用于能量引导链中的管线监控的系统的制作方法

本发明通常涉及用于能量引导链中的位态和/或管线监控的系统。本发明特别涉及一种用于能量引导链的监控系统，该能量引导链用于动态地引导在基座和相对于该基座可相对运动的携动件之间的至少一个管线，例如电缆、软管等。在此，这种类型的系统一方面包括可以沿着移动路径移动并且在此根据携动件位置可变化的能量引导链、带有用于携动件的连接端部的可运动回行段、带有用于基座的连接端部的静止回行段，并且在两个回行段之间形成转向弧。另一方面，所述系统包括带有布置在能量引导链上的至少一个发送器的监控设备，其中，监控设备分析处理借助发送器产生的信号，以便监控在能量引导链的运行中是否出现错误状态。

背景技术：

已经这种类型的不同系统。例如，专利申请wo2004/090375a1和wo2013/156607a1公开了具有在携动件和能量引导链之间的力接收器的系统，以便监控出现的力是否位于公差范围内。

专利申请wo2015/118143a1公开了一种具有机械作用的发送器的系统，该发送器借助触发绳感测能量引导链的损坏。类似的系统由jp2009052714a1已知，其中，在这里提出具有光学纤维的断裂识别系统，也就是说可以借助光量可以识别断裂。

上述系统具有缺点，即这些系统原则上仅识别已经出现的损坏。因此，所述系统尤其不允许前瞻的维护或预测的维修(英文，predictivemaintenance，预见性维护)。

在专利申请ep1521015a2中描述了可以允许面向状态的维护的监控系统。在此，例如借助电机械作用的磨损元件局部限制地获取能量引导链的耗损程度，例如在链节窄侧的由耗损决定的磨损。然而，该系统不提供关于能量引导链的当前位态或关于引导管线的状态的信息。

也已知的是，由于导线电阻的明显上升，该上升典型地在几十万或几百万次测试循环之后出现，借助实验室试验确定能量引导链中的电缆的期待使用寿命。

最终，在该情况下，由专利us7023217b1已知一种监控系统，该监控系统允许感测电导线、尤其带状电缆的磨损状态，例如在电缆索中实现。在此，带状电缆的多个导线借助具有继电器多路复用器和精密电压表的昂贵电路布置进行测量。然而，由于昂贵的电路布置和在能量引导链的两个连接端部处提出的连接技术，该方案很少在能量引导链的实际或激活的运行中使用。

技术实现要素：

因此，本发明的第一任务在于，提供适合持续运行的监控系统，该监控系统尤其在管线断裂之前允许磨损的预先识别。监控系统尤其应该能够实现前瞻的或预测性的维护，以便减少或完全避免失效时间。该监控系统应该尽可能简单地构造并且不对运行产生明显损害。该第一任务通过根据权利要求1所述的系统解决。

根据第一方面提出一种用于能量引导链中的电缆的状态监控的监控系统。

为了解决开始提出的任务，根据本发明，在根据权利要求1的前序部分所述的系统中提出，发送器元件具有两个由能量引导链引导的电指示器导线，所述指示器导线沿着可运动的回行段的主要长度或例如沿着总长度走向，并且监控设备包括具有用于电阻或电导测量的测量装置的电路。此外，第三方面设置为，两个指示器导线的每个指示器导线的近端端点、即能量引导链的这两个连接端部之一的端点分别与测量装置连接并且两个指示器导线的另一个或者说远端端点分别短路连接。两个指示器导线的这些端点可以在能量引导链的确定长度位置上终止或优选在能量引导链的另一远端的连接端部上终止。导线通过短路连接形成测量回环，该测量回环的电阻值或电导可以通过测量装置来测量。例如可以考虑不包括由分开的短路元件引起的中断的连续测量回环，也就是说，一个指示器导线是从近端到远端的区段，并且另一个指示器导线是从远端返回近端的区段，反之亦然。然而，分离的短路元件更实用，因为这允许使用现有的多芯电缆并且不需要连续的测量回环。

