Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Prototyp für "Kletter-Schlappseil detektor" / Welcher Sensor für Entfernungsmessung?


von Gregor B. (gregor_b)


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Moin,

Ich will einen Prototyp bauen, der ein Schlappseil bei einem 
automatischen Sicherungsgerät (auto-belay-system) erkennt und dann einen 
Beep Alarm gibt.


Im Prinzip ein Schalter, der bei einer bestimmten Entfernung (im 
Idealfall ab einer einstellbaren Entfernung) auslöst.

Meine Idee dazu.

Es soll ein "fixer" Teil am Karabiner befestigt werden und ein 
beweglicher Ring ums Seil. Wenn ein Schlappseil entsteht, rutscht der 
Ring am Seil nach unten und entfernt sich vom Karabiner. Ab ca. 20cm 
soll dann ein Alarm ausgelöst werden. (siehe beispiel_zeichnung.png, sry 
für meine schlechten paint skills ;) )


Es wäre auch praktisch wenn der bewegliche Ring ein passives Bauteil 
wäre, dann müsste nur der feste Teil mit einer Stromversorgung 
ausgestattet werden.

Nun stellst sich für mich die Frage welcher Sensor / Schalter dafür 
infrage kommt.

optisch, magnetisch, funk, rfid?

optisch:
Ein optisches System fällt raus da evtl kleidung o. ä. dazwischen kommen 
könnte.

magnetisch: hier wäre der bewegliche Ring ums Seil ein Magnet
Gibt es einen Sensor der die Entfernung zu einem Magnet messen kann? 
wenn ja wie weit? ein einfacher magnetschalter würde denke ich nicht 
funktionieren, da der abstand zu groß ist und am besten einstellbar sein 
sollte. Ich vermute aber, dass ein Magnet auftretende Stöße nicht so gut 
verkraftet und daher nicht so geeignet ist.

funk? - wahrscheinlich müssten beide Teile aktiv sein oder? und
lässt sich dabei eine relativ genaue Messung der Entfernung machen?

RFID:
Am vielversprechendsten finde eine Lösung mit RFID, dann wäre der 
bewegliche Ring ums Seil eine RFID Sender (passiv) und am Karabiner 
(fix) der Empfänger und sobald dieser außer Reichweite ist würde der 
Alarm ausgelöst werden.
Lässt sich bei so einer Lösung auch der Abstand einstellen? und wie weit 
würde das mit einem passivem RFID sender funktioniern?



Bisher versuche ich noch Ideen zu sammeln und hoffe, dass mir hier 
jemand vlt. den ein anderen Tipp geben kann.

: Bearbeitet durch User
von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Gregor B. schrieb:
> Gibt es einen Sensor der die Entfernung zu einem Magnet messen kann? wenn
> ja wie weit?

Hallsensor. Die gibt es digital (geschalteter Ausgang) oder auch analog 
(magnetfeldstärkeabhängiges Signal). Bei letzterem könntest du die 
Entfernung einstellen.

Musst du mal experimentieren, ob mit einem halbwegs handlichen Magneten 
sinnvolle Abstände erreichbar sind.

Nachteil: der Magnet "schnappt" sich dann alle Eisenteile seiner 
Umgebung. Hat die Kletterhalle/-wand Ringe in der Wand? Hat der 
Bergsteiger irgendwelche Eisenteile? Karabiner und Abseilachten sind ja 
inzwischen allesamt aus Alu.

> Am vielversprechendsten finde eine Lösung mit RFID, dann wäre der
> bewegliche Ring ums Seil eine RFID Sender (passiv) und am Karabiner
> (fix) der Empfänger und sobald dieser außer Reichweite ist würde der
> Alarm ausgelöst werden.

Das passive Teil nennt sich Transponder. Nachteil: die erreichbare 
Entfernung entspricht bei diesen Teilen in etwa der Größe der Antenne. 
Für einige 10 cm Entfernung müsstest du also am aktiven Teil eine 
unhandlich große Antenne unterbringen.

von Rainer W. (rawi)


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Gregor B. schrieb:
> und wie weit würde das mit einem passivem RFID sender funktioniern?

