cross-section, the term “radial” should mean the direction from an external point to the center of the rope (or vice versa), analogous to the circular shape.
  • the rope sheath comprises several rope strands and/or fibers lying diagonally to the rope axis, as is generally the case with ropes.
  • climbing ropes are nowadays manufactured as core-mantle ropes, in which an outer rope mantle radially surrounds an inner rope core.
  • the rope mantle described here corresponds to the rope mantle of such a core-mantle rope, with the inner rope core can be present in principle (at least in part), but can also be omitted entirely, particularly advantageously.
  • the elongate sensor element is arranged inside the rope sheath. This sensor element enables the tensile stress to be measured in situ, namely in the cable itself
  • the sensor element i is designed to measure a radial pressure of the cable sheath on the sensor element. This is made possible by the fact that the sensor element comprises a capacitor whose capacitance can be varied by changing this radial pressure.
  • the structure of the cable sheath with a plurality of cable strands and/or fibers running at an angle also causes the radial pressure of the cable sheath on the sensor element to change when the axial tensile force changes. This happens because due to the inclined position to the axis, a tensile force along the rope axis always causes the rope sheath to be pressed in the direction of the middle of the rope, with the angle of the individual strands or fibers with the rope axis becomes smaller. Conversely, a decrease in tensile force leads to a reduction in tension. Depending on the installation situation, this leads to a shortening and at the same time a compression of the cable sheath due to an increase in tion of the fiber angle .
  • the individual strands Fibers can be knit, woven, twisted, entangled, and/or intertwined with one another. It is only essential that at least a significant part of the fibers or Strands enclose an angle with the longitudinal axis, so that the described interaction between axial tensile force and radial pressure on the inner sensor element comes about.
  • a single strand of rope may in turn be knitted, woven, twisted, twisted and/or braided from multiple fibers.
  • individual fibers of yarn or wire can also already be assembled in a corresponding manner to form the cable sheath.
  • the elongated shape of the inner sensor element is expedient in order to cause the sensor element to be centered in the interior of the cable sheath as the tensile force increases.
  • a major advantage of the traction cable according to the invention is that the internal sensor element allows the tensile stress to be measured in a simple manner at the location of the cable without requiring a great deal of additional space. Only a relatively short free rope section has to be made available, in which the sensor element can be arranged. For example, the length of this section z. B. be 20 times the rope diameter or less. For example, the length of the rope section can be between 4 times and 20 times the rope diameter. Due to the integration of the sensor inside the cable, a very compact structure for measuring the tensile stress is made available, which is particularly suitable for use in compact cable-operated devices. This enables permanent monitoring of the tension during operation of the traction cable.
  • the configuration of the sensor element with a capacity that is variable as a function of the radial pressure enables a force measurement that is sufficiently precise for many applications at the same time Apparatus simple and space-saving construction.
  • the mechanical properties of the traction rope are not significantly changed by the integrated sensor element, especially if the relevant rope section is within a rope-operated device in a free area of the rope - i.e. between the deflection or Attachment points - is arranged.
  • the tensile strength of the cable and the stiffness in the axial direction are only marginally influenced by the internal arrangement of the sensor element. In this way, the invention enables permanent integration of a sensor system into the traction cable for continuous measurement of the traction force.
  • the cable-operated device has a drive unit, a driven element and a pull cable according to the invention, which connects the drive unit and the driven element in a force-transmitting manner with respect to a pulling direction.
  • the configuration of the traction cable according to the invention enables the tensile stress within the device to be measured in a simple manner, with hardly any additional installation space being required for this functionality.
  • the described connection between the drive unit and the driven element via the traction cable does not have to be a direct connection. In other words, further connecting intermediate elements should not be ruled out. However, the force-transmitting connection should at least be mediated via the traction cable.
  • the method according to the invention serves to measure a tensile force which acts on a traction cable according to the invention.
  • an electrical signal influenced by the capacitance of the capacitor is measured, the size of which depends on the radial pressure exerted by the cable sheath on the sensor element.
  • the radial pressure on the sensor element depends on the tensile force on the traction cable.
  • the elongate sensor element can generally advantageously be aligned with its longitudinal axis along the local cable axis and have an aspect ratio of at least 2:1.
  • This aspect ratio is to be understood as meaning the ratio of length to (largest) diameter of the sensor element.
  • a sensor element designed in this way is centered in the interior of the cable sheath by the tensile force acting on the cable.
  • the cable sheath and the inner sensor element can be configured coaxially to one another.
  • both the outer cable sheath and the inner sensor element have a rotationally symmetrical basic shape, ie each have a circular cross-sectional geometry.
  • the properties of the cable sheath are influenced particularly little due to the symmetry.
  • the above-mentioned rotationally symmetrical shape of the cable casing and sensor element is not mandatory.
  • a sensor element with a flat cross-sectional shape is arranged within a correspondingly flat-shaped cable sheath.
  • the capacitor of the sensor element has two electrodes and an elastically deformable dielectric lying radially between them. Due to the elastic deformability, the capacitance can be changed in a particularly simple manner due to the resulting change in distance between the electrodes be effected . If the dielectric (regardless of the exact shape and arrangement of the electrodes) lies radially between the two electrodes, then a change in the radial pressure acting on it can cause a change in the radial thickness of the dielectric and an associated change in capacitance.
  • the tensile stress on the traction cable is increased, the radial pressure acting on the sensor element increases, which leads to compression of the elastically deformable dielectric and correspondingly to an increase in capacitance. If, on the other hand, the tensile stress that has been increased in this way decreases again, then this compression is reversed again due to the elasticity of the dielectric, the electrode spacing increases again and the capacitance falls accordingly. In this way, an electrical measurement variable dependent on the tensile force can be made available in a particularly simple manner. By measuring this variable capacitance, the tensile force on the rope can be measured with sufficient accuracy for many applications.
  • At least one of the electrodes is expediently designed to be flexible, so that it can also be deformed in a non-destructive manner.
  • both electrodes can even be designed to be mechanically resilient, particularly in the case of design variants with a rolled-up layer stack.
  • the elastically deformable dielectric can particularly preferably be in the form of an elastomer or can comprise at least one elastomer as a material component.
  • This elastomer can, for example, be a rubber, a silicone, a silicone rubber, an acrylic and/or another z.
  • B. be plastic made elastic by means of plasticizers or comprise such a material.
  • the capacitor can advantageously be designed in the shape of a cylinder or at least be based on a cylindrical basic shape.
  • it can have a circular-cylindrical basic shape.
  • Deviating from the ideal cylindrical shape extending over the entire axial length, it can in principle also be beveled or have rounded end areas.
  • This shape can be advantageous in order to protect the cable sheath from buckling loads in the area of the axial ends of the sensor element.
  • the capacitor is oval or rectangular over a significant part of its axial length. is egg-shaped or has a longitudinal section geometry that tapers towards both axial ends in the manner of a double cone.
  • the associated higher stiffness of the outer electrode can be compensated for by a correspondingly low wall thickness in order to still achieve adequate deformability.
  • An oval longitudinal section shape of the capacitor can be supported, for example, by rounded caps located between the electrodes in the area of the axial ends and/or by dielectric protruding from the outer electrode in the axial end areas.
  • the capacitor can have an inner electrode and an outer electrode, with the dielectric coaxially surrounding the inner electrode and the outer electrode coaxially surrounding the dielectric.
  • This embodiment variant corresponds to the construction of a coaxial cable, the core of which is provided by the inner electrode and the outer conductor by the outer electrode, with the dielectric being elastically deformable.
  • the internal electrode can be either solid or hollow.
  • the internal electrode can be implemented as a simple wire or pin made of an electrically conductive material.
  • the capacitor can also be formed by a layer stack rolled up in a spiral shape, which has two electrodes and one intervening dielectric layer includes.
  • the roll axis corresponds in particular to the local rope axis.
  • the rolled-up layer stack can have two metal foils as electrodes and at least one elastomer element in between as a dielectric layer.
  • This elastomeric element can be designed as a type of foil or mat, so that by superimposing the elastomeric element and the two metal foils, a stack that can be rolled up is formed.
  • Two such elastomer elements are particularly preferably present in the layer stack - one between the two metal foils and one on the outside of the stack - so that a short circuit between the two metal foils is avoided between the turns and at the same time there is a particularly high change in capacitance as a function is reached by the tensile stress.
  • both metal foils can advantageously be designed to be resiliently deformable, so that they contribute to a reversible deformability of the entire capacitor and thus to a reversible change in capacitance.
  • the two metal foils can protrude in the axial direction in relation to the dielectric to facilitate their electrical contacting. So e.g. B. similar to the wound paper capacitor, one electrode may protrude toward a first axial end and the other electrode may protrude toward the opposite second axial end.
  • the elastomer element can swell out of the intermediate space between the electrodes towards the axial end regions when the radial pressure increases and its radial thickness correspondingly decreases. If, at the same time as the axial expansion of the dielectric If the two electrodes also expand in the axial direction, the increase in surface area leads to a further increase in capacitance, which further intensifies the increase in capacitance due to the reduction in the radial distance.
  • the axial length of the electrodes can also be essentially constant.
  • the rolled-up layer stack can in turn have at least one elastomer element, with at least one of the electrodes being formed by a coating on one of the two main surfaces of the elastomer element.
  • at least one of the electrodes is connected to the elastomer element as a fixed coating.
  • This coating can in particular be a metallic coating. Both electrodes can be formed particularly advantageously by such coatings.
  • An elastomer element can either be coated on both sides, with either another elastomer element or another insulator being interposed before it is rolled up.
  • two elastomer elements can be combined to form a stack that can be rolled up, with each of the elastomer elements being coated on one side with an electrode.
  • the metallic coating of the electrode(s) can in particular be vapour-deposited onto the respective elastomer element.
  • the electrodes themselves can also be designed as conductive elastomers, which are applied in particular as a coating on an adjacent dielectric elastomer element. The advantage of this variant is that a particularly flexibly deformable electrode can be obtained.
  • Conductive elastomers are, for example, elastically deformable polymers that are filled with metallically conductive fillers.
  • an axial change in length of the dielectric also includes the electrodes.
  • the sensor element has at least one metallic spring element with a variable diameter, which either forms the outer electrode of the capacitor or is electrically connected to one of the two electrodes.
  • This metallic spring element together with the deformable dielectric, can bring about a return to the original geometry after reversible deformation due to a temporary change in force.
  • both electrodes can be in the form of metallic spring elements, but it is particularly advantageous for at least the outer electrode to be in the form of a spring element.
  • the metal spring element can be designed, for example, as a slotted clamping sleeve and/or as a spirally rolled clamping sleeve.
  • Such clamping sleeves are well known from the prior art and are sometimes also referred to as clamping pins or spring pins.
  • the metallic spring element advantageously has a circular-cylindrical basic shape, with the axial end regions being rounded off, chamfered or rounded off. can be tapered in another way.
  • Such a slotted clamping sleeve can be designed, for example, as a wavy and/or toothed slotted clamping sleeve, in particular with simple slitting.
  • a corrugated and/or toothed slit has the advantage that the cable sheath lying radially on the outside is less easily clamped in the slit.
  • the clamping sleeve can also be designed as a multiply slotted clamping sleeve.
  • the individual slits can be designed as axial partial slits with alternating opening direction, so that a meandering structure results for the part connected to one another.
  • meandering clamping sleeves are known in the prior art.
  • the slot or the slots can be designed as radial partial slots, so that the springing is effected by radially inner or radially outer recesses. Slots located radially on the outside can be filled with elastic material to protect the cable sheath.
  • the outer contour of the sensor element is convex over a predominant part of its axial length, so that the axial tensile force on the traction cable can cause radial pressure on the sensor element.
  • a radial compressive force is generated not only locally (e.g. in the axial end regions) but over a large part of the length of the sensor element due to the tensile force on the cable sheath.
  • the shape is advantageously such that the resulting radial pressure is as uniform as possible over the majority of the length of the sensor element. This is achieved by a convex shape that extends as far as possible. In the axial end areas, however, the convex shape of the sensor element can optionally transition into pointed end pieces in order to promote centering of the sensor element within the cable sheath.
  • the capacitor can be cylindrical in shape for easier production, but surrounded by an adapter sleeve to achieve the desired outer contour.
  • this adapter sleeve can be structured by recesses in axially spaced ribs in order to bring about a local force component on the capacitor that is aligned as radially as possible within the individual ribs. The spaces between these ribs can in turn be filled with an elastic material to protect the outer cable sheath.
  • the traction cable can have two electrical connection lines for connecting the electrodes of the capacitor to an evaluation unit, the two connection lines being routed parallel to the cable axis, in particular in the region of the sensor element.
  • the lines can be routed out of the area of the sensor element either at the same axial end of the subsection in question or also at opposite axial ends.
  • the connection lines can be implemented as wires, stranded wires or cables, for example. They can be passed through the cable sheath by passing through the braiding of the individual cable strands or cables in the connection area. Fibers pass radially outwards.
  • the cable sheath can generally preferably consist at least predominantly of a synthetic plastic.
  • the synthetic plastic can advantageously be an ultra high molecular mass polyethylene (in particular Dyneema or Spectra), an aromatic polyester (in particular Vectran), an aramid (in particular Kevlar or Nomex), a poly(p-phenylene-2), 6-benzobisoxazole) (especially PBO or Zylon) or act as a polyamide.
  • These materials are characterized by a particularly high tensile strength.
  • they are flexible and electrically non-conductive, which is also advantageous for many applications.
  • the specific tensile strength of the material of the cable sheath can be, for example, 2500 N/mm 2 or higher.
  • the rope diameter in the areas outside of the partial area occupied by the sensor element can be between 0.5 mm and 10 mm.
  • the rope diameter in the partial area filled with the sensor element can be increased, for example, by a factor of 3.
  • a cable sheath with a regular outer diameter of 4 mm can have an enlarged outer diameter of up to 12 mm in the area of the sensor element.
  • the factor for the cable diameter can advantageously be in a range between 1.5 and 5.
  • the invention is not limited to cable sheaths made from high-strength synthetic plastics.
  • the cable sheath can also consist of conventional materials, for example steel, copper or hemp, and be filled locally with a sensor element for measuring the tensile force in a corresponding manner.
  • the traction cable can consist of several partial cables, each of which has a separate cable sheath. In such a case, it is sufficient if at least one of these partial cables is provided locally with an internal sensor element for measuring the tensile force.
  • the section with the internal sensor arranged sorelement in a free-running area of the traction cable is a section of the traction cable in which there is no mechanical contact with a deflection pulley, there are no attachment points and the traction cable is not in mechanical contact with other leading elements either.
  • the cable-operated device can include an evaluation unit with which the change in capacitance, which is dependent on the tensile force, can be measured.
  • This evaluation unit can be designed either as part of the traction cable or separately from it.
  • the evaluation unit can have a coil, for example, whose inductance forms an oscillating resonant circuit together with the capacitance of the capacitor.
  • the evaluation unit can also be designed in such a way that it enables the frequency of this oscillator to be measured. If the capacitance of the capacitor is reduced, this frequency is increased and vice versa. In this way, an electrical measurement is made possible in a relatively simple manner, which supplies a signal dependent on the tensile stress.
  • the cable-operated device can be configured as a robotic device, for example.
  • the traction cable can be used within the robotic device to transmit a tensile force, for example to move a robotic joint unit with the aid of an integrated drive device.
  • the traction cable can assume a function analogous to a tendon in the human body.
  • a "drive tendon" which connects the drive unit and the driven element in a force-transmitting manner
  • such a tendon can also fulfill the function of a support bracing, through which the movable elements of the drive train are supported against the mechanical mass or other mechanically rigid elements.