所谓的核心思路在于，电路包括用于测量指示器导线的电阻值或电导的测量装置并且指示器导线以回环的形状实施，使得可以在一侧在能量引导链的相同的链节端部上被测量。此外，通过往复的走向增大测量的电阻值并且由磨损决定的作用近似翻倍，这简化了芯线或绞合线断裂之前的可靠的预先识别。

在第三方面的优选扩展方案中设置为，监控设备包括分析处理单元，所述分析处理单元具有集成的逻辑电路和参考值存储器。在此，逻辑电路可以得到测量装置的输出信号并且用于与参考值存储器的至少一个预先存储的参考值比较。

在此，分析处理单元允许监控设备的专用的模块化匹配，在感测电路的恒定拓扑中也是这样，例如通过分析处理函数的合适编程和/或分析处理单元中运行参量的可变存储。在此，分析处理单元也能够实现具有多个电路模块的模块化构造的系统，所述电路模块根据希望的监控方面而定分别在结构上相同地并且与所使用的指示器导线无关地实施，例如用于位态监控的电路类型和用于管线监控的电路类型。此外，简化了多种变量的灵活考虑，如与应用和运行时间有关的参量以及周围环境参量，例如能量引导链的长度、曲率半径、循环数、温度等。感测电路和分析处理单元可以作为模块集成到共同的结构组中、必要时也集成在导线板上并且空间分离地实施。

为了实现电参量的真实测量或测量技术上的感测，尤其有利的是，电路包括与指示器导线在输入端连接的测量装置，以便通过定量测量感测指示器导线的电参量、尤其是电参数并且在输出端为分析处理单元提供与电参量有关的信号。在此，可以在din标准din1319中的定义的意义中理解概念“测量”。

但是，尤其不仅在测量技术的感测的情况下，分析处理单元可以具有集成的逻辑电路、例如微处理器灯或类似物，该逻辑电路具有用于将所感测的或所测量的参量关于一个或多个参考值、例如公差范围进行分析处理的参考值存储器。在此，测量装置可以任意实施，可选择完全模拟、部分模拟和部分数字化或完全数字化地实施。由于优选的可编程的逻辑电路，分析处理单元可以模块地并且可选择地匹配于测量电路。参考值存储器也可以与原本的分析处理单元分离实施，例如当后者根据需要查询前者时，但优选是逻辑电路的一部分。

例如，模块化的构造方式允许适于应用的电阻或阻抗测量，而与使用的指示器导线无关。此外，绝对值与指示器导线的总长度有关，该总长度应该至少沿着可运动的回行段的主要长度走向，也就是说，待期望的测量值与使用能量引导链的应用强烈相关。例如，通过连续的电阻变化或阻抗变化例如可以相对可靠地预告由电缆中的疲劳断裂引起的芯线的即将来临的失效，如进一步在下面关于第三方面表明的那样。与例如在us7023217b1中所提出的不同，通过所提出的分析处理单元，无需仅仅为参考目的而设置多余的不激活的能量引导链或管线。

优选地，所述至少一个指示器导线至少在能量引导链的主要长度部分上、尤其在能量引导链的在运行中可移动的整个长度部分上延伸。在此，指示器导线优选至少在能量引导链的长度的靠近携动件或与该携动件连接的一半上延伸，因为磨损的由拉力或推力决定的应力大多情况下在这里最大并且在这里最频繁地出现非典型行为。在此，指示器导线应至少在能量引导链的关键长度区段上延伸，典型地观察从携动件开始的三分之一处。

电指示器导线可以单独实施为在应用中使用的电缆的附加管线或优选实施为组成部分。在两种情况中，指示器导线优选以与激活管线相同的方式并且在能量引导链中引导，尤其连续地从能量引导链的一端到另一端并且必要时也以回环的方式重新回到一端。