Ein RFID-Sender ist aktiv und guckt sich an, wieviel Leistung vom Tag 
weggeschluckt wird. Die Reichweite entspricht größenordnungsmäßig der 
Antennengröße.

: Bearbeitet durch User
von Jens M. (schuchkleisser)


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Evtl. reicht ein Neigungssensor am Kleidungshaken?
Wenn der "nach oben" steht und z.B. +-60° Toleranz hat ist das ok, kommt 
das Seilende in die Waagerechte hupts.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Jens M. schrieb:
> kommt das Seilende in die Waagerechte hupts.

In die Waagerechte wird das beim Aufstieg immer wieder kommen. Der Fall 
ist ja noch nicht kritisch. Kritisch ist der Fall, wo das Seil unterhalb 
des Karabiners baumelt, weil es dann bei einem Sturz erstmal ein Stück 
freien Fall gibt, bis das Seil straff ist und die Seilbremse wirken 
kann.

Wenn man es so angeht, könnte man es mit zwei Luftdrucksensoren machen: 
wenn der "baumelnde" Sensor einen halben Meter weniger als der am 
Karabiner befestigte feststellt, wird der Alarm ausgelöst. Dann sind 
aber beide Teile aktiv, außerdem muss die Information von dem einen zum 
anderen kommen – besser per Funk als per Kabel, letzteres könnte beim 
Klettern schnell reißen.

von Wolf17 (wolf17)


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Jörg W. schrieb:
> In die Waagerechte wird das beim Aufstieg immer wieder kommen. Der Fall
> ist ja noch nicht kritisch. Kritisch ist der Fall, wo das Seil unterhalb
> des Karabiners baumelt

Na dann den roten Neigungssensor 30cm über dem schwarzen Haken 
anbringen. Er hängt dann erst ab 60cm Durchhang kopfüber.

von Jörg (Gast)


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Wie wäre es mit einem Magnet an einer kleinen Seilschlaufe oder einem 
kurzen Seilstück das am Hauptseil befestigt ist.
Der Magnet würde zwei elektrische Kontakte am Karabiner brücken.
Wenn Last auf das Hauptseil kommt würde die Schlaufe den Magneten von 
den Kontakten ziehen.

von Gregor B. (gregor_b)


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Danke. Ja das ist eine gute Idee, einfach ein gyro sensor 20-30cm über 
dem karabiner am Seil befestigen und ab einem bestimmten Winkel 
auslösen.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Wolf17 schrieb:
> Na dann den roten Neigungssensor 30cm über dem schwarzen Haken
> anbringen.

Das rote Teil ist nicht "angebracht", sondern soll verschieblich auf dem 
Seil sein um festzustellen, wann das Seil durchhängt.

Zumindest habe ich die Skizze so verstanden …

von Gregor B. (gregor_b)


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Jörg W. schrieb:
> Wolf17 schrieb:
>> Na dann den roten Neigungssensor 30cm über dem schwarzen Haken
>> anbringen.
>
> Das rote Teil ist nicht "angebracht", sondern soll verschieblich auf dem
> Seil sein um festzustellen, wann das Seil durchhängt.
>
> Zumindest habe ich die Skizze so verstanden …

Ja so war es auch gemeint, aber mit dieser lösung, braucht man nur ein 
"fixes" Teil

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Gregor B. schrieb:
> einfach ein gyro sensor 20-30cm über dem karabiner am Seil befestigen

Hinweis: ein Gyroskop liefert dir Winkelbeschleunigungen (Radianten pro 
Sekunden oder Grad pro Sekunden) um die 3 Achsen.

