DE102015115508A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen Download PDF

Info

Publication number
DE102015115508A1
DE102015115508A1 DE102015115508.7A DE102015115508A DE102015115508A1 DE 102015115508 A1 DE102015115508 A1 DE 102015115508A1 DE 102015115508 A DE102015115508 A DE 102015115508A DE 102015115508 A1 DE102015115508 A1 DE 102015115508A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
bolt
nut
carrier
magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015115508.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Uwe Staudinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MANFRED HOLTKAMP ELEKTRONIK GmbH
Original Assignee
MANFRED HOLTKAMP ELEKTRONIK GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MANFRED HOLTKAMP ELEKTRONIK GmbH filed Critical MANFRED HOLTKAMP ELEKTRONIK GmbH
Priority to DE102015115508.7A priority Critical patent/DE102015115508A1/de
Priority to DE202016104954.7U priority patent/DE202016104954U1/de
Priority to PCT/DE2016/100419 priority patent/WO2017045666A1/de
Priority to EP16801370.4A priority patent/EP3350461A1/de
Publication of DE102015115508A1 publication Critical patent/DE102015115508A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen. Insbesondere bei Maschinen und Anlagen sowie zusammengesetzten Bauteilen im Allgemeinen, ist ein fester und dauerhafter Sitz der Bolzen-Mutterverbindungen von besonderem Interesse und deshalb deren Festigkeit zu überwachen. Die Erfindung erfasst die relative Axialverdrehung von Bolzen (2) zu Mutter (1). Dazu ist ein Magnet (3) mit dem Bolzen (2) befestigt. Über dem Bolzen wird eine Haube (4) gestülpt, die bis auf die Mutter (1) herunterreicht. Damit vollzieht die Haube (4) die Drehbewegung der Mutter (1). In der Haube (4) ist entgegen ihrem offenen Ende über dem Magneten (3) ein magnetsensitiver Sensor (8) vorgesehen. Dieser reagiert auf eine Lageänderung des Magnetens (3) und registriert so eine relative Drehbewegung von Bolzen (2) zu Mutter (1). Mittels Elektronik (9) werden die Daten des Sensors (8) aufbereitet.