  • the traction cable according to the invention be integrated into a support bracing of a so-called tensegrity structure.
  • this can be designed to also detect rapid changes in the tensile stress by measuring the electrical signal. In this way, vibrations in the area of the traction cable can be measured.
  • Such a measurement can be used particularly advantageously as the basis for active vibration damping in a cable-operated device.
  • Figure 1 shows a schematic plan view of a traction cable into which a sensor element is inserted
  • Figure 2 shows a traction cable with a sensor element inserted therein
  • Figure 3 shows a schematic longitudinal section through a sensor element
  • Figure 4 shows a schematic longitudinal section through another sensor element
  • FIG. 5 shows a schematic perspective representation of the capacitor of FIG. 4,
  • Figure 6 shows a schematic longitudinal section through another traction cable
  • FIGS 7 to 11 show different variants of clamping sleeves
  • FIG. 12 shows a schematic cross-sectional illustration of a further capacitor.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a traction cable 1 according to a first example of the invention, namely during a production step in which a sensor element 11 is inserted into the interior of the cable sheath 3 of this traction cable.
  • the cable sheath 3 is a hose-like braid made up of several cable strands or fibers, one of which is exemplarily draws is . These individual strands Fibers each lie at an angle to the local rope axis.
  • FIG. 2 shows the state of the traction cable 1 in which the sensor element 11 is inserted into the interior of the cable sheath and the individual cable strands 5 are pushed together again to form a symmetrical braid.
  • the two figures thus illustrate how a traction cable according to the invention can be produced in a simple manner by subsequent modification of a conventional cable which has a tubular cable sheath with an internal cavity.
  • the sensor element is only inserted into a partial section s of the traction cable 1, in which the diameter is then correspondingly increased.
  • the traction cable remains unchanged in the remaining sections.
  • the essential properties such as tensile strength and axial stiffness are changed only insignificantly by inserting the sensor element.
  • the sensor element 11 has an elongated shape and, when fully inserted, lies coaxially with the cable axis A.
  • it has an outer contour 12 which is convex in shape over a significant part of its length. Nevertheless, it tapers to a point in the axial end areas. This pointed taper makes it easier to center the sensor element in the cable sheath under tensile load.
  • the resulting compressive force has a high radial component over a large part of the length of the sensor element, which can be measured with the aid of the sensor element in order to obtain a measure of the magnitude of the tensile force F A present.
  • the measurement is carried out by measuring an electrical signal, which is influenced by a capacitance inside the sensor element.
  • the sensor element two connection lines 31 and 32 on. These initially run parallel to the cable axis A within the cable sheath 3, but are then led out of the interior through the cable mesh of the sheath through oblique end sections. In this way, an electrical measurement can be made possible via an evaluation unit that is not shown in detail here.
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section according to a first example of such a sensor element 11 .
  • the sensor element has an elongate shape and is arranged along the local cable axis A within the cable sheath, which is not shown here. It is used to measure a radial pressure p r (or also the radial component of a compressive force acting obliquely at certain locations).
  • a capacitor 20 is arranged inside the sensor element, the capacitance of which depends on the radial pressure.
  • the capacitor has two electrodes 21 , 22 and a dielectric 25 lying radially between them.
  • the first electrode 21 is designed as an internal wire.
  • the dielectric 25 is a circular cylindrical element which concentrically surrounds this wire 21 , and the dielectric 25 is in turn surrounded concentrically by the outer electrode 22 . It is therefore a circular-cylindrical coaxial structure, analogous to a coaxial cable.
  • the dielectric 25 is provided by an elastomer, so that its radial thickness d can change reversibly under radial pressure loading. This brings about a reversible change in capacitance, which can be measured via the connection lines 31, 32 connected to the electrodes 21, 22 via an external circuit, not shown here, for example by detecting a changed oscillation frequency together with a coil contained in the circuit.
  • the circular-cylindrical geometry of the capacitor shown here is particularly simple to manufacture.
  • the capacitor In order to nevertheless achieve a convex outer contour 12 of the sensor element 11, the capacitor here has a convex matching sleeve 13 surrounded .
  • the shape of this adapter sleeve 13 ensures that pressure is exerted on the capacitor with a high radial component over a larger part of the length of the sensor element due to the tensile force on the surrounding cable jacket.
  • FIG. 4 shows a further example of a sensor element 11 in a schematic longitudinal section. Similar to the example in FIG. 3, here too the capacitor 20 is constructed from an inner electrode 21, a dielectric 25 surrounding it in a cylindrical manner and a surrounding cylindrical outer electrode. In contrast to the previous example, here the connection lines 31 , 32 for the two electrodes are led out to the same axial end of the sensor element.
  • FIG. 4 shows only as an example that this adapter sleeve can in principle be configured differently.
  • an axially continuous adjustment sleeve is shown in the lower part of the figure, similar to the example in FIG.
  • the adapter sleeve is subdivided into axial ribs 17 by a plurality of recesses, in order to bring about the most uniform possible radial transmission of the pressure on the condenser outside of the central area as well.
  • the gaps between these ribs can be filled with an elastically deformable material in order to avoid wear on the cable sheath at the sharp edges. In the versions with such ribs, they should of course extend over the entire circumference of the adapter sleeve.
  • FIG. 5 there is shown a schematic perspective view of the capacitor 20 of the figure, shown here without the surrounding adapter sleeve.
  • the easy-to-implement circular-cylindrical construction of this capacitor and the similarity to the construction of a conventional coaxial cable are particularly evident here.
  • such a cylindrical capacitor could also be used inside a cable sheath without a convex adapter sleeve for measuring tensile stress, but the distribution of the radial compressive force over the length of the capacitor is then less uniform.
  • FIG. 6 shows a schematic longitudinal section through a traction cable 1 according to a further example of the invention.
  • the sensor element is essentially formed here by the capacitor 20 which is arranged inside the cable sheath 3 .
  • the capacitor 20 which is arranged inside the cable sheath 3 .
  • the capacitor itself is already convex in shape.
  • the convex shape is made clear by the lens-like cross-sectional profile of the capacitor, which should also be rotationally symmetrical in this example.
  • Both the outer electrode 22 and the dielectric arranged therein have a convex cross-sectional shape.
  • Various implementation options are shown in the left and right-hand parts of the drawing by way of example only, although in a real example a uniform design that is essentially the same in both axial end regions can advantageously be selected.
  • the right-hand part shows, for example, that the convexly arched dielectric 25 can protrude from the outer electrode 22 in the axial end area 26, with this end area 26 also having a rounded shape.
  • the capacitor 20 is compressed in the radial direction, the proportion of the dielectric 14 that swells out increases. Due to the essentially fixed axial length of the two electrodes 21 and 22 the effective length of the capacitor does not change.
  • the left part shows by way of example that the convex shape of the outer electrode 22 in the axial end area can be supported by an axially tapering end cap 27 arranged between the inner electrode and the outer electrode. This end cap can be made of a comparatively rigid plastic.
  • this end cap can optionally be displaced in the direction of the axial end.
  • this end cap can optionally be displaced in the direction of the axial end.
  • FIG. 6 there is a combination of a rounded dielectric protruding on one side and an opposite end cap 27 .
  • the outer electrode 22 in each case surrounds the dielectric 25 as a hollow body. Due to the radial compressibility of the elastomer, the radial thickness d of the dielectric can change reversibly, with its elasticity also causing a restoring force, which again leads to an expansion of the capacitor when the radial pressure action ends or decreases.
  • the outer electrode can also be reversibly deformed in such a way that its diameter is variable. Ideally, such a deformation of the outer electrode also leads to a restoring force. This can be achieved in that, in the examples described, the outer electrode is implemented as a metallic spring element with a variable diameter. Such spring elements are known, for example, in the form of so-called clamping sleeves from the prior art.
  • FIGS. 7 to 11 show several examples of different configurations of clamping sleeves 24 , as can be used in particular as external electrodes 22 .
  • FIG. 7 shows a simple hollow cylindrical clamping sleeve 24 with a simple straight slot 24a in the cylinder wall.
  • the width of this slot 24a changes, resulting in a variation of the sleeve diameter. Due to the spring effect of the metallic cylinder wall, such a deformation also results in a restoring force.
  • the clamping sleeve 24 shown in FIG. 8 also acts as a cylindrical spring with a variable diameter.
  • the slit 24a is formed as a wavy toothed slit. This has the advantage that a smaller gap is formed on the cylinder surface with a similar spring deflection.
  • FIG. 9 shows a spirally rolled clamping sleeve 24 which also acts as a radial spring with a variable diameter. If the diameter changes, the individual windings of the metal scroll spring slide over one another with relatively little friction, so that a spring effect can also be achieved without a continuous slot.
  • FIG. 10 shows a clamping sleeve 24 with a plurality of axial slits 24a, each of which is in the form of only partial slits.
  • the remaining connecting webs alternate between the two axial ends, resulting in a meandering structure for the cylinder wall that remains stationary.
  • the compression and opening of the slots results in a spring effect and a variable diameter of the clamping sleeve 24 here as well.
  • FIG. 11 shows an embodiment of a clamping sleeve 24 with a plurality of slots 24a, which are continuous in the axial direction, but are formed only as partial slots in the radial direction.
  • the partial slots are shown here lying radially on the outside, but an inside arrangement is also possible and may be advantageous in order to avoid jamming of the cable.
  • the slots 24a shown and in particular the Partial slots of Figures 10 and 11 are generated by subsequent processing of a metallic hollow cylinder, for example by processing with a laser or a broach.
  • these slots can be filled with an elastically deformable material.
  • FIG. 12 shows a schematic cross-sectional representation of a capacitor 20 according to a further example of the invention.
  • a section perpendicular to the local cylinder axis of the condenser is shown, whereby this cylinder axis should again be aligned along the local cable axis A in the finished traction cable.
  • a first connecting line 31 runs in the center in the axial direction, which can also be configured as a wire here.
  • a layer stack 29 is wound around this wire in the manner of a roll. In this example, this layer stack comprises an inner first electrode
  • the first electrode is electrically connected to the internal connection line 31, and the outer electrode
  • the outer second elastomer element 25b here has one winding less than the first elastomer element 25a.
  • the number of windings shown is only to be understood here as an illustration and can advantageously also be significantly larger in real embodiments.
  • the main advantage of such a rolled arrangement is that the plurality of windings of the dielectric lying on top of one another results in an increased stroke in the change in capacitance in the event of radial compression or expansion.
  • the layer stack 29 can be a stack of two mat-like elastomer elements 25a and 25b, with a metallic foil being arranged as an electrode between these two elastomer elements and on one of the outer sides of the stack is .
  • these metallic foils can also be contacted in the axial end regions of the winding, in particular if they each protrude over the elastomer elements in one of the end regions. If the metallic foils are sufficiently thick, they can also contribute to the spring effect of the rolled stack.
  • the individual elements of this stack of layers can also slide over one another, particularly in the axial direction, so that, for example, during compression the elastomer elements 25a and 25b can be pushed out axially from the original cylinder, with the metal electrode foils essentially retaining their axial length .
  • the mat-like elastomer elements can also be firmly connected to the conductive electrodes 21, 22 as a coating.
  • a coating can be, for example, a vapor-deposited metal layer or else a conductive elastomer connected to the dielectric.
  • either one of the elastomer elements can be coated on both sides with the electrodes and only one uncoated insulation layer is provided for the adjacent turn.
  • two elastomer elements lying one on top of the other and each coated on one side can form the layer stack 29 .
  • the rolled embodiment of FIG. 12 is particularly advantageous in order to achieve a high change in the measurement signal as a function of the radial pressure and thus of the tensile stress on the cable.
  • the outer sleeve 23 shown can advantageously be designed as a metallic spring element with a variable diameter and thus contribute to a restoring effect of the layer stack.
  • this outer sleeve 23 can in turn be implemented as a clamping sleeve and, in particular, be configured similarly to one of the clamping sleeves 24 in FIGS. 7 to 11. reference character list

Abstract

The invention relates to a hoist cable (1) for transferring an axial tensile force (FA). The hoist cable (1) comprises: - a hose-like cable sheath (3) which comprises a braid consisting of a plurality of cable strands and/or fibres (5), the individual cable strands and/or fibres (5) extending obliquely to the local cable axis (A), and - an elongate sensor element (11) which is located in a sub-portion (s) within the cable sheath (3) and has a capacitor (20) of which the capacitance depends on a radial pressure (pr) of the cable sheath (3) on the sensor element (11), - wherein the radial pressure (pr) on the sensor element (11) depends on the axial tensile force (FA) on the hoist cable (1). The invention further relates to a cable-operated device having such a hoist cable as well as to a method for measuring a tensile force (FA) which acts on such a hoist cable.

Description

Beschreibung description
Zugseil , seilbetriebene Einrichtung und Verfahren zur Messung einer Zugkraft Traction rope, rope-operated device and method for measuring a traction force
Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Zugseil zur Übertragung einer axialen Zugkraft . Dieses Zugseil weist einen schlauchförmigen Seilmantel auf , der ein Geflecht aus mehreren Seilsträngen und/oder Fasern umfasst , wobei die einzelnen Seilstränge und/oder Fasern schräg zur lokalen Seilachse verlaufen . Weiterhin betri f ft die Erfindung eine seilbetriebene Einrichtung mit einem solchen Zugseil und ein Verfahren zur Messung einer Zugkraft auf einem Zugseil . The present invention relates to a traction cable for transmitting an axial traction force. This traction cable has a tubular cable sheath which comprises a braiding of several cable strands and/or fibers, with the individual cable strands and/or fibers running at an angle to the local cable axis. Furthermore, the invention relates to a cable-operated device with such a traction cable and a method for measuring a tensile force on a traction cable.