Du brauchst einen Beschleunigungssensor, der die Erdfallbeschleunigung 
misst. Je nachdem, in welcher der Koordinatenrichtungen er die normale 
Fallbeschleunigung detektiert, kannst du dann auf den Winkel schließen. 
Wenn er nahe Null detektiert, befindet er sich im freien Fall. :-)

Gyroskop und Beschleunigungssensor sind oft in einem Sensor verbaut, 
aber nicht notwendigerweise, und sie ergeben auf jeden Fall zwei 
getrennte Messwert-Tupel.

von Jörg (Gast)


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Muss das ganze eigentlich am Kletterer hängen?
Ein Kontakt oder eine Wägezelle oben am Roller wären wahrscheinlch 
simpler und nicht beim klettern im Weg.

von Jobst M. (jobstens-de)


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Jörg schrieb:
> Ein Kontakt oder eine Wägezelle oben am Roller wären wahrscheinlch
> simpler und nicht beim klettern im Weg.

Stellt aber auch keinen Unterschied zwischen lockerem Seil und 
durchhängendem Seil fest.

Beschleunigungssensor, der ab einem bestimmten Winkel des Karabiners 
auslöst ist schon der richtige Weg.

Man könnte sogar über eine Seilwinde nachdenken, die den Karabiner immer 
auf 45° hält. Die darf natürlich nicht so schnell sein, wie man fällt.


Gruß
Jobst

von Wolf17 (wolf17)


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Gregor B. schrieb:
> Danke. Ja das ist eine gute Idee, einfach ein gyro sensor 20-30cm über
> dem karabiner am Seil befestigen und ab einem bestimmten Winkel
> auslösen.

Ich dachte da an einen billigen mechanischen Neigungsschalter mit Kugel 
für wenige Cent (weil Quecksilber heute nicht mehr verwendet wird).
Dann reicht eine Batterie und ein Piepser. Ohne Einschalter, den man 
vergessen kann. Müsste man dann aber senkrecht aufbewahren. Besser einen 
Reed-NC Schalter, der Magnet zur Abschaltung beim lagern ist am Haken.

von Clemens S. (zoggl)


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Wolf17 schrieb:
> Ich dachte da an einen billigen mechanischen Neigungsschalter mit Kugel
> für wenige Cent (weil Quecksilber heute nicht mehr verwendet wird).
> Dann reicht eine Batterie und ein Piepser. Ohne Einschalter, den man
> vergessen kann.

Bloß nicht.

Bau ein ordentliches Produkt.

Low Power Sleep Modus, Wecken durch Bewegung.
Warnen, wenn kletter Bewegung bei niedrigem Batteriestatus.

Warn Signal bei 90°, Alarmton bei 180°

Das ganze pseudo-redundant aufgebaut, einmal über Beschleunigungssensor 
und über den Gyro abgesichert.

Sg

Edit:

Überleg dir auch wie du verhindern kannst, dass das Stahlseil durch 
deinen "Klumpen" geknickt wird. Da könnte ein Ermüdungsbruch entstehen.

: Bearbeitet durch User
von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Clemens S. schrieb:

> Low Power Sleep Modus, Wecken durch Bewegung.

Hätt ich jetzt auch gesagt. Im Sleep brauchen die Teile ziemlich wenig, 
und sie können einen Controller bei Bewegung aufwecken.

> Warn Signal bei 90°, Alarmton bei 180°

180° erreichst du bestenfalls sehr kurzzeitig. ;-) Da muss man schon 
sowas wie 150° als Wert nehmen.

> Das ganze pseudo-redundant aufgebaut, einmal über Beschleunigungssensor
> und über den Gyro abgesichert.

Gyro ist schwierig, weil der nur Rotationen erkennt.

Da das Gerät eh nur eine zusätzliche Warnung ist (eigentlich muss der 
Kletterer selbst drauf achten), denke ich nicht, dass man da etwas 
Redundantes haben muss.

von Walta S. (walta)


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So ein Neigungsschalter wird bei Fasspumpen/Tauchpumpen verwendet. 
Schwimmt das Ding oberhalb der Pumpe dann an - unterhalb dann aus. 
Kostet ein paar Euro.