为此，电路或测量装置尤其实施用于四导线技术(vierleitertechnik)中的电压测量，类似汤姆森电桥(也称作开尔文电桥)的原理，所述电路实施有以四导线技术装入的参考电阻、差分放大器和模拟数字转换器，以便也精准地感测发送器管线的更小的电阻值。这种扩展方案例如设置为，对于所述或每个测量回环设置单独的分离的仪表放大器，其在输入端侧与指示器导线的两个端点连接，并且在输出端侧与模拟数字转换器、尤其在逻辑电路中集成的模拟数字转换器连接。优选地，参考电阻与测量回环串联，其中，恒定电流源供应测量电流经过测量回环，并且必要时经过测量电阻。借助参考电阻，四导线技术中的电压测量也可以由两个指示器导线足够精确地感测测量回环的非常小的电阻，类似于汤姆森电桥的原理。

优选地，由两部分往复引导的的指示器导线形成的测量回环借助两个特意为此专用或配属的附加测量芯线在激活的多芯线供应电缆中形成，所述供应电缆的剩余芯线用于真正的供应目的、例如数据传递或电流供应。

专用测量芯线优选借助短路组件在携动件侧的端部上短路连接并且在基座侧的端部上与电路的测量装置连接，也就是说，电路和可能的分析处理单元可以简单地布置在设备的静止部分上。必要时，布线也可以反过来实施，电路在携动件侧上设置，这尤其对布置在可移动的机械部分上的分析处理单元是有意义的。

当形成指示器导线的主要部分的测量芯线与在运行中经常使用的供应电缆中的其他激活芯线绞合或必要时缠绕时，对于电缆的状态监控是特别有利的。由此，感测的效力尽可能准确地适合于实际待监控的激活芯线的耗损。在此，测量芯线尤其与至少一个在运行中的激活芯线结构相同地实施并且以与该芯线的类似方式绞合或编入。特别地，测量芯线与最易磨损的芯线结构相同地实施。在具有大横截面的管线中，也可以考虑，以更小的导线横截面实施测量芯线并且内推到较粗主线的状态上，尤其借助分析处理单元。

优选地，集成的逻辑电路或特别优选分析处理单元具有用于将在投入运行时由测量装置测量的电阻值或电导作为参考值存入的操作输入端。由此，也可以通过终端用户自身以简单方式限定用于测量回环或指示器导线的原始或无磨损状态的标准值。由此，监控设备本身专用地被编程，而不必已知例如能量引导链的长度或类似数据。

尤其结合上述特征的情况下有利的是，分析处理单元是程序化的，以便当指示器导线的电阻值或电导与参考值偏差预定量、尤其在参考值的15-25％的范围中的量时触发警报。通过经验获取的量作为阈值，可以仅在知道电阻值或电导的初始标准值的情况下进行电缆监控。

对于所有上述方面、即也对于位态监控和/或管线状态监控，下面的扩展方案是有利的。

分析处理单元优选具有用于应用数据的存储器并且包括逻辑，该逻辑根据存储的应用数据分析处理由电力发送的信号。该结构方式例如允许得到额定值或公差带。因此，参考数据例如可以在新的能量引导链的标准的、常规的方法中的初始化程序中通过电路被接收并且存储在分析处理单元中。特定应用和/或特定位态的参考数据例如也可以由测试实验室得到并且在分析处理单元中预先存储或传递到该分析处理单元中。

尤其在最后提到的情况中，分析处理单元可以具有输入端，通过该输入端感测携动件的当前位置。这允许从存储器读取与位置有关的当前有效的参考值，这尤其对于几何形状敏感的参量很重要。

分析处理单元可以包括用于与上级系统连接的通信接口、例如wlan接口，以便读取或发送数据，例如用于初始化、用于维修目的或用于制造商处的数据收集。

对于精确的测量技术的感测而言尤其有利的是，监控设备具有用于温度标准化的温度传感器。该温度传感器例如可以设置为模块化实施的分析处理单元的组成部分。

为了提高模块性，所述设备可以作为电路或分析处理单元的一部分具有逻辑电路，尤其微处理器、asic、dsp等，其对感测的电参量进行数字化处理，尤其用于与参考值存储器的参考值比较。当电路模拟地感测电参量时，这是尤其有利的。

电路可以在能量引导链的连续运行中以均匀的或随机的时间间隔时间连续地或时间离散地感测电参量。在此，优选在电路或分析处理单元中设置滤波器、尤其平均滤波器或峰值滤波器，以便滤出由电磁干扰等引起的无关波动。