Aus dem Stand der Technik sind hochfeste Seile bekannt , welche zum Übertragen von Zugkräften in seilbetriebenen Einrichtungen dienen . So werden beispielsweise in Robotikeinrichtungen Zugseile eingesetzt , welche ähnlich wie die Sehnen im menschlichen Körper der Kraftübertragung zwischen einer Antriebseinheit und einem davon entfernten Abtriebselement dienen . Es existieren aber auch zahlreiche andere Anwendungen im Maschinenbau und in der Elektrotechnik, bei der kraftübertragende Seilkinematiken eingesetzt werden . Durch die Entwicklung von hochfesten Kunststof fen als Seilmaterialien können solche Seilkinematiken zunehmend kompakter ausgestaltet werden . Für viele dieser Anwendungen ist es nützlich, den aktuellen Belastungs zustand des verwendeten Zugseils zu kennen und insbesondere kontinuierlich zu messen . Prinzipiell sind im Stand der Technik Methoden zur Zugspannungsmessung an Seilen bekannt . So werden verschiedene Handgeräte und auch stationäre Zugspannungs-Messgeräte kommerziell angeboten, bei welchen ein unter Zugspannung stehendes Seil typischerweise zwischen mehreren Rollen eingespannt wird, wobei die auf die Rollen einwirkenden Kräfte mit Kraftsensoren gemessen werden . Nachteilig an dieser Art der Messung ist , dass die Messung aufgrund der zusätzlichen Umlenkrollen eine Änderung der Seil führung erfordert . Außerdem wird für diese Art der Messung typischerweise relativ viel Bauraum benötigt , da ein hinreichend langer freier Seilabschnitt vorliegen muss , um das Messgerät daran anzuordnen . Ein derartig langer freier Seilabschnitt ist aber gerade in kompakten Robotikeinrichtungen und anderen kompakten Seilkinematiken nicht immer vorhanden bzw . nicht in allen Betriebs zuständen zugänglich . Außerdem muss in wenigstens ein Umlenk-Element ein Kraftsensor eingebaut werden . High-strength ropes are known from the prior art, which are used to transmit tensile forces in rope-operated devices. For example, traction cables are used in robotic devices, which, like the tendons in the human body, serve to transmit power between a drive unit and a driven element remote from it. However, there are also numerous other applications in mechanical engineering and electrical engineering in which force-transmitting cable kinematics are used. With the development of high-strength plastics as rope materials, such rope kinematics can be made increasingly compact. For many of these applications, it is useful to know the current load status of the traction cable used and, in particular, to measure it continuously. In principle, methods for measuring tensile stress on ropes are known in the prior art. Various hand-held devices and also stationary tensile stress measuring devices are commercially available, in which a cable under tensile stress is typically clamped between a number of rollers, with the forces acting on the rollers being measured using force sensors. The disadvantage of this type of measurement is that the measurement requires a change in the cable routing due to the additional deflection pulleys. In addition, a relatively large amount of space is typically required for this type of measurement, since a there must be a sufficiently long free rope section in order to place the measuring device on it. However, such a long free cable section is not always available or not always available, especially in compact robotic devices and other compact cable kinematics. not accessible in all operating states . In addition, a force sensor must be installed in at least one deflection element.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zugseil zur Verfügung zu stellen, welches die genannten Nachteile überwindet . Insbesondere soll ein Zugseil zur Verfügung gestellt werden, welches während seines Betriebs in einer seilbetriebenen Einrichtung auf einfache und platzsparende Weise eine Messung der einwirkenden Zugkraft ermöglicht . Weiterhin soll durch die Messanordnung vorteilhaft die Funktionalität des Zugseils und insbesondere dessen Flexibilität und/oder dessen Zugfestigkeit möglichst wenig beeinflusst werden . Außerdem soll die Messung möglichst kontinuierlich, während des gesamten Betriebs möglich sein . Eine weitere Aufgabe ist es , eine seilbetriebene Einrichtung mit einem solchen Zugseil und ein Verfahren zur Messung der Zugkraft an einem solchen Zugseil zur Verfügung zu stellen . The object of the invention is therefore to provide a traction cable which overcomes the disadvantages mentioned. In particular, a traction cable is to be made available which, during its operation in a cable-operated device, enables the effective tensile force to be measured in a simple and space-saving manner. Furthermore, the functionality of the traction cable and in particular its flexibility and/or its tensile strength should advantageously be influenced as little as possible by the measuring arrangement. In addition, the measurement should be as continuous as possible, possible during the entire operation. A further object is to provide a cable-operated device with such a traction cable and a method for measuring the tensile force on such a traction cable.
Diese Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 beschriebene Zugseil , die in Anspruch 13 beschriebene seilbetriebene Einrichtung und das in Anspruch 15 beschriebene Messverfahren gelöst . These objects are achieved by the traction cable described in claim 1, the cable-operated device described in claim 13 and the measuring method described in claim 15.
Das erfindungsgemäße Zugseil ist zur Übertragung einer axialen Zugkraft ausgelegt . Es umfasst einen schlauchförmigen Seilmantel , der ein Geflecht aus mehreren Seilsträngen und/oder Fasern aufweist , wobei die einzelnen Seilstränge und/oder Fasern schräg zur lokalen Seilachse verlaufen . Erfindungsgemäß ist in einem Teilabschnitt innerhalb des Seilmantels ein länglich geformtes Sensorelement angeordnet . Dieses Sensorelement weist einen Kondensator auf , dessen Kapazität von einem radialen Druck des Seilmantels auf das Senso- relement abhängt . Dabei hängt der radiale Druck auf das Sensorelement von der axialen Zugkraft auf das Zugseil ab . The traction cable according to the invention is designed to transmit an axial tensile force. It comprises a tubular rope sheath, which has a braiding of several rope strands and/or fibers, with the individual rope strands and/or fibers running obliquely to the local rope axis. According to the invention, an elongate sensor element is arranged in a section within the cable sheath. This sensor element has a capacitor whose capacity depends on the radial pressure of the cable sheath on the sensor element depends . The radial pressure on the sensor element depends on the axial tensile force on the traction cable.
Die Bezeichnungen „axial" und „radial" beziehen sich hierbei j eweils auf die lokale Seilachse , also auf die Längsrichtung des Seils in dem j eweils betrachteten Seilabschnitt . Auch bei Zugseilen mit nicht kreis förmigem Querschnitt soll dabei der Begri f f „radial" analog zur Kreis form die Richtung von einem außenliegenden Punkt zum Zentrum des Seils ( oder umgekehrt ) bedeuten . Der Seilmantel umfasst mehrere schräg zur Seilachse liegende Seilstränge und/oder Fasern, wie dies generell bei Seilen üblich ist . Beispielsweise werden Kletterseile heutzutage als Kern-Mantel-Seile gefertigt , bei denen ein außenliegender Seilmantel einen innenliegenden Seilkern radial umgibt . Der hier beschriebene Seilmantel entspricht dem Seilmantel eines solchen Kern-Mantel-Seils , wobei der innenliegende Seilkern prinzipiell ( zumindest teilweise ) vorhanden sein kann, aber besonders vorteilhaft auch ganz entfallen kann . Anstelle des Seilkerns oder ggf . auch zusätzlich zu diesem ist im Inneren des Seilmantels das länglich geformte Sensorelement angeordnet . Dieses Sensorelement ermöglicht eine Messung der Zugspannung in si tu, nämlich im Zugseil selbst . Das Sensorelement ist dazu ausgelegt , einen radialen Druck des Seilmantels auf das Sensorelement zu messen . Dies wird dadurch ermöglicht , dass das Sensorelement einen Kondensator umfasst , dessen Kapazität durch eine Änderung dieses radialen Drucks variiert werden kann . Der Aufbau des Seilmantels mit mehreren schräg verlaufenden Seilsträngen und/oder Fasern bewirkt außerdem, dass bei einer Änderung der axialen Zugkraft der radiale Druck des Seilmantels auf das Sensorelement verändert wird . Dies geschieht dadurch, dass aufgrund der Schräglage zur Achse eine Zugkraft entlang der Seilachse immer ein Anpressen des Seilmantels in Richtung der Seilmitte bewirkt , wobei der Winkel der einzelnen Stränge bzw . Fasern mit der Seilachse kleiner wird . Umgekehrt führt ein Nachlassen der Zugkraft zu einer Reduktion der Spannung . Dabei kommt es abhängig von der Einbausituation zu einer Verkürzung und gleichzeitig einer Stauchung des Seilmantels durch Vergröße- rung des Faserwinkels . Wenn sich auf diese Weise der Winkel der Stränge oder Fasern zur Seilachse vergrößert und entsprechend der Durchmesser des Seilmantels vergrößert wird, lässt auch der radiale Druck auf das längliche Sensorelement nach . Die einzelnen Stränge bzw . Fasern können miteinander verstrickt , verwoben, verdreht , verschränkt und/oder verflochten sein . Wesentlich ist nur, dass zumindest ein wesentlicher Teil der Fasern bzw . Stränge einen Winkel mit der Längsachse einschließt , so dass die beschriebene Wechselwirkung zwischen axialer Zugkraft und radialem Druck auf das innenliegende Sensorelement zustande kommt . Ein einzelner Seilstrang kann seinerseits aus mehreren Fasern verstrickt , verwoben, verdreht , verschränkt und/oder verflochten sein . Es können aber auch bereits einzelne Fasern aus Garn oder Draht in entsprechender Weise zu dem Seilmantel zusammengesetzt sein . Die längliche Form des innenliegenden Sensorelements ist zweckmäßig, um bei zunehmender Zugkraft eine Zentrierung des Sensorelements im Inneren des Seilmantels zu bewirken . The designations “axial” and “radial” each refer to the local rope axis, ie to the longitudinal direction of the rope in the particular rope section under consideration. Also in the case of traction ropes with a non-circular cross-section, the term "radial" should mean the direction from an external point to the center of the rope (or vice versa), analogous to the circular shape. The rope sheath comprises several rope strands and/or fibers lying diagonally to the rope axis, as is generally the case with ropes. For example, climbing ropes are nowadays manufactured as core-mantle ropes, in which an outer rope mantle radially surrounds an inner rope core. The rope mantle described here corresponds to the rope mantle of such a core-mantle rope, with the inner rope core can be present in principle (at least in part), but can also be omitted entirely, particularly advantageously. Instead of the rope core or possibly also in addition to it, the elongate sensor element is arranged inside the rope sheath. This sensor element enables the tensile stress to be measured in situ, namely in the cable itself The sensor element i is designed to measure a radial pressure of the cable sheath on the sensor element. This is made possible by the fact that the sensor element comprises a capacitor whose capacitance can be varied by changing this radial pressure. The structure of the cable sheath with a plurality of cable strands and/or fibers running at an angle also causes the radial pressure of the cable sheath on the sensor element to change when the axial tensile force changes. This happens because due to the inclined position to the axis, a tensile force along the rope axis always causes the rope sheath to be pressed in the direction of the middle of the rope, with the angle of the individual strands or fibers with the rope axis becomes smaller. Conversely, a decrease in tensile force leads to a reduction in tension. Depending on the installation situation, this leads to a shortening and at the same time a compression of the cable sheath due to an increase in tion of the fiber angle . If the angle of the strands or fibers to the cable axis increases in this way and the diameter of the cable sheath increases accordingly, the radial pressure on the elongated sensor element also decreases. The individual strands Fibers can be knit, woven, twisted, entangled, and/or intertwined with one another. It is only essential that at least a significant part of the fibers or Strands enclose an angle with the longitudinal axis, so that the described interaction between axial tensile force and radial pressure on the inner sensor element comes about. A single strand of rope may in turn be knitted, woven, twisted, twisted and/or braided from multiple fibers. However, individual fibers of yarn or wire can also already be assembled in a corresponding manner to form the cable sheath. The elongated shape of the inner sensor element is expedient in order to cause the sensor element to be centered in the interior of the cable sheath as the tensile force increases.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Zugseils liegt darin, dass mit dem innenliegenden Sensorelement auf einfache Weise eine Messung der Zugspannung am Ort des Seils ermöglicht wird, ohne dass hierfür ein großer zusätzlicher Platzbedarf entsteht . Es muss lediglich ein relativ kurzer freier Seilabschnitt zur Verfügung gestellt werden, in dem das Sensorelement angeordnet werden kann . Beispielsweise kann die Länge dieses Teilabschnitt z . B . das 20 fache des Seildurchmessers oder weniger betragen . Beispielsweise kann die Länge des Seilabschnitts zwischen dem 4 fachen und dem 20 fachen des Seildurchmessers betragen . Aufgrund der Integration des Sensors im Inneren des Seils wird ein sehr kompakter Aufbau zur Messung der Zugspannung zur Verfügung gestellt , welcher sich insbesondere für die Verwendung in kompakten seilbetriebenen Einrichtungen eignet . Dadurch wird eine dauerhafte Überwachung der Zugspannung beim Betrieb des Zugseils ermöglicht . Die Ausgestaltung des Sensorelements mit einer abhängig vom radialen Druck variablen Kapazität ermöglicht eine für viele Anwendungen ausreichend genaue Kraftmessung bei gleichzeitig apparativ einfachem und platzsparendem Aufbau . Die mechanischen Eigenschaften des Zugseils werden durch das integrierte Sensorelement nicht wesentlich verändert , insbesondere wenn der betref fende Seilabschnitt innerhalb einer seilbetriebenen Einrichtung in einem freien Bereich des Seils - also zwischen den dort vorliegenden Umlenk- bzw . Befestigungspunkten - angeordnet ist . Insbesondere werden die Zugfestigkeit des Seils und die Stei figkeit in axialer Richtung durch die innenliegende Anordnung des Sensorelements nur unwesentlich beeinflusst . So kann durch die Erfindung eine dauerhafte Integration einer Sensorik in das Zugseil zur kontinuierlichen Messung der Zugkraft ermöglicht werden . A major advantage of the traction cable according to the invention is that the internal sensor element allows the tensile stress to be measured in a simple manner at the location of the cable without requiring a great deal of additional space. Only a relatively short free rope section has to be made available, in which the sensor element can be arranged. For example, the length of this section z. B. be 20 times the rope diameter or less. For example, the length of the rope section can be between 4 times and 20 times the rope diameter. Due to the integration of the sensor inside the cable, a very compact structure for measuring the tensile stress is made available, which is particularly suitable for use in compact cable-operated devices. This enables permanent monitoring of the tension during operation of the traction cable. The configuration of the sensor element with a capacity that is variable as a function of the radial pressure enables a force measurement that is sufficiently precise for many applications at the same time Apparatus simple and space-saving construction. The mechanical properties of the traction rope are not significantly changed by the integrated sensor element, especially if the relevant rope section is within a rope-operated device in a free area of the rope - i.e. between the deflection or Attachment points - is arranged. In particular, the tensile strength of the cable and the stiffness in the axial direction are only marginally influenced by the internal arrangement of the sensor element. In this way, the invention enables permanent integration of a sensor system into the traction cable for continuous measurement of the traction force.
Die erfindungsgemäße seilbetriebene Einrichtung weist eine Antriebseinheit , ein Abtriebselement und ein erfindungsgemäßes Zugseil auf , welches die Antriebseinheit und das Abtriebselement bezüglich einer Zugrichtung kraftübertragend verbindet . Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zugseils ermöglicht auf einfache Weise eine Messung der Zugspannung innerhalb der Einrichtung, wobei für diese Funktionalität kaum zusätzlicher Bauraum benötigt wird . Die beschriebene Verbindung zwischen Antriebseinheit und Abtriebselement über das Zugseil muss keine direkte Verbindung sein . Mit anderen Worten sollen weitere verbindende Zwischenelemente nicht ausgeschlossen sein . Die kraftübertragende Verbindung soll aber zumindest über das Zugseil vermittelt sein . The cable-operated device according to the invention has a drive unit, a driven element and a pull cable according to the invention, which connects the drive unit and the driven element in a force-transmitting manner with respect to a pulling direction. The configuration of the traction cable according to the invention enables the tensile stress within the device to be measured in a simple manner, with hardly any additional installation space being required for this functionality. The described connection between the drive unit and the driven element via the traction cable does not have to be a direct connection. In other words, further connecting intermediate elements should not be ruled out. However, the force-transmitting connection should at least be mediated via the traction cable.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Messung einer Zugkraft , welche auf ein erfindungsgemäßes Zugseil einwirkt . Dabei wird ein durch die Kapazität des Kondensators beeinflusstes elektrisches Signal gemessen, dessen Größe von einem radialen Druck des Seilmantels auf das Sensorelement abhängt . Weiterhin hängt der radiale Druck auf das Sensorelement von der Zugkraft auf das Zugseil ab . Die Vorteile der erfindungsgemäßen seilbetriebenen Einrichtung und des erfindungsgemäßen Messverfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Zugseils . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 13 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor . Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen des Zugseils , der seilbetriebenen Einrichtung und des Messverfahrens allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden . The method according to the invention serves to measure a tensile force which acts on a traction cable according to the invention. In this case, an electrical signal influenced by the capacitance of the capacitor is measured, the size of which depends on the radial pressure exerted by the cable sheath on the sensor element. Furthermore, the radial pressure on the sensor element depends on the tensile force on the traction cable. The advantages of the cable-operated device according to the invention and the measuring method according to the invention result analogously to the advantages of the traction cable according to the invention described above. Advantageous configurations and developments of the invention emerge from the claims dependent on claims 1 and 13 and from the following description. The described configurations of the traction cable, the cable-operated device and the measuring method can generally be advantageously combined with one another.