Walta

von Stefan F. (Gast)


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Walta S. schrieb:
> So ein Neigungsschalter wird bei Fasspumpen/Tauchpumpen verwendet.

Das wäre doch zu einfach. Irgendwie muss man unbedingt einen Raspberry 
Pi samt Cloud unterbringen. Und wenn das Ding nicht ständig Strom 
verbraucht, bekommst du ärger mit den Schergen der Energieversorger.

von J. T. (chaoskind)


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Jörg W. schrieb:
> Hinweis: ein Gyroskop liefert dir Winkelbeschleunigungen (Radianten pro
> Sekunden oder Grad pro Sekunden) um die 3 Achsen.

Hinweis: Winkel/Zeit ist eine Winkelgeschwindigkeit. Eine 
Winkelbeschleunigung wird in Winkel/(Zeit)^2 gemessen.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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J. T. schrieb:
> Winkel/Zeit ist eine Winkelgeschwindigkeit

OK.

Trotzdem bekommt man nicht einfach absolute Winkel heraus.

von Gregor B. (gregor_b)


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Walta S. schrieb:
> So ein Neigungsschalter wird bei Fasspumpen/Tauchpumpen verwendet.
> Schwimmt das Ding oberhalb der Pumpe dann an - unterhalb dann aus.
> Kostet ein paar Euro.
>
> Walta

Ja auf die Idee bin ich auch gekommen, ein "Schwimmerschalter" ist viel 
einfacher und sollte den Job auch erledigen.

von Udo S. (urschmitt)


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Ich verstehe das Problem nicht so ganz.
Du zeigst ein "TrueBlue" Automatik Selbstsicherungsgerät. Wo willst du 
da Schlappseil bekommen?
Das Teil kostet mehrere tausend Euro und lohnt sich wohl nur in 
Kletterhallen.
Das heisst du bist gewerblich unterwegs, und jede Art von Gebastel ohne 
Sicherheitsnorm wird im Falle eines Unfalls ganz schnell einen 
Staatsanwalt auf den Plan rufen.

von Clemens S. (zoggl)


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Gregor B. schrieb:
> Ja auf die Idee bin ich auch gekommen, ein "Schwimmerschalter" ist viel
> einfacher und sollte den Job auch erledigen.

Ist eine blöde Idee.  Das Ding muss auch funktionieren, wenn der Nutzer 
nicht klettert wie ein altersschwacher Forenschreiber.

Udo S. schrieb:
> Wo willst du da Schlappseil bekommen?

Es klemmt, man ist zu schnell, es wickelt nicht sauber auf.

Hier ein Beispiel für Selbstsicherungen zum speed Klettern.

15 meter in 6 Sekunden.

https://thrillsyndicate.com/de/shop-de/trublue-speed-auto-belay/

Schaut mal wir da der Karabiner herumschleudert.

Sg

von Udo S. (urschmitt)


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Clemens S. schrieb:
> Es klemmt, man ist zu schnell, es wickelt nicht sauber auf.
>
> Hier ein Beispiel für Selbstsicherungen zum speed Klettern.

Die Dinger haben eine EN Norm und sind zugelassen. Sie sind sehr 
wahrscheinlich auch von DAV Sicherheitskreis geprüft. Sie sind für 
Wettkämpfe zugelassen.

Ich habe mal nach Unfällen mit diesen Sicherungsgeräten gesucht. Ich 
habe keine dokumentierten Unfälle wegen "klemmen" oder Schlappseil 
gefunden, sondern nur welche wo der Kletterer losgeklettert ist und 
vergessen hat sich einzuhängen.

Fakt ist wenn ich Kletterhallenbesitzer wäre und jemand kommt mit einem 
selbstgebauten Gerät an, würde ich mir genau ansehen was der an meinem 
mehrere Tausend Euro teuren Equipment rumbosselt.
Und wäre ich Kunde und würde sehen dass der Hallenbesitzer da irgendwas 
am  Sicherungsautomat gebastelt hat, würde ich mir eine andere Halle 
suchen.