所述设备尤其可以作为模块位置固定地布置在基座上，其中，指示器导线在一侧在基座的连接端部上连接到电路上。

这里提出的监控系统的基本原理适合于连续的运行，不仅用于连续运行中的能量引导链的空间走向的监控，而且也用于持续运行中的能量引导链的数据或电流供应电缆的状态监控。所述系统尤其用于预防性的维修和/或安全性关闭。

附图说明

在下面借助几个优选实施例在参考附图的情况下详细阐释本发明的其他有利的特征和作用。在此示出：

图1a-1b作为在监控系统的侧视图(图1a)和示意性横截面(图1b)中的原理草图；

图2a-2b作为在根据变型方案的监控系统的侧视图(图2a)和示意性横截面(图2b)中的原理草图；

图3公差带的简图，指示器导线上的电参量应该位于公差带内；

图4作为原理草图，在侧视图中示出监控系统的第三实施例；

图5作为原理草图，在侧视图中示出根据另一变型方案的监控系统的第四实施例，具有关于通信模块的无线的通信接口；

图6a-6b作为原理草图，在侧视图(图6a)中示出根据另一方面的监控系统的实施例，具有关于通信模块的无线通信接口，并且作为用于在能量引导链中的电缆的状态监控的单独电路模块(图6b)；和

图7具有绞合线的部分裸露的供应电缆的照片。

在所有附图中，相同的附图标记表示具有相同性质或作用的特征。为了简化而避免重复。

具体实施方式

在图1-7中示出了通常以1表示的能量引导链，其具有水平静止的回行段1a(在水平布置中也被称作下回行段)、可运动的回行段1b(在水平布置中也被称作上回行段)以及可移动的、近似u形的转向弧1c(作为所述上回行段和所述下回行段之间的位置可变的过渡)，该转向弧确保了预定的曲率半径。在此，示出了用于长移动路径、典型地＞3m的所谓“滑动的”、即非悬置的能量引导链1。在这种能量引导链1中，可运动的回行段1b可以在静止的回行段1a上滑离或展开。未示出本身已知的滑撬或滑轮。在此，为了保护受引导的管线(未示出)，转向弧1c的预定曲率半径明显大于回行段1a、1b之间的接触距离。然而，本发明原则上也适用悬置的能量引导链或垂直应用(未示出)。

静止回行段1a的端部区域形成能量引导链1的第一连接点并且固定在相对于周围环境空间固定的基座上，该基座形成能量引导链10的固定点2。运动的回行段1b的端部区域形成能量引导链1的第二连接点并且固定在携动件4上，所述携动件可以相对于固定点2运动，即与例如工业机械或设备的待供应的、运动的部件连接。

根据图1-7中标出的双箭头，携动件4以本身已知的方式沿前进方向或后退方向运动并且在此拉动或推动能量引导链1。在图1-7中，携动件4和由此能量引导链10的位态纯示例性地、仅用于说明地作为瞬间拍摄或即时的中间位置来示出。能量引导链1针对沿着前进和后退方向的近似平面的运动构型，即构型有保持平行的回行段1a、1b，并且基本上由链节(未详细示出)组成，所述链节例如可以围绕可以垂直于图1-7的平面枢转的平行枢转轴线相对彼此偏移。在所有实施方式中，能量引导链1可以在图1b中示意性详细示出的引导槽5中在侧面受引导。

在此，仅图1a和2a纯示意性地并且以夸张的形式示出了罕见但是特别在长的或快速移动的能量引导链1中可能的错误状态(表示为“闪电”)，其中，可运动的回行段1b以不希望的方式凸起。图6b示例性地示出能量引导链的标准走向。