So kann das länglich geformte Sensorelement allgemein vorteilhaft mit seiner Längsachse entlang der lokalen Seilachse ausgerichtet sein und ein Aspektverhältnis von wenigstens 2 : 1 aufweisen . Unter diesem Aspektverhältnis soll das Verhältnis von Länge zu ( größtem) Durchmesser des Sensorelement verstanden werden . Ein derartig ausgestaltetes Sensorelement wird durch die auf das Seil einwirkende Zugkraft im Inneren des Seilmantels zentriert . Thus, the elongate sensor element can generally advantageously be aligned with its longitudinal axis along the local cable axis and have an aspect ratio of at least 2:1. This aspect ratio is to be understood as meaning the ratio of length to (largest) diameter of the sensor element. A sensor element designed in this way is centered in the interior of the cable sheath by the tensile force acting on the cable.
Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Formgebung können der Seilmantel und das innenliegende Sensorelement koaxial zueinander ausgestaltet sein . Besonders vorteilhaft weisen dabei sowohl der außenliegende Seilmantel als auch das innenliegende Sensorelement eine rotationssymmetrische Grundform auf , besitzen also j eweils eine kreis förmige Querschnittsgeometrie . Bei der koaxialen Anordnung dieser beiden insbesondere rotationssymmetrischen Formen liegt aufgrund der Symmetrie eine besonders geringe Beeinflussung der Eigenschaften des Seilmantels vor . Die genannte rotationssymmetrische Form von Seilmantel und Sensorelement ist j edoch nicht zwingend : So kann die Erfindung prinzipiell auch realisiert werden, wenn z . B . ein Sensorelement mit flacher Querschnitts form innerhalb eines entsprechend flach geformten Seilmantels angeordnet ist . Generally advantageous and independent of the exact shape, the cable sheath and the inner sensor element can be configured coaxially to one another. Particularly advantageously, both the outer cable sheath and the inner sensor element have a rotationally symmetrical basic shape, ie each have a circular cross-sectional geometry. With the coaxial arrangement of these two forms, which are in particular rotationally symmetrical, the properties of the cable sheath are influenced particularly little due to the symmetry. However, the above-mentioned rotationally symmetrical shape of the cable casing and sensor element is not mandatory. B. a sensor element with a flat cross-sectional shape is arranged within a correspondingly flat-shaped cable sheath.
Gemäß einer allgemein besonders bevorzugen Aus führungs form weist der Kondensator des Sensorelements zwei Elektroden und ein radial dazwischenliegendes elastisch verformbares Dielektrikum auf . Durch die elastische Verformbarkeit kann auf besonders einfache Weise aufgrund der resultierenden Abstandsänderung zwischen den Elektroden eine Änderung der Kapazität bewirkt werden . Wenn das Dielektrikum (unabhängig von der genauen Formgebung und Anordnung der Elektroden) radial zwischen den beiden Elektroden liegt , dann kann eine Änderung des darauf einwirkenden radialen Drucks eine Änderung der radialen Dicke des Dielektrikums und eine damit einhergehende Kapazitätsänderung bewirken . Wenn beispielsweise die Zugspannung auf dem Zugseil erhöht wird, steigt der auf das Sensorelement wirkende radiale Druck, was zu einer Kompression des elastisch verformbaren Dielektrikums und entsprechend zu einer Erhöhung der Kapazität führt . Wenn dagegen die so erhöhe Zugspannung wieder abnimmt , dann wird diese Kompression aufgrund der Elasti zität des Dielektrikums wieder rückgängig gemacht , der Elektrodenabstand nimmt wieder zu, und die Kapazität sinkt entsprechend . So kann auf besonders einfache Weise eine von der Zugkraft abhängige elektrische Messgröße zur Verfügung gestellt werden . Durch Messung dieser variablen Kapazität kann eine für viele Anwendungen hinreichend genaue Messung der Zugkraft auf dem Seil erfolgen . According to a generally particularly preferred embodiment, the capacitor of the sensor element has two electrodes and an elastically deformable dielectric lying radially between them. Due to the elastic deformability, the capacitance can be changed in a particularly simple manner due to the resulting change in distance between the electrodes be effected . If the dielectric (regardless of the exact shape and arrangement of the electrodes) lies radially between the two electrodes, then a change in the radial pressure acting on it can cause a change in the radial thickness of the dielectric and an associated change in capacitance. If, for example, the tensile stress on the traction cable is increased, the radial pressure acting on the sensor element increases, which leads to compression of the elastically deformable dielectric and correspondingly to an increase in capacitance. If, on the other hand, the tensile stress that has been increased in this way decreases again, then this compression is reversed again due to the elasticity of the dielectric, the electrode spacing increases again and the capacitance falls accordingly. In this way, an electrical measurement variable dependent on the tensile force can be made available in a particularly simple manner. By measuring this variable capacitance, the tensile force on the rope can be measured with sufficient accuracy for many applications.
Bei dieser Aus führungs form mit einem elastisch verformbaren Dielektrikum ist zweckmäßig zumindest eine der Elektroden nachgiebig ausgestaltet , so dass auch sie zerstörungs frei verformbar ist . Besonders vorteilhaft können sogar beide Elektroden mechanisch nachgiebig ausgestaltet sein, insbesondere bei Aus führungsvarianten mit einem aufgerollten Schichtstapel . In this embodiment with an elastically deformable dielectric, at least one of the electrodes is expediently designed to be flexible, so that it can also be deformed in a non-destructive manner. In a particularly advantageous manner, both electrodes can even be designed to be mechanically resilient, particularly in the case of design variants with a rolled-up layer stack.
Das elastisch verformbare Dielektrikum kann besonders bevorzugt als Elastomer ausgestaltet sein oder zumindest ein Elastomer als Materialkomponente umfassen . Dieses Elastomer kann beispielsweise ein Gummi , ein Silikon, ein Silikonkautschuk, ein Acryl und/oder ein anderer z . B . mittels Weichmachern elastisch gemachter Kunststof f sein beziehungsweise ein solches Material umfassen . The elastically deformable dielectric can particularly preferably be in the form of an elastomer or can comprise at least one elastomer as a material component. This elastomer can, for example, be a rubber, a silicone, a silicone rubber, an acrylic and/or another z. B. be plastic made elastic by means of plasticizers or comprise such a material.
Allgemein und unabhängig von der Wahl der Materialien kann der Kondensator vorteilhaft zylinderförmig ausgestaltet sein oder zumindest auf einer zylindrischen Grundform basieren . Insbesondere kann er eine kreis zylindrische Grundform aufweisen . Abweichend von der idealen, sich über die ganze axiale Länge erstreckenden Zylinderform kann er prinzipiell auch abgeschrägte bzw . abgerundete Endbereiche aufweisen . Diese Formgebung kann vorteilhaft sein, um den Seilmantel vor Knickbelastungen im Bereich der axialen Enden des Sensorelements zu schützen . Es ist aber auch möglich und unter Umständen vorteilhaft , wenn der Kondensator über einen wesentlichen Teil seiner axialen Länge oval bzw . ei förmig ausgestaltet ist oder eine nach Art eines Doppelkegels sich zu beiden axialen Enden hin verj üngende Längsschnittsgeometrie aufweist . Bei einer solchen sich verj üngenden Kondensatorgeometrie kann die damit verbundene höhere Stei figkeit der Außenelektrode durch eine entsprechend niedrige Wandstärke kompensiert werden, um trotzdem eine hinreichende Verformbarkeit zu erreichen . Eine ovale Längsschnitt-Form des Kondensators kann beispielsweise durch abgerundete , zwischen den Elektroden liegende Kappen im Bereich der axialen Enden und/oder durch in den axialen Endbereichen aus der äußeren Elektrode herausragendes Dielektrikum unterstützt werden . In general and independently of the choice of materials, the capacitor can advantageously be designed in the shape of a cylinder or at least be based on a cylindrical basic shape. In particular, it can have a circular-cylindrical basic shape. Deviating from the ideal cylindrical shape extending over the entire axial length, it can in principle also be beveled or have rounded end areas. This shape can be advantageous in order to protect the cable sheath from buckling loads in the area of the axial ends of the sensor element. However, it is also possible and in certain circumstances advantageous if the capacitor is oval or rectangular over a significant part of its axial length. is egg-shaped or has a longitudinal section geometry that tapers towards both axial ends in the manner of a double cone. With such a tapering capacitor geometry, the associated higher stiffness of the outer electrode can be compensated for by a correspondingly low wall thickness in order to still achieve adequate deformability. An oval longitudinal section shape of the capacitor can be supported, for example, by rounded caps located between the electrodes in the area of the axial ends and/or by dielectric protruding from the outer electrode in the axial end areas.
Gemäß einer ersten Aus führungsvariante für die Geometrie des Kondensators kann dieser eine Innenelektrode und eine Außenelektrode aufweisen, wobei das Dielektrikum die Innenelektrode koaxial umgibt und die Außenelektrode das Dielektrikum koaxial umgibt . Diese Aus führungsvariante entspricht dem Aufbau eines Koaxialkabels , dessen Seele durch die Innenelektrode und dessen Außenleiter durch die Außenelektrode gegeben ist , wobei das Dielektrikum elastisch verformbar ist . Die Innenelektrode kann dabei prinzipiell entweder massiv oder hohl ausgestaltet sein . So kann die Innenelektrode gemäß einer besonders einfachen Aus führungs form als einfacher Draht oder Sti ft aus einem elektrisch leitfähigen Material realisiert sein . According to a first embodiment variant for the geometry of the capacitor, it can have an inner electrode and an outer electrode, with the dielectric coaxially surrounding the inner electrode and the outer electrode coaxially surrounding the dielectric. This embodiment variant corresponds to the construction of a coaxial cable, the core of which is provided by the inner electrode and the outer conductor by the outer electrode, with the dielectric being elastically deformable. In principle, the internal electrode can be either solid or hollow. Thus, according to a particularly simple embodiment, the internal electrode can be implemented as a simple wire or pin made of an electrically conductive material.
Gemäß einer alternativen zweiten Aus führungsvariante kann der Kondensator aber auch durch einen spiral förmig aufgerollten Schichtstapel gebildet sein, welcher zwei Elektroden und eine dazwischenliegende Dielektrikumsschicht umfasst . Dabei entspricht insbesondere die Rollachse der lokalen Seilachse . Ein Vorteil dieser aufgerollten Variante ist , dass durch die Mehrzahl von Windungen bei einer gegebenen Änderung des radialen Drucks eine besonders hohe Änderung der Kapazität erreicht werden kann . According to an alternative second embodiment, the capacitor can also be formed by a layer stack rolled up in a spiral shape, which has two electrodes and one intervening dielectric layer includes. The roll axis corresponds in particular to the local rope axis. An advantage of this rolled-up variant is that the plurality of windings allows a particularly high change in capacitance to be achieved for a given change in the radial pressure.
Bei einer vorteilhaften ersten Untervariante dieses gewickelten Kondensators kann der aufgerollte Schichtstapel zwei Metall folien als Elektroden und wenigstens ein dazwischenliegendes Elastomer-Element als Dielektrikumsschicht aufweisen . Dieses Elastomer-Element kann als eine Art Folie oder Matte ausgestaltet sein, so dass durch Ubereinanderlegen des Elastomer-Elements und der beiden Metall folien ein aufrollbarer Stapel gebildet wird . Besonders bevorzugt sind im Schichtstapel zwei solche Elastomer-Elemente vorhanden - eine zwischen den beiden Metall folien und eine auf einer Außenseite des Stapels - so dass zwischen den Windungen ein Kurzschluss zwischen den beiden Metall folien vermieden wird und gleichzeitig eine besonders hohe Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der Zugspannung erreicht wird . Vorteilhaft können bei dieser Aus führungs form beide Metall folien federnd verformbar ausgestaltet sein, so dass sie zu einer reversiblen Verformbarkeit des gesamten Kondensators und damit zu einer reversiblen Kapazitätsänderung beitragen . Die beiden Metall folien können zur Erleichterung ihrer elektrischen Kontaktierung gegenüber dem Dielektrikum in axialer Richtung überstehen . So kann z . B . ähnlich wie beim gewickelten Papierkondensator eine Elektrode zu einem ersten axialen Ende hin überstehen und die andere Elektrode kann zum gegenüberliegenden zweiten axialen Ende hin überstehen . In an advantageous first sub-variant of this wound capacitor, the rolled-up layer stack can have two metal foils as electrodes and at least one elastomer element in between as a dielectric layer. This elastomeric element can be designed as a type of foil or mat, so that by superimposing the elastomeric element and the two metal foils, a stack that can be rolled up is formed. Two such elastomer elements are particularly preferably present in the layer stack - one between the two metal foils and one on the outside of the stack - so that a short circuit between the two metal foils is avoided between the turns and at the same time there is a particularly high change in capacitance as a function is reached by the tensile stress. In this embodiment, both metal foils can advantageously be designed to be resiliently deformable, so that they contribute to a reversible deformability of the entire capacitor and thus to a reversible change in capacitance. The two metal foils can protrude in the axial direction in relation to the dielectric to facilitate their electrical contacting. So e.g. B. similar to the wound paper capacitor, one electrode may protrude toward a first axial end and the other electrode may protrude toward the opposite second axial end.
Allgemein kann bei dieser Aus führungs form mit einem lose zusammengelegten Schichtstapel das Elastomer-Element bei einer Erhöhung des radialen Drucks und entsprechender Verringerung seiner radialen Dicke zu den axialen Endbereichen hin aus dem Zwischenraum zwischen den Elektroden herausquellen . Wenn sich dabei gleichzeitig mit der axialen Ausdehnung des Dielektri- kums auch die beiden Elektroden in axialer Richtung ausdehnen, so kommt es aufgrund der Vergrößerung der Fläche zu einer weiteren Erhöhung der Kapazität , welche die Kapazitätserhöhung aufgrund der Verringerung des radialen Abstands noch weiter verstärkt . Die axiale Länge der Elektroden kann j edoch auch im Wesentlichen konstant sein . In general, in this embodiment with a loosely assembled stack of layers, the elastomer element can swell out of the intermediate space between the electrodes towards the axial end regions when the radial pressure increases and its radial thickness correspondingly decreases. If, at the same time as the axial expansion of the dielectric If the two electrodes also expand in the axial direction, the increase in surface area leads to a further increase in capacitance, which further intensifies the increase in capacitance due to the reduction in the radial distance. However, the axial length of the electrodes can also be essentially constant.