Also ist hier immer noch nicht gesagt wozu das dienen soll. Das eine 
solche Bastelei bei einem Unfall dann für extrem großen Ärger führen 
kann hatte ich schon gesagt.

von Gregor B. (gregor_b)


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Udo S. schrieb:
> Clemens S. schrieb:
>> Es klemmt, man ist zu schnell, es wickelt nicht sauber auf.
>>

> Also ist hier immer noch nicht gesagt wozu das dienen soll. Das eine
> solche Bastelei bei einem Unfall dann für extrem großen Ärger führen
> kann hatte ich schon gesagt.

danke für deine Bedenken

es soll nur ein prototyp sein für meinen arbeitgeber, eine kletterhalle 
für kids mit ca 15 dieser TRUBLUEs. ich habe nicht gesagt, dass es auch 
so im alltäglichen gebrauch zum einsatz kommmen soll.

jedenfalls ist es dort schon ein paar mal vorgekommen, dass die 
sicherungsgeräte das seil (in dem fall eher ein dickes "abschleppband") 
nicht mehr schnell genug nachziehen und bei einem bodennahen fall wäre 
das nicht gut. klar werden die regelmäßig gewartet und es wird jeden tag 
getestet ob es gut nachzieht (wird vom hersteller auch so 
vorgeschrieben)   dennoch wäre da ein redundantes system praktisch 
zumind. zu test zwecken.

mir ist klar, dass ich da nicht dran rumpfusche oder mit eine bastelei 
falsche sicherheit vortäusche.

lg

von Udo S. (urschmitt)


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Gregor B. schrieb:
> jedenfalls ist es dort schon ein paar mal vorgekommen, dass die
> sicherungsgeräte das seil (in dem fall eher ein dickes "abschleppband")
> nicht mehr schnell genug nachziehen und bei einem bodennahen fall wäre
> das nicht gut.

Ok, ich war nur irritiert weil ich keine solche Fälle gefunden habe. Und 
gerade bei Kletterunfällen oder auch Beinahe Unfällen wird das 
normalerweise gut dokumentiert.
Nur ein Neigungsschalter wird wohl bei schnellen Bewegungen immer mal 
auslösen, insofern dürfte die von Jörg vorgeschlagene Lösung mit einem 
mehrachsigen Beschleunigungssensor und einem kleinen Controller die 
bessere Lösung sein, denn da kann man eine einstellbare Totzeit vorsehen 
ab der der Karabiner wieder nach oben zeigen sollte.

Noch eine Frage: Ich habe mit solchen Sicherungsgeräten keine Erfahrung. 
Das "Seil" ist doch hier Teil des Geräts, oder?

von Clemens S. (zoggl)


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Udo S. schrieb:
> Fakt ist wenn ich Kletterhallenbesitzer wäre und jemand kommt mit einem
> selbstgebauten Gerät an, würde ich mir genau ansehen was der an meinem
> mehrere Tausend Euro teuren Equipment rumbosselt.
> Und wäre ich Kunde und würde sehen dass der Hallenbesitzer da irgendwas
> am  Sicherungsautomat gebastelt hat, würde ich mir eine andere Halle
> suchen.

Rablablabla!!1!

Dieses Schlappseilerkennungsding kann problemlos als 20cm Schlaufe 
zwischen Gurt und Sicherungsgerät eingehängt werden. Da muss weder das 
Gerät, noch das Seil geändert werden. Diese Schlaufe kann auch eine 
bereits nach Norm getestete Bandschlinge sein.

Udo S. schrieb:
> Ich habe mit solchen Sicherungsgeräten keine Erfahrung. Das "Seil" ist
> doch hier Teil des Geräts, oder?

Ja. Entweder ein Stahlseil, oder eine Gurtband.

Sg

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