在根据图1a-1b的实施例中，示出了具有沿着两个回行段1a、1b并且经由能量引导链1的转向弧1c引导的、作为发送器的核心元件的电指示器导线12的监控系统10。单独的指示器导线12布置为偶极辐射器或偶极天线并且仅在基座2上的端部节点处与电路14连接。电路14包括信号发生器，该信号发生器将高频激励信号、例如具有几兆赫频率的交流正弦信号供给到指示器导线12中。此外，电路14具有驻波测量仪(未示出)，其借助指示器导线12感测驻波比(swr)作为电参量。swr与指示器导线12的空间位置和由此能量引导链1、尤其可运动的回行段1b的空间位置有关。swr的感测允许通过与在投入运行时得到的swr的目标走向(参考图3中的30)的比较来识别错误状态(表示为“闪电”)。替代驻波测量仪，例如网络分析器或简单的电路也可以适用于恒定激励频率中的反射波的测量。电路14在输出侧与分析处理单元6连接，该分析处理单元例如分析处理电路14的显示swr的输出信号并且在错误状态时及时触发紧急制动。

在根据图2a-2b的变型方案中，指示器导线22形成测量回环或回环天线并且作为rlc振荡回路的感应部分布置在电路24中。基座2上的两个测量芯线22a、22b的两个端点直接与电路24的振荡回路的其余组件连接。例如在携动件4上的远端端点借助低电阻的短路组件23短路，如图2b中示出。因为所述感应在此也与几何形状有关，与两个公差曲线31、32之间的标准走向相比，电路24可以识别测量回环的线圈感应的变化作为测量值30，如图3中示意性说明的那样。这可以通过作为电路24的部件的微控制器25或在分析处理单元6中进行，例如通过识别分成两部分的指示器导线22的所感测的电参量中的异常跃迁。

图4示出了用于通过两个振荡回路的叠加来感测差频中的意外变化的监控系统40的变型方案。在此，指示器导线42也形成了由两个测量芯线42a、42b组成的回环或线圈，所述测量芯线在能量引导链中从基座2被一起引导至携动件4并且在携动件上通过短路组件43桥接。

电路形成具有电容器(c2)和作为电感的测量回环42的第一测量振荡回路46，该第一测量振荡回路通过信号发生器48被施加正弦信号。在能量引导链1的常规走向中，参考振荡回路47根据投入运行时的测量运行或教学模拟测量振荡回路46的标准行为，其中，该测量振荡回路的行为与携动件4的位置有关。所述模拟例如可以通过在微控制器45中存入的测量值序列或可调整的振荡器实现。随后，借助混频器级(mischerstufe)49由在测量振荡回路46上感测的振荡和参考振荡回路47的根据位置模拟的振荡产生差频。随后，将由混频器级49生成或模拟的差频例如与如图3中示意性示出的有关于携动件4的位置x的公差带31、32进行比较。该变型方案例如依据金属探测器的原理，并且尤其可以与由铁磁钢板或类似物组成的引导槽5一起使用。

在未详细示出的变型方案中，除了由测量芯线42a、42b组成的测量回环之外，也可以设置单独的激励或发射线圈，例如根据另外的金属探测器类型的原理。

图5示出了感应感测的另一监控系统50，其中，引导槽5类似于“铁磁体芯”起作用。回环形指示器导线52通过作为信号发生器的振荡器55激励和测定。解调器56将感测的信号引导至鉴别器或磁滞比较器57，并且将该信号继续引导至末级，所述末级为分析处理单元6提供输出信号51。在此，得到的标准值或公差曲线31、32可以在投入运行中或通过数据连接、例如具有通信模块7的wlan存入到分析处理单元6中。

上述监控系统10、30、40、50尤其借助电磁相互作用允许识别能量引导链1与其额定的目标走向的位置偏差。

随后，描述了不相关的另一方面，即用于激活的能量引导链的供应电缆中的电导线或芯线的磨损监控的系统60，以便在电缆断裂之前尽早发出警报。

电路模块64具有两个状态显示例如(激活，错误：图6)和用于将额定电阻值编入到电路模块的微处理器65中的存储寄存器中的按键(设置：图6b)。

仪表放大器或差分放大器(opamp)66直接连接到两个测量芯线62a、62b的端点上，这两个测量芯线形成在能量引导链1中的回环形指示器导线62，该回环形指示器导线在携动件4上通过组件23短接。仪表放大器66的输出端与微处理器65中的a/d转换器块67的输入端连接，该a/d转换器块在两个另外的输入端上提取参考电阻69的电压。串联连接的测量芯线62a、62b与参考电阻69(rref)串联连接并且由电路模块64的参考直流电源68(恒定电源)供应以恒定电流(i0)。adu67的输入端一方面感测作用到测量回环62a、62b上的测量电压，以便借助电流(i0)确定所述测量回环的相对小的欧姆串联电阻rx，并且另一方面根据四导线测量原理感测参考电阻69(rref)上的电压，由这些电压的比例通过微处理器65精确确定待测量的电阻rx。