Bei einer vorteilhaften zweiten Untervariante des gewickelten Kondensators kann der aufgerollte Schichtstapel wiederum wenigstens ein Elastomer-Element aufweisen, wobei wenigstens eine der Elektroden durch eine Beschichtung auf einer der beiden Hauptflächen des Elastomer-Elements gebildet ist . Mit anderen Worten ist bei dieser Aus führungs form zumindest eine der Elektroden als feste Beschichtung mit dem Elastomer- Element verbunden . Diese Beschichtung kann insbesondere eine metallische Beschichtung sein . Besonders vorteilhaft können beide Elektroden durch solche Beschichtungen gebildet sein . Entweder kann dabei ein Elastomer-Element beidseitig beschichtet sein, wobei vor dem Aufrollen entweder ein weiteres Elastomer-Element oder ein anderer I solator zwischengelegt wird . Oder aber es können zwei Elastomer-Elemente zu einem auf zurollenden Stapel zusammengelegt werden, wobei j edes der Elastomer-Elemente einseitig mit einer Elektrode beschichtet ist . Die metallische Beschichtung der Elektrode (n) kann insbesondere auf das j eweilige Elastomer-Element auf gedampft sein . Alternativ können aber auch die Elektroden selbst als leitfähige Elastomere ausgestaltet sein, welche insbesondere als Beschichtung auf einem benachbarten dielektrischen Elastomer-Element aufgebracht sind . Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass so eine besonders flexibel verformbare Elektrode erhalten werden kann . Leitfähige Elastomere sind beispielsweise elastisch verformbare Polymere , welche mit metallisch leitfähigen Füllstof fen gefüllt sind . Die damit erreichbare elektrische Leitfähigkeit ist geringer als die von rein metallischen Materialien, aber für die Messung der Kapa- zitätsänderung des Kondensators ist auch keine besonders hohe Leitfähigkeit der Elektroden erforderlich . Bei dieser Untervariante mit als Beschichtung ausgestalteten Elektroden wird die Elasti zität des Kondensators und damit die Rückstellung in Richtung der Ursprungsgeometrie vor allem durch die Elasti zität des Dielektrikums bewirkt . Die als Beschichtung darauf aufgebrachten Elektroden müssen aber flexibel genug sein, um bei der Geometrieänderung des Dielektrikums mitzuwachsen bzw . mitzuschrumpfen . Somit bezieht bei dieser Aus führungs form eine axiale Längenänderung des Dielektrikums die Elektroden mit ein . In an advantageous second sub-variant of the wound capacitor, the rolled-up layer stack can in turn have at least one elastomer element, with at least one of the electrodes being formed by a coating on one of the two main surfaces of the elastomer element. In other words, in this embodiment at least one of the electrodes is connected to the elastomer element as a fixed coating. This coating can in particular be a metallic coating. Both electrodes can be formed particularly advantageously by such coatings. An elastomer element can either be coated on both sides, with either another elastomer element or another insulator being interposed before it is rolled up. Alternatively, two elastomer elements can be combined to form a stack that can be rolled up, with each of the elastomer elements being coated on one side with an electrode. The metallic coating of the electrode(s) can in particular be vapour-deposited onto the respective elastomer element. Alternatively, however, the electrodes themselves can also be designed as conductive elastomers, which are applied in particular as a coating on an adjacent dielectric elastomer element. The advantage of this variant is that a particularly flexibly deformable electrode can be obtained. Conductive elastomers are, for example, elastically deformable polymers that are filled with metallically conductive fillers. The electrical conductivity that can be achieved with this is lower than that of purely metallic materials, but measuring the change in capacitance of the capacitor does not require a particularly high conductivity of the electrodes. In this sub-variant with electrodes configured as a coating, the elasticity of the capacitor and thus the resetting in the direction of the original geometry is brought about above all by the elasticity of the dielectric. However, the electrodes applied as a coating must be flexible enough to grow or expand with the change in geometry of the dielectric. to shrink with . Thus, in this embodiment, an axial change in length of the dielectric also includes the electrodes.
Allgemein und unabhängig von der genauen Ausgestaltung der Elektroden und des Dielektrikums ist es vorteilhaft , wenn das Sensorelement zumindest ein metallisches Federelement mit variablem Durchmesser aufweist , welches entweder die Außenelektrode des Kondensators bildet oder mit einer der beiden Elektroden elektrisch verbunden ist . Dieses metallische Federelement kann zusammen mit dem verformbaren Dielektrikum nach einer reversiblen Verformung aufgrund einer vorübergehenden Kraftänderung eine Rückstellung in die Ursprungsgeometrie bewirken . Es können auch beide Elektroden als metallische Federelemente ausgestaltet sein, besonders vorteilhaft ist aber zumindest die Außenelektrode als Federelement gebildet . Alternativ oder zusätzlich zu solchen federnden Elektroden kann eine als Federelement wirkende äußere Hülse vorliegen, welche zweckmäßig mit der äußeren Elektrode elektrisch leitend verbunden ist und in ähnlicher Weise eine Rückstellwirkung ausübt . In general and independently of the exact configuration of the electrodes and the dielectric, it is advantageous if the sensor element has at least one metallic spring element with a variable diameter, which either forms the outer electrode of the capacitor or is electrically connected to one of the two electrodes. This metallic spring element, together with the deformable dielectric, can bring about a return to the original geometry after reversible deformation due to a temporary change in force. It is also possible for both electrodes to be in the form of metallic spring elements, but it is particularly advantageous for at least the outer electrode to be in the form of a spring element. As an alternative or in addition to such resilient electrodes, there can be an outer sleeve acting as a spring element, which is expediently electrically conductively connected to the outer electrode and exerts a restoring effect in a similar way.
Das metallische Federelement kann beispielsweise als geschlitzte Spannhülse und/oder als spiral förmig gerollte Spannhülse ausgestaltet sein . Solche Spannhülsen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden zum Teil auch als Spannsti fte oder Federsti fte bezeichnet . Das metallische Federelement weist vorteilhaft eine kreis zylindrische Grundform auf , wobei die axialen Endbereiche wiederum abgerundet , abgefast bzw . in anderer Weise konisch verj üngt sein können . Eine solche geschlitzte Spannhülse kann beispielsweise als gewellt und/oder gezahnt geschlitzte Spannhülse ausgestaltet sein, insbesondere bei einfacher Schlitzung . Eine gewellte und/oder gezahnte Schlitzung bewirkt den Vorteil , dass der radial außenliegende Seilmantel weniger leicht in den Schlitz eingeklemmt wird . Die Spannhülse kann auch als mehrfach geschlitzte Spannhülse ausgestaltet sein . So können die einzelnen Schlitze als axiale Teilschlitze mit wechselnder Öf f- nungsrichtung ausgebildet sein, so dass sich für den miteinander verbundenen Teil eine mäanderf örmige Struktur ergibt . Solche mäanderf örmigen Spannhülsen sind im Stand der Technik bekannt . Weiterhin können der Schlitz bzw . die Schlitze als radiale Teilschlitze ausgestaltet sein, so dass die Federung durch radial innenliegende oder radial außenliegende Ausnehmungen bewirkt wird . Radial außenliegende Schlitze können dabei zur Schonung des Seilmantels mit elastischem Material gefüllt sein . The metal spring element can be designed, for example, as a slotted clamping sleeve and/or as a spirally rolled clamping sleeve. Such clamping sleeves are well known from the prior art and are sometimes also referred to as clamping pins or spring pins. The metallic spring element advantageously has a circular-cylindrical basic shape, with the axial end regions being rounded off, chamfered or rounded off. can be tapered in another way. Such a slotted clamping sleeve can be designed, for example, as a wavy and/or toothed slotted clamping sleeve, in particular with simple slitting. A corrugated and/or toothed slit has the advantage that the cable sheath lying radially on the outside is less easily clamped in the slit. The clamping sleeve can also be designed as a multiply slotted clamping sleeve. Thus, the individual slits can be designed as axial partial slits with alternating opening direction, so that a meandering structure results for the part connected to one another. Such meandering clamping sleeves are known in the prior art. Furthermore, the slot or the slots can be designed as radial partial slots, so that the springing is effected by radially inner or radially outer recesses. Slots located radially on the outside can be filled with elastic material to protect the cable sheath.
Allgemein und unabhängig von der genauen Ausgestaltung des Kondensators ist es vorteilhaft , wenn die Außenkontur des Sensorelements auf einem überwiegenden Teil seiner axialen Länge konvex geformt ist , so dass durch die axiale Zugkraft auf dem Zugseil ein radialer Druck auf das Sensorelement bewirkt werden kann . Durch diese Formgebung wird also nicht nur lokal ( z . B . in den axialen Endbereichen) , sondern auf einem Großteil der Länge des Sensorelements die Entstehung einer radialen Druckkraft aufgrund der Zugkraft auf dem Seilmantel bewirkt . Die Formgebung ist dabei vorteilhaft so , dass der entstehende radiale Druck über die überwiegende Länge des Sensorelements möglichst einheitlich ist . Dies wird durch eine sich möglichst weit erstreckende konvexe Form erreicht . In den axialen Endbereiche kann die konvexe Form des Sensorelements allerdings optional in spitze Endstücke übergehen, um eine Zentrierung des Sensorelements innerhalb des Seilmantels zu fördern . In general and independently of the exact configuration of the capacitor, it is advantageous if the outer contour of the sensor element is convex over a predominant part of its axial length, so that the axial tensile force on the traction cable can cause radial pressure on the sensor element. As a result of this shape, a radial compressive force is generated not only locally (e.g. in the axial end regions) but over a large part of the length of the sensor element due to the tensile force on the cable sheath. The shape is advantageously such that the resulting radial pressure is as uniform as possible over the majority of the length of the sensor element. This is achieved by a convex shape that extends as far as possible. In the axial end areas, however, the convex shape of the sensor element can optionally transition into pointed end pieces in order to promote centering of the sensor element within the cable sheath.
Die beschriebene günstige Form des Sensorelements muss dabei nicht zwingend durch eine konvexe Außenkontur des Kondensa- tors erreicht werden . Vielmehr kann der Kondensator zur einfacheren Herstellung zylindrisch geformt sein, aber zur Erzielung der gewünschten Außenkontur von einer Anpassungshülse umgeben sein . Optional kann diese Anpassungshülse durch Ausnehmungen in axial beabstandete Rippen strukturiert sein, um innerhalb der einzelnen Rippen eine möglichst radial ausgerichtete lokale Kraf tkomponente auf den Kondensator zu bewirken . Die Zwischenräume zwischen diesen Rippen können wiederum zur Schonung des außenliegenden Seilmantels mit einem elastischen Material gefüllt sein . The favorable shape of the sensor element described does not necessarily have to be due to a convex outer contour of the condensation tors can be achieved . Rather, the capacitor can be cylindrical in shape for easier production, but surrounded by an adapter sleeve to achieve the desired outer contour. Optionally, this adapter sleeve can be structured by recesses in axially spaced ribs in order to bring about a local force component on the capacitor that is aligned as radially as possible within the individual ribs. The spaces between these ribs can in turn be filled with an elastic material to protect the outer cable sheath.
Allgemein vorteilhaft kann das Zugseil zwei elektrische Anschlussleitungen zur Verbindung der Elektroden des Kondensators mit einer Auswerteeinheit aufweisen, wobei die beiden Anschlussleitungen insbesondere im Bereich des Sensorelements parallel zur Seilachse geführt sind . Die Leitungen können entweder an demselben axialen Ende des betref fenden Teilabschnitts oder auch an gegenüberliegenden axialen Enden aus dem Bereich des Sensorelements ausgeleitet sein . Im ersten Fall ergibt sich eine besonders einfache gemeinsame Leitungsführung zu der Auswerteelektronik, welche entweder im Bereich des Zugseils oder außerhalb liegen kann . Die Leitungen müssen dann gegebenenfalls elektrisch gegeneinander isoliert werden, wenn sie eng beieinander geführt sind . Im zweiten Fall ergibt sich eine niedrigere zusätzliche Kapazität aufgrund der Leitungen . Allgemein können die Anschlussleitungen beispielsweise als Drähte , Litzen oder Kabel realisiert sein . Sie können durch den Seilmantel hindurchgeführt sein, indem sie im Anschlussbereich durch das Geflecht der einzelnen Seilstränge bzw . Fasern radial nach außen hindurchtreten . In a generally advantageous manner, the traction cable can have two electrical connection lines for connecting the electrodes of the capacitor to an evaluation unit, the two connection lines being routed parallel to the cable axis, in particular in the region of the sensor element. The lines can be routed out of the area of the sensor element either at the same axial end of the subsection in question or also at opposite axial ends. In the first case, there is a particularly simple common line routing to the evaluation electronics, which can be located either in the area of the traction cable or outside. If necessary, the lines must then be electrically isolated from one another if they are routed close together. In the second case there is a lower additional capacitance due to the lines. In general, the connection lines can be implemented as wires, stranded wires or cables, for example. They can be passed through the cable sheath by passing through the braiding of the individual cable strands or cables in the connection area. Fibers pass radially outwards.
Der Seilmantel kann allgemein bevorzugt zumindest überwiegend aus einem synthetischen Kunststof f bestehen . Bei dem synthetischen Kunststof f kann es sich vorteilhaft um ein Polyethylen mit ultrahoher Molekülmasse ( insbesondere Dyneema oder Spectra ) , um einen aromatischen Polyester ( insbesondere Vectran) , um ein Aramid ( insbesondere Kevlar oder Nomex ) , ein Poly (p-phenylen-2 , 6-benzobisoxazol ) ( insbesondere PBO oder Zylon) oder ein Polyamid handeln . Diese Materialien zeichnen sich durch eine besonders hohe Zugfestigkeit aus . Außerdem sind sie flexibel und elektrisch nicht leitfähig, was für viele Anwendungen ebenfalls vorteilhaft ist . Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Materialwahl kann die spezi fische Zugfestigkeit des Materials des Seilmantels beispielsweise bei 2500 N/mm2 oder höher liegen . Eine derart hohe Zugfestigkeit erlaubt es , Zugseile mit geringen Seildurchmessern für die Übertragung von hohen Zugkräften zu verwenden . Beispielsweise kann der Seildurchmesser in den Bereichen außerhalb des von dem Sensorelement besetzten Teilbereichs zwischen 0 , 5 mm und 10 mm liegen . Dagegen kann der Seildurchmesser in dem mit dem Sensorelement gefüllten Teilbereich beispielsweise um einen Faktor 3 vergrößert sein . So kann beispielsweise ein Seilmantel mit einem regulären Außendurchmesser von 4 mm im Bereich des Sensorelements einen vergrößerten Außendurchmesser von bis zu 12 mm aufweisen . Allgemein kann der Faktor für den Seildurchmesser vorteilhaft in einem Bereich zwischen 1 , 5 und 5 liegen . Bei einem vergleichsweise hohen Faktor ist die Empfindlichkeit der Zugspannungsmessung besonders hoch, allerdings steigt auch die mechanische Belastung des Seilmantels im Bereich des Sensorelements . The cable sheath can generally preferably consist at least predominantly of a synthetic plastic. The synthetic plastic can advantageously be an ultra high molecular mass polyethylene (in particular Dyneema or Spectra), an aromatic polyester (in particular Vectran), an aramid (in particular Kevlar or Nomex), a poly(p-phenylene-2), 6-benzobisoxazole) (especially PBO or Zylon) or act as a polyamide. These materials are characterized by a particularly high tensile strength. In addition, they are flexible and electrically non-conductive, which is also advantageous for many applications. Generally advantageous and independent of the exact choice of material, the specific tensile strength of the material of the cable sheath can be, for example, 2500 N/mm 2 or higher. Such a high tensile strength makes it possible to use traction cables with small cable diameters for the transmission of high tensile forces. For example, the rope diameter in the areas outside of the partial area occupied by the sensor element can be between 0.5 mm and 10 mm. In contrast, the rope diameter in the partial area filled with the sensor element can be increased, for example, by a factor of 3. For example, a cable sheath with a regular outer diameter of 4 mm can have an enlarged outer diameter of up to 12 mm in the area of the sensor element. In general, the factor for the cable diameter can advantageously be in a range between 1.5 and 5. With a comparatively high factor, the sensitivity of the tensile stress measurement is particularly high, but the mechanical load on the cable sheath in the area of the sensor element also increases.
Die Erfindung ist nicht auf Seilmäntel aus hochfesten synthetischen Kunststof fen beschränkt . So kann der Seilmantel alternativ auch aus herkömmlichen Materialien, beispielweise aus Stahl , Kupfer oder Hanf bestehen und in entsprechender Weise lokal mit einem Sensorelement zur Zugkraftmessung gefüllt sein . The invention is not limited to cable sheaths made from high-strength synthetic plastics. As an alternative, the cable sheath can also consist of conventional materials, for example steel, copper or hemp, and be filled locally with a sensor element for measuring the tensile force in a corresponding manner.
Allgemein kann das Zugseil aus mehreren Teilseilen bestehen, welche j eweils einen separaten Seilmantel aufweisen . In einem solchen Fall ist es ausreichend, wenn zumindest eines dieser Teilseile zur Zugkraftmessung lokal mit einem innenliegenden Sensorelement versehen ist . In general, the traction cable can consist of several partial cables, each of which has a separate cable sheath. In such a case, it is sufficient if at least one of these partial cables is provided locally with an internal sensor element for measuring the tensile force.
Gemäß einer vorteilhaften Aus führungs form der seilbetriebenen Einrichtung ist der Teilabschnitt mit dem innenliegenden Sen- sorelement in einem frei verlaufenden Bereich des Zugseils angeordnet . Ein solcher frei verlaufender Bereich ist ein Abschnitt des Zugseils , in dem kein mechanischer Kontakt zu einer Umlenkrolle vorliegt , keine Befestigungspunkte vorliegen und das Zugseil auch sonst nicht an anderen führenden Elementen mechanisch anliegt . According to an advantageous embodiment of the cable-operated device, the section with the internal sensor arranged sorelement in a free-running area of the traction cable. Such a freely running area is a section of the traction cable in which there is no mechanical contact with a deflection pulley, there are no attachment points and the traction cable is not in mechanical contact with other leading elements either.
Die seilbetriebene Einrichtung kann eine Auswerteeinheit umfassen, mit welcher die von der Zugkraft abhängige Änderung der Kapazität gemessen werden kann . Diese Auswerteeinheit kann entweder als Teil des Zugseils oder separat dazu ausgeführt sein . Die Auswerteeinheit kann beispielsweise eine Spule aufweisen, deren Induktivität zusammen mit der Kapazität des Kondensators einen os zillierenden Schwingkreis bildet . Die Auswerteeinheit kann außerdem so ausgebildet sein, dass sie eine Messung der Frequenz dieses Os zillators ermöglicht . Bei einer Verringerung der Kapazität des Kondensators wird diese Frequenz erhöht und umgekehrt . So wird auf relativ einfache Weise eine elektrische Messung ermöglicht , welche ein von der Zugspannung abhängiges Signal liefert . The cable-operated device can include an evaluation unit with which the change in capacitance, which is dependent on the tensile force, can be measured. This evaluation unit can be designed either as part of the traction cable or separately from it. The evaluation unit can have a coil, for example, whose inductance forms an oscillating resonant circuit together with the capacitance of the capacitor. The evaluation unit can also be designed in such a way that it enables the frequency of this oscillator to be measured. If the capacitance of the capacitor is reduced, this frequency is increased and vice versa. In this way, an electrical measurement is made possible in a relatively simple manner, which supplies a signal dependent on the tensile stress.
Die seilbetriebene Einrichtung kann beispielsweise als Robotikeinrichtung ausgestaltet sein . So kann das Zugseil innerhalb der Robotikeinrichtung zur Übertragung einer Zugkraft dienen, beispielsweise um eine robotische Gelenkeinheit mit Hil fe einer integrierten Antriebsvorrichtung zu bewegen . Das Zugseil kann mit anderen Worten eine Funktion analog zu einer Sehne im menschlichen Körper übernehmen . Alternativ zu einer „Antriebssehne" (welche Antriebseinheit und Abtriebselement kraftübertragend verbindet ) kann eine solche Sehne aber auch die Funktion einer Stützverspannung erfüllen, durch welche die beweglichen Elemente des Antriebsstrangs gegen die mechanische Masse oder andere mechanisch starre Elemente abgestützt werden . Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Zugseil in eine Stützverspannung einer sogenannten Tensegrity- Struktur integriert sein . Gemäß einer besonders vorteilhaften Aus führungs form des Messverfahrens kann dieses dazu ausgelegt sein, auch schnelle Änderungen der Zugspannung durch Messung des elektrischen Signals zu erfassen . Auf diese Weise können Schwingungen im Bereich des Zugseils gemessen werden . Besonders vorteilhaft kann eine solche Messung als Grundlage einer aktiven Schwingungsdämpfung in einer seilbetriebenen Einrichtung genutzt werden . The cable-operated device can be configured as a robotic device, for example. The traction cable can be used within the robotic device to transmit a tensile force, for example to move a robotic joint unit with the aid of an integrated drive device. In other words, the traction cable can assume a function analogous to a tendon in the human body. As an alternative to a "drive tendon" (which connects the drive unit and the driven element in a force-transmitting manner), such a tendon can also fulfill the function of a support bracing, through which the movable elements of the drive train are supported against the mechanical mass or other mechanically rigid elements. For example, the traction cable according to the invention be integrated into a support bracing of a so-called tensegrity structure. According to a particularly advantageous embodiment of the measurement method, this can be designed to also detect rapid changes in the tensile stress by measuring the electrical signal. In this way, vibrations in the area of the traction cable can be measured. Such a measurement can be used particularly advantageously as the basis for active vibration damping in a cable-operated device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Aus führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen : The invention is described below using a few preferred exemplary embodiments with reference to the attached drawings, in which:
Figur 1 eine schematische Aufsicht eines Zugseils zeigt , in das ein Sensorelement eingeführt wird, Figure 1 shows a schematic plan view of a traction cable into which a sensor element is inserted,
Figur 2 ein Zugseil mit einem darineingeführten Sensorelement zeigt , Figure 2 shows a traction cable with a sensor element inserted therein,
Figur 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Sensorelement zeigt , Figure 3 shows a schematic longitudinal section through a sensor element,
Figur 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein weiteres Sensorelement zeigt , Figure 4 shows a schematic longitudinal section through another sensor element,
Figur 5 eine schematische perspektivische Darstellung des Kondensators der Figur 4 zeigt , FIG. 5 shows a schematic perspective representation of the capacitor of FIG. 4,
Figur 6 einen schematischen Längsschnitt durch ein weiteres Zugseil zeigt , Figure 6 shows a schematic longitudinal section through another traction cable,
Figuren 7 bis 11 verschiedene Varianten von Spannhülsen zeigen und Figures 7 to 11 show different variants of clamping sleeves and
Figur 12 eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Kondensators zeigt . FIG. 12 shows a schematic cross-sectional illustration of a further capacitor.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugs zeichen versehen . In Figur 1 ist eine schematische Aufsicht eines Zugseils 1 nach einem ersten Beispiel der Erfindung gezeigt und zwar während eines Herstellungsschrittes , bei dem ein Sensorelement 11 in das Innere des Seilmantels 3 dieses Zugseils eingeführt wird . Der Seilmantel 3 ist ein schlauchartiges Geflecht aus mehreren Seilsträngen bzw . Fasern, von denen eine exemplarisch mit 5 be- zeichnet ist . Diese einzelnen Stränge bzw . Fasern liegen dabei j eweils schräg zur lokalen Seilachse . Durch Aufstauchen des Seilmantels 3 und temporäres Vergrößern der Zwischenräume des Geflechts kann das Sensorelement zerstörungs frei in das Innere des Seilmantels 3 eingeführt werden . In Figur 2 ist der Zustand des Zugseils 1 zu sehen, bei dem das Sensorelement 11 in das Innere des Seilmantels eingeführt ist und die einzelnen Seilstränge 5 wieder zu einem symmetrischen Geflecht zusammengeschoben sind . Die beiden Figuren illustrieren also , wie ein erfindungsgemäßes Zugseil auf einfache Weise durch nachträgliche Modi fikation eines herkömmlichen Seils erzeugt werden kann, welches einen schlauchartigen Seilmantel mit einem innenliegenden Hohlraum aufweist . Das Sensorelement wird dabei nur in einen Teilabschnitt s des Zugseils 1 eingeführt , in welchem der Durchmesser anschließend entsprechend vergrößert ist . In den übrigen Abschnitten bleibt das Zugseil dagegen unverändert . Insgesamt werden die wesentlichen Eigenschaften wie Zugfestigkeit und axiale Stei figkeit durch den Einschub des Sensorelements nur unwesentlich verändert . Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures. FIG. 1 shows a schematic plan view of a traction cable 1 according to a first example of the invention, namely during a production step in which a sensor element 11 is inserted into the interior of the cable sheath 3 of this traction cable. The cable sheath 3 is a hose-like braid made up of several cable strands or fibers, one of which is exemplarily draws is . These individual strands Fibers each lie at an angle to the local rope axis. By upsetting the cable sheath 3 and temporarily enlarging the interstices of the mesh, the sensor element can be inserted into the interior of the cable sheath 3 in a non-destructive manner. FIG. 2 shows the state of the traction cable 1 in which the sensor element 11 is inserted into the interior of the cable sheath and the individual cable strands 5 are pushed together again to form a symmetrical braid. The two figures thus illustrate how a traction cable according to the invention can be produced in a simple manner by subsequent modification of a conventional cable which has a tubular cable sheath with an internal cavity. In this case, the sensor element is only inserted into a partial section s of the traction cable 1, in which the diameter is then correspondingly increased. In contrast, the traction cable remains unchanged in the remaining sections. Overall, the essential properties such as tensile strength and axial stiffness are changed only insignificantly by inserting the sensor element.
Das Sensorelement 11 ist länglich geformt und liegt im fertig eingeschobenen Zustand koaxial zur Seilachse A. Es weist in diesem Beispiel eine Außenkontur 12 auf , welche über einen wesentlichen Teil seiner Länge konvex geformt ist . Trotzdem läuft sie in den axialen Endbereichen spitz zu . Dieses spitze Zulaufen erleichtert eine Zentrierung des Sensorelements im Seilmantel unter Zugbelastung . Bei Anliegen einer Zugkraft FA auf dem Seilmantel 3 resultiert aufgrund der Schräglage der umgebenden Seil fasern 5 eine radiale Druckkraft pr auf das innenliegende Sensorelement . Aufgrund der konvexen Außenkontur 12 des Sensorelements weist die resultierende Druckkraft über einen großen Teil der Länge des Sensorelements eine hohe radiale Komponente auf , welche mit Hil fe des Sensorelements gemessen werden kann, um so ein Maß für die Größe der anliegenden Zugkraft FA zu erhalten . Die Messung erfolgt über die Messung eines elektrischen Signals , welche durch eine Kapazität im Inneren des Sensorelements beeinflusst wird . Um diese elektrische Messung zu ermöglichen, weist das Sensorelement zwei Anschlussleitungen 31 und 32 auf . Diese verlaufen innerhalb des Seilmantels 3 zunächst parallel zur Seilachse A, werden dann aber durch schrägliegende Endabschnitte durch das Seilgeflecht des Mantels aus dem Inneren herausgeführt . So kann eine elektrische Messung über eine hier nicht näher dargestellte Auswerteeinheit ermöglicht werden . The sensor element 11 has an elongated shape and, when fully inserted, lies coaxially with the cable axis A. In this example, it has an outer contour 12 which is convex in shape over a significant part of its length. Nevertheless, it tapers to a point in the axial end areas. This pointed taper makes it easier to center the sensor element in the cable sheath under tensile load. When a tensile force F A is applied to the cable sheath 3, the oblique position of the surrounding cable fibers 5 results in a radial compressive force p r on the sensor element lying on the inside. Due to the convex outer contour 12 of the sensor element, the resulting compressive force has a high radial component over a large part of the length of the sensor element, which can be measured with the aid of the sensor element in order to obtain a measure of the magnitude of the tensile force F A present. The measurement is carried out by measuring an electrical signal, which is influenced by a capacitance inside the sensor element. In order to enable this electrical measurement, the sensor element two connection lines 31 and 32 on. These initially run parallel to the cable axis A within the cable sheath 3, but are then led out of the interior through the cable mesh of the sheath through oblique end sections. In this way, an electrical measurement can be made possible via an evaluation unit that is not shown in detail here.
Mehrere Varianten für den inneren Aufbau des Sensorelements sind in den folgenden Figuren beispielhaft dargestellt . So zeigt Figur 3 einen schematischen Längsschnitt nach einem ersten Beispiel für ein solches Sensorelement 11 . Wie oben beschrieben, ist das Sensorelement länglich geformt und entlang der lokalen Seilachse A innerhalb des hier nicht gezeigten Seilmantels angeordnet . Es dient zur Messung eines radialen Drucks pr (oder auch der radialen Komponente einer an bestimmten Orten schräg einwirkenden Druckkraft ) . Im Inneren des Sensorelements ist dazu ein Kondensator 20 angeordnet , dessen Kapazität von dem radialen Druck abhängt . Der Kondensator weist zwei Elektroden 21 , 22 und ein radial dazwischenliegendes Dielektrikum 25 auf . Bei der hier gezeigten Aus führungs form ist die erste Elektrode 21 als innenliegender Draht ausgestaltet . Das Dielektrikum 25 ist ein kreis zylindrisches Element , welches diesen Draht 21 konzentrisch umgibt , und das Dielektrikum 25 wird wiederum von der Außenelektrode 22 konzentrisch umgeben . Es handelt sich also um einen kreis zylindrischen koaxialen Aufbau, analog zu einem Koaxialkabel . Das Dielektrikum 25 ist durch ein Elastomer gegeben, so dass sich dessen radiale Dicke d bei radialer Druckbelastung reversibel ändern kann . Hierdurch wird eine reversible Kapazitätsänderung bewirkt , welche über die mit den Elektroden 21 , 22 verbundenen Anschlussleitungen 31 , 32 über einen hier nicht dargestellten äußeren Schaltkreis gemessen werden kann, beispielsweise durch Erkennung einer veränderten Os zillationsfrequenz zusammen mit einer im Schaltkreis enthaltenen Spule . Die hier gezeigte kreis zylindrische Geometrie des Kondensators ist in der Herstellung besonders einfach . Um trotzdem eine konvexe Außenkontur 12 des Sensorelements 11 zu erreichen, ist der Kondensator hier von einer konvexen Anpassungs- hülse 13 umgeben . Durch die Form dieser Anpassungshülse 13 wird erreicht , dass über einen größeren Teil der Länge des Sensorelements durch die Zugkraft an dem umgebenden Seilmantel ein Druck auf den Kondensator mit einer hohen radialen Komponente bewirkt wird . Several variants for the internal structure of the sensor element are shown as examples in the following figures. FIG. 3 shows a schematic longitudinal section according to a first example of such a sensor element 11 . As described above, the sensor element has an elongate shape and is arranged along the local cable axis A within the cable sheath, which is not shown here. It is used to measure a radial pressure p r (or also the radial component of a compressive force acting obliquely at certain locations). For this purpose, a capacitor 20 is arranged inside the sensor element, the capacitance of which depends on the radial pressure. The capacitor has two electrodes 21 , 22 and a dielectric 25 lying radially between them. In the embodiment shown here, the first electrode 21 is designed as an internal wire. The dielectric 25 is a circular cylindrical element which concentrically surrounds this wire 21 , and the dielectric 25 is in turn surrounded concentrically by the outer electrode 22 . It is therefore a circular-cylindrical coaxial structure, analogous to a coaxial cable. The dielectric 25 is provided by an elastomer, so that its radial thickness d can change reversibly under radial pressure loading. This brings about a reversible change in capacitance, which can be measured via the connection lines 31, 32 connected to the electrodes 21, 22 via an external circuit, not shown here, for example by detecting a changed oscillation frequency together with a coil contained in the circuit. The circular-cylindrical geometry of the capacitor shown here is particularly simple to manufacture. In order to nevertheless achieve a convex outer contour 12 of the sensor element 11, the capacitor here has a convex matching sleeve 13 surrounded . The shape of this adapter sleeve 13 ensures that pressure is exerted on the capacitor with a high radial component over a larger part of the length of the sensor element due to the tensile force on the surrounding cable jacket.