为了提高感测安全性，多个测量回环62a、62b也可以分别通过自身的差分放大器66和相应的adu67的输入端来测定。替代于电阻值，当然也可以等价地获取电导。测量管线、即测量芯线62a、62b靠近基座2的每个近侧端点与电路模块64的接线柱m1和m2(图6b)连接。测量芯线62a、62b的远端端点短路地或低电阻地相互连接。为了标准化目的，将温度传感器63连接到电路模块64(接线柱t2和t3)上。

一旦电路模块64(通过接线柱+和－)连接到电压供应器(例如24v直流电)上并且参考值被编入，则微处理器65使激活led发绿光。在投入运行期间，参考值通过操纵set按键一次地编入微处理器65中，如上所述的那样通过经由仪表放大器66的初始测量实现。

一旦由微处理器65测量的管线阻值rx超过预定的警报阈值(例如1.25×rx)，那么绿色和红色的错误led发亮。警报阈值可以由使用寿命试验凭经验获取并且必要时也可以随后例如通过通信模块7改变或更新。此外，微处理器65可以通过输出端经由继电器(未示出)关闭警报信号触点(01)。

当出现电缆断裂时(rx趋向无限大)，那么绿色的led熄灭并且仅红色的错误led照明。附加地，微处理器65随后关闭另一无电势的错误触点(02)。

优选地，警报通过通信接口、例如工业总线、rs-232等(3、3v、tx、gnd)传递到这里可选的分析处理单元6上或直接传递到支持互联网的通信模块7上。

通过电路模块64的通信接口(3、3v、tx、gnd)，微处理器65可以将感测的测量数据传递到可选择的分析处理单元6上或直接传递到通信单元7上。替代地或附加地，电路模块64可以具有数据记录器(例如用于微型sd卡)来存储测量数据。此外，传感器输入端可以设置为循环计数器或用于位置感测(例如根据图1-5)。在微处理器65的编程中，可以实现软件滤波器，以便过滤掉例如由于与其他激活管线的电磁相互作用而产生的干扰。测量芯线62a、62b的电阻测量可以例如以几分钟的间隔或近似随机的时间间隔周期性地进行，以便通过谐波等避免伪像。

图7纯示意性地示出，用于说明测量芯线62a、62b如何与供应电缆70中的激活的供应芯线绞合，其中，测量芯线62a、62b在结构上至少与运行中的另外的激活供应芯线相同。

附图标记列表

图1-6

1能量引导链

1a静止的回行段

1b可运动的回行段

1c转向弧

2固定点

4携动件

5引导槽

6分析处理单元

7通信模块

图1a-1b

10监控系统

11信号

12指示器导线

14电路

图2a-2b

20监控系统

22指示器导线

22a、22b测量芯线

23短路组件

24电路

25微处理器

26振荡回路

图3

x携动件的位置

y(电参量的)量

30(电参量的)测量值

31下方的公差曲线

32上方的公差曲线

图4

40监控系统

42指示器导线

42a、22b测量芯线

43短路组件

44电路

45微处理器

46测量振荡回路

47参考振荡回路(模拟)

48信号发生器

49混频器级

图5

50监控系统

51信号

52指示器导线

54电路

55振荡器(信号发生器)

56解调器

57比较器

59末级

图6

60监控系统

61信号

62指示器导线(rx)

62a、62b测量芯线

63温度传感器

64电路模块

65微处理器

66差分放大器

67a/d转换器

68电流源

69参考电阻(rref)

图7

70供应电缆

72激活芯线

62a、62b测量芯线