In Figur 4 ist ein weiteres Beispiel eines Sensorelements 11 im schematischen Längsschnitt gezeigt . Ähnlich wie bei Beispiel der Figur 3 ist auch hier der Kondensator 20 aus einer Innenelektrode 21 , einem diese zylindrisch umgebenden Dielektrikum 25 und einer umgebenden zylindrischen Außenelektrode auf gebaut . Im Unterschied zum vorhergehenden Beispiel sind hier die Anschlussleitungen 31 , 32 für die beiden Elektroden zum selben axialen Ende des Sensorelements hinausgeführt .FIG. 4 shows a further example of a sensor element 11 in a schematic longitudinal section. Similar to the example in FIG. 3, here too the capacitor 20 is constructed from an inner electrode 21, a dielectric 25 surrounding it in a cylindrical manner and a surrounding cylindrical outer electrode. In contrast to the previous example, here the connection lines 31 , 32 for the two electrodes are led out to the same axial end of the sensor element.
Dort können sie , analog wie in Figur 2 gezeigt , durch das Geflecht des hier nicht gezeigten Seilmantels nach außen geführt werden . Ein weiterer Unterschied zum vorhergehenden Beispiel liegt darin, dass das aus einem Elastomer gebildete Dielektrikum bereits im unkomprimierten Zustand in axialer Richtung über die Außenelektrode 22 hinausragt und somit länger ist als der eigentliche Kondensator . In diesen überstehenden Bereichen ist das Dielektrikum angeschrägt und trägt so zur Formgebung der konvexen Außenkontur des Sensorelements bei . Im innenliegenden Bereich des Kondensators 20 wird die konvexe Außenkontur auch hier durch eine umgebende Anpassungshülse 13 erreicht . Nur beispielhaft ist in Figur 4 gezeigt , dass diese Anpassungshülse prinzipiell verschieden ausgestaltet sein kann . So ist im unteren Teil der Figur eine axial durchgehende Anpassungshülse gezeigt , ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3 . Im oberen Teil ist die Anpassungshülse dagegen durch mehrere Ausnehmungen in axiale Rippen 17 unterteilt , um auch außerhalb des mittleren Bereichs eine möglichst gleichmäßig radiale Weiterleitung des Drucks auf den Kondensator zu bewirken . Optional können die Zwischenräume zwischen diesen Rippen mit einem elastisch verformbaren Material aufgefüllt sein, um einen Verschleiß des Seilmantels an den scharfen Kanten zu vermeiden . Bei den Aus führungs formen mit solchen Rippen sollen diese sich selbstverständlich über den gesamten Umfang der Anpassungshülse erstrecken . There they can, analogously to what is shown in FIG. 2, be guided to the outside through the braiding of the cable sheath, which is not shown here. A further difference from the previous example is that the dielectric formed from an elastomer protrudes in the axial direction beyond the outer electrode 22 even in the uncompressed state and is therefore longer than the actual capacitor. The dielectric is beveled in these protruding areas and thus contributes to the shaping of the convex outer contour of the sensor element. In the inner area of the condenser 20 , the convex outer contour is also achieved here by a surrounding adapter sleeve 13 . FIG. 4 shows only as an example that this adapter sleeve can in principle be configured differently. An axially continuous adjustment sleeve is shown in the lower part of the figure, similar to the example in FIG. In the upper part, on the other hand, the adapter sleeve is subdivided into axial ribs 17 by a plurality of recesses, in order to bring about the most uniform possible radial transmission of the pressure on the condenser outside of the central area as well. Optionally, the gaps between these ribs can be filled with an elastically deformable material in order to avoid wear on the cable sheath at the sharp edges. In the versions with such ribs, they should of course extend over the entire circumference of the adapter sleeve.
In Figur 5 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Kondensators 20 der Figur gezeigt , welcher hier ohne die umgebende Anpassungshülse gezeigt ist . Der einfach zu realisierende kreis zylindrische Aufbau dieses Kondensators und die Ähnlichkeit zum Aufbau eines herkömmlichen Koaxialkabels werden hier besonders deutlich . Prinzipiell könnte solch ein zylindrischer Kondensator auch ohne konvexe Anpassungshülse zur Zugspannungsmessung in das Innere eines Seilmantels eingesetzt werden, j edoch ist die Verteilung der radialen Druckkraft über die Länge des Kondensators dann weniger gleichmäßig . Referring to FIG. 5, there is shown a schematic perspective view of the capacitor 20 of the figure, shown here without the surrounding adapter sleeve. The easy-to-implement circular-cylindrical construction of this capacitor and the similarity to the construction of a conventional coaxial cable are particularly evident here. In principle, such a cylindrical capacitor could also be used inside a cable sheath without a convex adapter sleeve for measuring tensile stress, but the distribution of the radial compressive force over the length of the capacitor is then less uniform.
In Figur 6 ist ein schematischer Längsschnitt durch ein Zugseil 1 nach einem weiteren Beispiel der Erfindung gezeigt .FIG. 6 shows a schematic longitudinal section through a traction cable 1 according to a further example of the invention.
Das Sensorelement wird hier im Wesentlichen durch den Kondensator 20 gebildet , welcher im Inneren des Seilmantels 3 angeordnet ist . Im Unterschied zu den vorhergehenden Beispielen liegt hier keine zusätzliche Anpassungshülse vor, sondern der Kondensator selbst ist bereits konvex geformt . Die konvexe Formgebung wird durch das linsenartige Querschnittsprofil des Kondensators deutlich, welches auch in diesem Beispiel rotationssymmetrisch sein soll . Sowohl die Außenelektrode 22 als auch das darin angeordnete Dielektrikum weisen eine konvexe Querschnitts form auf . Nur beispielhaft sind im linken und rechten Teil der Zeichnung verschiedene Möglichkeiten der Realisierung gezeigt , wobei j edoch in einem realen Beispiel vorteilhaft eine einheitliche und in beiden axialen Endbereichen im Wesentlichen gleiche Ausgestaltung gewählt sein kann . So ist im rechten Teil beispielhaft gezeigt , dass das konvex ausgewölbte Dielektrikum 25 im axialen Endbereich 26 aus der Außenelektrode 22 herausragen kann, wobei auch dieser Endbereich 26 eine abgerundete Form aufweist . Wenn der Kondensator 20 in radialer Richtung komprimiert wird, vergrößert sich der Anteil des herausquellenden Dielektrikums . Aufgrund der im Wesentlichen festen axialen Länge der beiden Elektroden 21 und 22 ändert sich die ef fektive Länge des Kondensators dabei nicht . Im linken Teil ist beispielhaft gezeigt , dass die konvexe Form der Außenelektrode 22 im axialen Endbereich durch eine zwischen Innenelektrode und Außenelektrode angeordnete , sich axial verj üngende Endkappe 27 gestützt sein kann . Diese Endkappe kann aus einem vergleichsweise starren Kunststof f ausgebildet sein . Wenn das elastomere Dielektrikum 25 radial komprimiert wird, kann diese Endkappe optional in Richtung des axialen Endes verschoben werden . Denkbar ist aber auch, dass genau wie in Figur 6 dargestellt , eine Kombination aus einem einseitig herausquellenden abgerundeten Dielektrikum und einer gegenüberliegen Endkappe 27 vorliegt . The sensor element is essentially formed here by the capacitor 20 which is arranged inside the cable sheath 3 . In contrast to the previous examples, there is no additional adapter sleeve here, but the capacitor itself is already convex in shape. The convex shape is made clear by the lens-like cross-sectional profile of the capacitor, which should also be rotationally symmetrical in this example. Both the outer electrode 22 and the dielectric arranged therein have a convex cross-sectional shape. Various implementation options are shown in the left and right-hand parts of the drawing by way of example only, although in a real example a uniform design that is essentially the same in both axial end regions can advantageously be selected. The right-hand part shows, for example, that the convexly arched dielectric 25 can protrude from the outer electrode 22 in the axial end area 26, with this end area 26 also having a rounded shape. When the capacitor 20 is compressed in the radial direction, the proportion of the dielectric 14 that swells out increases. Due to the essentially fixed axial length of the two electrodes 21 and 22 the effective length of the capacitor does not change. The left part shows by way of example that the convex shape of the outer electrode 22 in the axial end area can be supported by an axially tapering end cap 27 arranged between the inner electrode and the outer electrode. This end cap can be made of a comparatively rigid plastic. If the elastomeric dielectric 25 is radially compressed, this end cap can optionally be displaced in the direction of the axial end. However, it is also conceivable that exactly as shown in FIG. 6, there is a combination of a rounded dielectric protruding on one side and an opposite end cap 27 .
Bei den bisher gezeigten Beispielen der Figuren 3 bis 6 umgibt j eweils die Außenelektrode 22 das Dielektrikum 25 als Hohlkörper . Durch die radiale Kompressibilität des Elastomers kann die radiale Dicke d des Dielektrikums sich reversibel verändern, wobei dessen Elasti zität auch eine Rückstellkraft bedingt , welche bei Ende oder Verringerung der radialen Druckeinwirkung wieder zu einer Ausdehnung des Kondensators führt . Um diese reversible Verformung zu erleichtern ist es vorteilhaft , wenn auch die Außenelektrode derart reversibel verformbar ist , dass sie in ihrem Durchmesser variabel ist . Idealerweise führt eine solche Verformung der Außenelektrode ebenfalls zu einer Rückstellkraft . Dies kann dadurch erreicht werden, dass in den beschriebenen Beispielen die Außenelektrode als metallisches Federelement mit variablem Durchmesser realisiert ist . Solche Federelemente sind beispielsweise in Form von sogenannten Spannhülsen aus dem Stand der Technik bekannt . In the examples shown so far in FIGS. 3 to 6, the outer electrode 22 in each case surrounds the dielectric 25 as a hollow body. Due to the radial compressibility of the elastomer, the radial thickness d of the dielectric can change reversibly, with its elasticity also causing a restoring force, which again leads to an expansion of the capacitor when the radial pressure action ends or decreases. In order to facilitate this reversible deformation, it is advantageous if the outer electrode can also be reversibly deformed in such a way that its diameter is variable. Ideally, such a deformation of the outer electrode also leads to a restoring force. This can be achieved in that, in the examples described, the outer electrode is implemented as a metallic spring element with a variable diameter. Such spring elements are known, for example, in the form of so-called clamping sleeves from the prior art.
In den Figuren 7 bis 11 sind mehrere Beispiele für verschiedene Ausgestaltungen von Spannhülsen 24 gezeigt , wie sie insbesondere als Außenelektroden 22 zum Einsatz kommen können .FIGS. 7 to 11 show several examples of different configurations of clamping sleeves 24 , as can be used in particular as external electrodes 22 .
So zeigt Figur 7 eine einfache hohl zylindrische Spannhülse 24 mit einem einfachen geraden Schlitz 24a in der Zylinderwand . Abhängig von einem radialen Druck auf diese Spannhülse ändert sich die Breite dieses Schlitzes 24a, was zu einer Variation des Hülsendurchmessers führt . Aufgrund der Federwirkung der metallischen Zylinderwand ergibt sich bei einer solchen Verformung auch eine Rückstellkraft . Thus, FIG. 7 shows a simple hollow cylindrical clamping sleeve 24 with a simple straight slot 24a in the cylinder wall. Depending on a radial pressure on this collet, the width of this slot 24a changes, resulting in a variation of the sleeve diameter. Due to the spring effect of the metallic cylinder wall, such a deformation also results in a restoring force.
In ähnlicher Weise wirkt auch die in Figur 8 gezeigte Spannhülse 24 als zylindrische Feder mit variablem Durchmesser . Hier ist j edoch der Schlitz 24a als wellenförmiger gezahnter Schlitz ausgebildet . Dies bewirkt den Vorteil , dass bei ähnlichem Federweg eine kleinere Lücke auf der Zylinderoberfläche gebildet ist . Entsprechend ist die Gefahr geringer, dass sich ein außen anliegender Seilmantel oder eine außerhalb der Spannhülse angeordnete Anpassungshülse in dem Schlitz 24a verfängt und dadurch Schaden nimmt . In a similar way, the clamping sleeve 24 shown in FIG. 8 also acts as a cylindrical spring with a variable diameter. Here, however, the slit 24a is formed as a wavy toothed slit. This has the advantage that a smaller gap is formed on the cylinder surface with a similar spring deflection. Correspondingly, there is less risk of a cable sheath lying on the outside or an adapter sleeve arranged outside the clamping sleeve getting caught in the slot 24a and being damaged as a result.
In Figur 9 ist eine spiral förmig gerollte Spannhülse 24 gezeigt , welche ebenfalls als radiale Feder mit variablem Durchmesser wirkt . Bei einer Änderung des Durchmessers gleiten die einzelnen Windungen der metallischen Roll feder relativ reibungsarm übereinander, so dass auch ohne einen durchgehenden Schlitz eine Federwirkung erzielt werden kann . FIG. 9 shows a spirally rolled clamping sleeve 24 which also acts as a radial spring with a variable diameter. If the diameter changes, the individual windings of the metal scroll spring slide over one another with relatively little friction, so that a spring effect can also be achieved without a continuous slot.
In Figur 10 ist eine Spannhülse 24 mit mehreren axialen Schlitzen 24a gezeigt , welche j eweils nur als Teilschlitze ausgebildet sind . Die verbleibenden Verbindungsstege wechseln zwischen den beiden axialen Enden hin und her, so dass für die stehenbleibende Zylinderwand eine Mäanderstruktur resultiert . Insgesamt ergibt sich durch das Stauchen und Öf fnen der Schlitze auch hier eine Federwirkung und ein variabler Durchmesser der Spannhülse 24 . FIG. 10 shows a clamping sleeve 24 with a plurality of axial slits 24a, each of which is in the form of only partial slits. The remaining connecting webs alternate between the two axial ends, resulting in a meandering structure for the cylinder wall that remains stationary. Overall, the compression and opening of the slots results in a spring effect and a variable diameter of the clamping sleeve 24 here as well.
In Figur 11 ist schließlich eine Aus führungs form einer Spannhülse 24 mit mehreren Schlitzen 24a gezeigt , die zwar in axialer Richtung durchgehend sind, aber in radialer Richtung nur als Teilschlitze ausgebildet sind . Beispielhaft sind die Teilschlitze hier radial außenliegend gezeigt , aber es ist auch eine innenliegende Anordnung möglich und unter Umständen vorteilhaft , um ein Einklemmen des Seils zu vermeiden . Allgemein können die gezeigten Schlitze 24a und insbesondere die Teilschlitze der Figuren 10 und 11 durch nachträgliche Bearbeitung eines metallischen Hohl zylinders erzeugt werden, beispielsweise durch Bearbeitung mit einem Laser oder einer Räumnadel . Weiterhin können diese Schlitze durch ein elastisch verformbares Material gefüllt sein . Finally, FIG. 11 shows an embodiment of a clamping sleeve 24 with a plurality of slots 24a, which are continuous in the axial direction, but are formed only as partial slots in the radial direction. By way of example, the partial slots are shown here lying radially on the outside, but an inside arrangement is also possible and may be advantageous in order to avoid jamming of the cable. Generally, the slots 24a shown and in particular the Partial slots of Figures 10 and 11 are generated by subsequent processing of a metallic hollow cylinder, for example by processing with a laser or a broach. Furthermore, these slots can be filled with an elastically deformable material.
In Figur 12 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kondensators 20 nach einem weiteren Beispiel der Erfindung gezeigt . Gezeigt ist ein Schnitt quer zur lokalen Zylinderachse des Kondensators , wobei diese Zylinderachse im fertigen Zugseil wiederum entlang der lokalen Seilachse A ausgerichtet sein soll . Im Zentrum verläuft in axialer Richtung eine erste Anschlussleitung 31 , welche auch hier als Draht ausgestaltet sein kann . Um diesen Draht herum ist ein Schichtstapel 29 rollenartig auf gewickelt . Dieser Schichtstapel umfasst bei diesem Beispiel eine innere erste ElektrodeFIG. 12 shows a schematic cross-sectional representation of a capacitor 20 according to a further example of the invention. A section perpendicular to the local cylinder axis of the condenser is shown, whereby this cylinder axis should again be aligned along the local cable axis A in the finished traction cable. A first connecting line 31 runs in the center in the axial direction, which can also be configured as a wire here. A layer stack 29 is wound around this wire in the manner of a roll. In this example, this layer stack comprises an inner first electrode
21 und eine äußere zweite Elektrode 22 sowie zwei Elastomer- Elemente 25a und 25b, welche mattenartig ausgebildet sind .21 and an outer second electrode 22 and two elastomer elements 25a and 25b, which are formed like a mat.
Die erste Elektrode ist dabei elektrisch mit der innenliegenden Anschlussleitung 31 verbunden, und die äußere ElektrodeThe first electrode is electrically connected to the internal connection line 31, and the outer electrode
22 ist elektrisch mit einer umgebenden metallischen Außenhülse 23 verbunden . Um diese elektrische Verbindung zu erleichtern, weist das außenliegende zweite Elastomer-Element 25b hier eine Windung weniger auf als das erste Elastomer-Element 25a . Die gezeigte Anzahl der Windungen ist hier aber nur illustrativ zu verstehen und kann in realen Aus führungs formen vorteilhaft auch wesentlich größer sein . Der wesentliche Vorteil einer solchen gerollten Anordnung ist , dass durch die Mehrzahl von übereinanderliegenden Windungen des Dielektrikums bei radialer Kompression oder Expansion ein vergrößerter Hub in der Änderung der Kapazität bewirkt wird . 22 is electrically connected to a surrounding metallic outer sleeve 23 . In order to facilitate this electrical connection, the outer second elastomer element 25b here has one winding less than the first elastomer element 25a. However, the number of windings shown is only to be understood here as an illustration and can advantageously also be significantly larger in real embodiments. The main advantage of such a rolled arrangement is that the plurality of windings of the dielectric lying on top of one another results in an increased stroke in the change in capacitance in the event of radial compression or expansion.
Für die genaue Ausgestaltung des Schichtstapels 29 sind unterschiedliche Varianten denkbar . So kann es sich beispielsweise um einen Stapel von zwei mattenartigen Elastomer- Elementen 25a und 25b handeln, wobei zwischen diesen beiden Elastomer-Elementen sowie auf einer der Außenseiten des Stapels j eweils eine metallische Folie als Elektrode angeordnet ist . Alternativ zu der hier gezeigten Kontaktierung können diese metallischen Folien auch in den axialen Endbereichen des Wickels kontaktiert sein, insbesondere wenn sie j eweils ein einem der Endbereiche über die Elastomer-Elemente hinausragen . Bei einer hinreichenden Dicke der metallischen Folien können diese auch zur Federwirkung des gerollten Stapels beitragen . Insbesondere in axialer Richtung können die einzelnen Elemente dieses Schichtstapels auch übereinander gleiten, so dass beispielsweise bei einer Kompression die Elastomer- Elemente 25a und 25b axial aus dem ursprünglichen Zylinder herausgedrückt werden können, wobei die metallischen Elektro- den-Folien ihre axiale Länge im Wesentlichen beibehalten . Different variants are conceivable for the precise configuration of the layer stack 29 . For example, it can be a stack of two mat-like elastomer elements 25a and 25b, with a metallic foil being arranged as an electrode between these two elastomer elements and on one of the outer sides of the stack is . As an alternative to the contacting shown here, these metallic foils can also be contacted in the axial end regions of the winding, in particular if they each protrude over the elastomer elements in one of the end regions. If the metallic foils are sufficiently thick, they can also contribute to the spring effect of the rolled stack. The individual elements of this stack of layers can also slide over one another, particularly in the axial direction, so that, for example, during compression the elastomer elements 25a and 25b can be pushed out axially from the original cylinder, with the metal electrode foils essentially retaining their axial length .
Bei einer alternativen Aus führungs form des Schichtstapels können die mattenartigen Elastomer-Elemente aber auch mit den leitfähigen Elektroden 21 , 22 als Beschichtung fest verbunden sein . Bei einer solchen Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine aufgedampfte Metallschicht oder aber auch um ein mit dem Dielektrikum verbundenes leitfähiges Elastomer handeln . Grundsätzlich kann entweder eines der Elastomer- Elemente beidseitig mit den Elektroden beschichtet sein und es ist nur eine unbeschichtete I solationsschicht zur benachbarten Windung vorgesehen . Oder aber es können zwei übereinanderliegende und j eweils einseitig beschichtete Elastomer- Elemente den Schichtstapel 29 bilden . In an alternative embodiment of the layer stack, however, the mat-like elastomer elements can also be firmly connected to the conductive electrodes 21, 22 as a coating. Such a coating can be, for example, a vapor-deposited metal layer or else a conductive elastomer connected to the dielectric. In principle, either one of the elastomer elements can be coated on both sides with the electrodes and only one uncoated insulation layer is provided for the adjacent turn. Alternatively, two elastomer elements lying one on top of the other and each coated on one side can form the layer stack 29 .
In j edem Fall ist die gerollte Aus führungs form der Figur 12 besonders vorteilhaft , um eine hohe Änderung des Messsignals in Abhängigkeit vom radialen Druck und somit von der Zugspannung auf dem Seil zu erreichen . Die gezeigte Außenhülse 23 kann dabei vorteilhaft als metallisches Federelement mit variablem Durchmesser ausgestaltet sein und so zu einer Rückstellwirkung des Schichtstapels beitragen . Besonders vorteilhaft kann diese Außenhülse 23 wiederum als Spannhülse realisiert sein und insbesondere ähnlich wie eine der Spannhülsen 24 in den Figuren 7 bis 11 ausgestaltet sein . Bezugs zeichenliste In any case, the rolled embodiment of FIG. 12 is particularly advantageous in order to achieve a high change in the measurement signal as a function of the radial pressure and thus of the tensile stress on the cable. The outer sleeve 23 shown can advantageously be designed as a metallic spring element with a variable diameter and thus contribute to a restoring effect of the layer stack. Particularly advantageously, this outer sleeve 23 can in turn be implemented as a clamping sleeve and, in particular, be configured similarly to one of the clamping sleeves 24 in FIGS. 7 to 11. reference character list
I Zugseil I pull rope
3 Seilmantel 3 rope sheath
5 Seilstränge bzw . Fasern 5 strands of rope or . fibers
I I Sensorelement I I sensor element
12 Außenkontur 12 outer contour
13 Anpassungshülse 13 adapter sleeve
17 Rippen 17 ribs
20 Kondensator 20 condenser
21 erste Elektrode ( Innenelektrode )21 first electrode (inner electrode)
22 zweite Elektrode (Außenelektrode )22 second electrode (outer electrode)
23 Außenhülse 23 outer sleeve
24 Spannhülse 24 collet
24a Schlitz 24a slot
25 Dielektrikum 25 dielectric
25a erstes Elastomer-Element 25a first elastomer element
25b zweites Elastomer-Element 25b second elastomer element
26 Endbereich des Dielektrikums 26 end portion of the dielectric
27 Endkappe 27 end cap
29 Schichtstapel 29 layer stack
31 erste Anschlussleitung 31 first connection line
32 zweite Anschlussleitung 32 second connection line
A lokale Seilachse d radiale Dicke des DielektrikumsA local rope axis d radial thickness of the dielectric
FA axiale Zugkraft pr radialer Druck s Teilabschnitt F A axial tensile force p r radial pressure s section

Claims

26 Patentansprüche 26 patent claims
1. Zugseil (1) zur Übertragung einer axialen Zugkraft (FA) , umfassend 1. traction cable (1) for transmitting an axial tensile force (F A ), comprising
- einen schlauchförmigen Seilmantel (3) , der ein Geflecht aus mehreren Seilsträngen und/oder Fasern (5) umfasst, wobei die einzelnen Seilstränge und/oder Fasern (5) schräg zur lokalen Seilachse (A) verlaufen, und - a tubular cable sheath (3) which comprises a mesh of several cable strands and/or fibers (5), the individual cable strands and/or fibers (5) running obliquely to the local cable axis (A), and
- ein in einem Teilabschnitt (s) innerhalb des Seilmantels- a in a section (s) inside the rope sheath
(3) angeordnetes länglich geformtes Sensorelement (11) , welches einen Kondensator (20) aufweist, dessen Kapazität von einem radialen Druck (pr) des Seilmantels (3) auf das Sensorelement (11) abhängt, (3) arranged elongated sensor element (11), which has a capacitor (20), the capacitance of which depends on a radial pressure ( pr ) of the cable sheath (3) on the sensor element (11),
- wobei der radiale Druck (pr) auf das Sensorelement (11) von der axialen Zugkraft (FA) auf das Zugseil (1) abhängt. - Wherein the radial pressure ( pr ) on the sensor element (11) depends on the axial tensile force (F A ) on the traction cable (1).
2. Zugseil (1) nach Anspruch 1, bei welchem der Seilmantel2. traction cable (1) according to claim 1, wherein the cable sheath
(3) und das innenliegende Sensorelement (11) koaxial zueinander ausgestaltet sind. (3) and the inner sensor element (11) are configured coaxially to one another.
3. Zugseil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem der Kondensator (20) des Sensorelements (11) zwei Elektroden (21,22) und ein radial dazwischenliegendes elastisch verformbares Dielektrikum (25) aufweist. 3. traction cable (1) according to one of claims 1 or 2, wherein the capacitor (20) of the sensor element (11) has two electrodes (21,22) and an elastically deformable dielectric (25) lying radially in between.
4. Zugseil (1) nach Anspruch 3, bei welchem der Kondensator (20) eine Innenelektrode (21) und eine Außenelektrode (22) aufweist, wobei das Dielektrikum (25) die Innenelektrode (21) koaxial umgibt und die Außenelektrode (22) das Dielektrikum (25) koaxial umgibt. 4. Traction rope (1) according to claim 3, in which the capacitor (20) has an inner electrode (21) and an outer electrode (22), the dielectric (25) coaxially surrounding the inner electrode (21) and the outer electrode (22) surrounding the Surrounding dielectric (25) coaxially.
5. Zugseil (1) nach Anspruch 3, bei welchem der Kondensator (20) durch einen spiralförmig aufgerollten Schichtstapel (29) gebildet ist, welcher zwei Elektroden (21,22) und eine dazwischenliegende Dielektrikumsschicht (25) umfasst, wobei insbesondere die Rollachse der lokalen Seilachse (A) entspricht . 5. Traction rope (1) according to claim 3, in which the capacitor (20) is formed by a spirally rolled-up layer stack (29) which comprises two electrodes (21, 22) and an intermediate dielectric layer (25), with the rolling axis of the local rope axis (A) corresponds to .
6. Zugseil (1) nach Anspruch 5, bei welcher der aufgerollte Schichtstapel (29) zwei Metallfolien als Elektroden (21,22) und wenigstens ein dazwischenliegendes Elastomer-Element als Dielektrikumsschicht (25) umfasst. 6. Traction rope (1) according to claim 5, in which the rolled-up layer stack (29) comprises two metal foils as electrodes (21, 22) and at least one intermediate elastomer element as a dielectric layer (25).
7. Zugseil (1) nach Anspruch 5, bei welcher der aufgerollte Schichtstapel (29) wenigstens ein Elastomer-Element (25) aufweist, wobei wenigstens eine der Elektroden (21,22) durch eine Beschichtung auf einer der beiden Hauptflächen des Elastomer-Elements (25) gebildet ist. 7. traction cable (1) according to claim 5, wherein the rolled-up layer stack (29) has at least one elastomer element (25), wherein at least one of the electrodes (21,22) by a coating on one of the two main surfaces of the elastomer element (25) is formed.
8. Zugseil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7 bei welchem das Sensorelement (11) ein metallisches Federelement (22,23) mit variablem Durchmesser aufweist, welches entweder die Außenelektrode (22) des Kondensators (20) bildet oder als Außenhülse (23) mit einer der beiden Elektroden (21,22) des Kondensators (20) elektrisch verbunden ist. 8. traction cable (1) according to one of claims 3 to 7, in which the sensor element (11) has a metallic spring element (22,23) with a variable diameter, which either forms the outer electrode (22) of the capacitor (20) or as an outer sleeve ( 23) is electrically connected to one of the two electrodes (21,22) of the capacitor (20).
9. Zugseil (1) nach Anspruch 8, bei welchem das metallische Federelement (22,23) als geschlitzte Spannhülse (24) und/oder als spiralförmig gerollte Spannhülse (24) ausgestaltet ist. 9. traction cable (1) according to claim 8, in which the metallic spring element (22,23) is designed as a slotted clamping sleeve (24) and/or as a spirally rolled clamping sleeve (24).
10. Zugseil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Außenkontur (12) des Sensorelements (11) auf einem überwiegenden Teil seiner axialen Länge derart konvex geformt ist, dass durch die axiale Zugkraft (FA) auf dem Zugseil (1) ein radialer Druck (pr) auf das Sensorelement (11) bewirkt werden kann. 10. Traction cable (1) according to one of the preceding claims, in which the outer contour (12) of the sensor element (11) is convexly shaped over a predominant part of its axial length such that the axial tensile force (F A ) on the traction cable (1st ) A radial pressure ( pr ) on the sensor element (11) can be effected.
11. Zugseil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zwei elektrische Anschlussleitungen (31,32) zur Verbindung der Elektroden (21,22) des Kondensators (20) mit einer Auswerteeinheit aufweist, wobei die beiden Anschlussleitungen11. traction cable (1) according to any one of the preceding claims, which has two electrical connection lines (31,32) for connecting the electrodes (21,22) of the capacitor (20) to an evaluation unit, the two connection lines
(21,22) insbesondere parallel zur Seilachse (A) geführt sind. (21,22) are guided in particular parallel to the cable axis (A).
12. Zugseil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Seilmantel (3) zumindest überwiegend aus einem synthetischen Kunststoff besteht. 12. traction cable (1) according to any one of the preceding claims, wherein the cable sheath (3) consists at least predominantly of a synthetic plastic.
13. Seilbetriebene Einrichtung mit einer Antriebseinheit, einem Abtriebselement und einem Zugseil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, welches die Antriebseinheit und das Abtriebselement bezüglich einer Zugrichtung (A) kraftübertragend verbindet. 13. Cable-operated device with a drive unit, a driven element and a pull cable (1) according to one of claims 1 to 12, which connects the drive unit and the driven element with respect to a pulling direction (A) in a force-transmitting manner.
14. Einrichtung (50) nach Anspruch 13, welche als Robotikeinrichtung ausgestaltet ist. 14. Device (50) according to claim 13, which is designed as a robotic device.
15. Verfahren zur Messung einer Zugkraft (FA) , welche auf ein Zugseil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 einwirkt,15. A method for measuring a tensile force (F A ) which acts on a traction cable (1) according to any one of claims 1 to 12,
- wobei ein durch die Kapazität des Kondensators (20) beeinflusstes elektrisches Signal gemessen wird, dessen Größe von einem radialen Druck (pr) des Seilmantels (3) auf das Sensorelement (11) abhängt, - wherein an electrical signal influenced by the capacitance of the capacitor (20) is measured, the size of which depends on a radial pressure ( pr ) of the cable sheath (3) on the sensor element (11),
- wobei der radiale Druck (pr) auf das Sensorelement (11) von der Zugkraft (FA) auf das Zugseil (1) abhängt. - Wherein the radial pressure ( pr ) on the sensor element (11) depends on the tensile force (F A ) on the traction cable (1).
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