Description

  • Bei Maschinen und Anlagen sowie zusammengesetzten Bauteilen im Allgemeinen, zu deren Verbindung Schrauben und Bolzen zum Einsatz kommen, ist ein fester und dauerhafter Sitz der Verbindungselemente oftmals von ausschlaggebendem Interesse. Aus Gründen der Betriebssicherheit ist deren Position zu überwachen. Das gilt insbesondere, wenn eine Lockerung der Verbindungselemente in Folge von Eigenschwingung der Maschinen und Geräte und ihrer Anbauten nicht ausgeschlossen werden kann.
  • Im Mittelpunkt stehen Schraubverbindungen, die während des Einsatzes oder wegen ihrer exponierten Lage nicht oder nur mit großer Mühe einer Sichtkontrolle unterzogen werden können. Zu denken ist an schwer zugängliche Maschinenteile von Stanzen und Großpressen, von Bauteilen in und an Flugzeugen, Eisenbahnen sowie allen anderen Fahrzeugen, aber auch von verbauten Teilen an und innerhalb von Motoren. Insbesondere zu erwähnen sind die hochbelasteten Schraubflanschverbindungen von Rotorblättern an Windkraftanlagen. Sollten sich deren Verbindungselemente während des Betriebs lösen, wird im Schadensfall ein Rotorblattabwurf beschrieben.
  • Weit verbreitet zur Sicherung schraubbarer Verbindungen sind neben dem Einsatz von Klebern sogenannte Sicherungsringe, die mittels eines Sicherungsstifts gehalten werden. Zum Einsatz kommen aber auch verschiedenste Unterlegscheiben oder Sicherungsmuttern. Mechanisch verhindern sie ein selbsttätiges Lösen der Verbindungen. Aufgrund der Kraft und Schwingung, die sowohl eine mechanische Belastung für Sicherung als auch Schraubverbindung bedeutet, bleibt es nicht aus, deren Verbindung in regelmäßigen Abständen einer Funktionssichtkontrolle zu unterziehen. Zur erleichterten Erkennung werden die Verbindungselemente dazu farblich markiert. Eine Veränderung des Sitzes wird infolge des Farbbruchs sichtbar. Dennoch setzt das menschliche Fehlverhalten und die stark schwankende Sinneswahrnehmung von Mensch zu Mensch einer zuverlässigen Kontrolle enge Grenzen. Gefordert wird deshalb eine insoweit unabhängige und selbsttätige elektronische Überprüfung der Verbindungselemente.
  • DE 101 38 261 A1 offenbart dazu ein Sensorelement, das die kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkstücken auf seine vorgegebene Anforderung überprüft und feststellt, ob diese ihre Aufgabe im vollen Umfang oder lediglich vermindert oder gar nicht mehr erfüllt. Vorgeschlagen wird ein in den Kraftschluss der Verbindung integriertes drucksensitives Sensorelement. Dieses überwacht die gleichbleibende Kraft ständig oder zu vorgegebenen Zeitpunkten. In bevorzugter Ausführung besteht das Sensorelement aus einer oder mehreren Tellerfedern, die durch die Schraubenkraft zusammengepresst werden. An den Tellerfedern liegt eine Spule an, die zusammen mit den als Kondensator wirkenden Tellerfedern einen Schwingkreis bildet. Entweder über eine Kabelverbindung oder eine Funkverbindung wird die Erregung des Schwingkreises von außen angestoßen. Bereits kleinste Änderungen des Kapazitätswertes infolge unterschiedlichen Drucks führen zu einer sehr hoch aufgelösten Änderung der zu messenden Eigenfrequenz.
  • Nachteilig an dieser Erfindung ist die Anordnung des Sensorelements im Kraftschluss der Schraubverbindung, da die auf das Sensorelement wirkenden Kräfte das Messergebnis verfälschen. Zudem wird nicht danach unterschieden, ob sich lediglich die Belastung auf die Schraubverbindung verändert oder ob sich deren Verbindung löst.
  • DE 40 02 259 A1 offenbart eine Erfindung zwecks Erkennung des unbefugten Lösens und Abschraubens einer aufgeschraubten Schraubenmutter. Dazu wird der Einsatz einer überwachenden Schraubenmutter vorgeschlagen. Diese besitzt in ihrem Inneren angebracht eine Überwachungseinheit, bestehend aus einem elektrischen Druckkontakt oder einen Drehmomentsenor. Die jeweiligen Signale werden in einem lokalen Kontrollgerät erfasst und können hier abgelesen oder von diesem an eine zentrale Warte weitergeleitet werden.
  • Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, dass die komplexe Sensorik in einer Schraubenmutter Platz finden muss. Zudem muss das Gewinde des aufnehmenden Bolzens so weit über die Befestigungsmutter hinausragen, dass die Sensormutter noch dauerhaft befestigt werden kann. Wesentlicher Nachteil ist aber die indirekte Aussagekraft des Messergebnisses. Aus der Bewegung der überwachten Mutter wird auf eine Bewegung der zu messenden Befestigungsmutter geschlossen. Eine direkte Erfassung der zu überwachenden Mutter gelingt damit nicht.
  • WO 2005/021983 A1 schlägt eine Sensoreinrichtung zur Feststellung der Lockerung von Schrauben und Muttern vor. Die Anordnung besteht aus einem Detektor, der das Lösen der Bolzen/Schraubverbindungen registriert. Dies geschieht durch Messung einer Lageänderung der Schraube und Schraubenmutter. Die Lageänderung wird relativ von Schraube bzw. Schraubenmutter zum Werkstück erfasst. Dabei wird ein Bezugspunkt außerhalb der Schraubverbindung vorgeschlagen. Eine Klammer ohne Verbindung mit der überwachenden Schraube bzw. Schraubenmutter wird so befestigt, dass sie über der Schraubverbindung den Sensor, die Stromversorgung als auch eine Sendeeinrichtung ausrichtet. Durch eine Lageänderung in Relation zum in der Klammer untergebrachten Sensor wird festgestellt, ob sich die Schraubenmutter oder der Schraubbolzen gelöst haben. In weiterer Ausgestaltung wird die Klammer ersetzt durch eine über den Schraubenkopf gezogene Haube, die unmittelbar auf dem Werkstück aufsetzt.
  • Der Nachteil dieser Erfindung liegt darin, dass er die Lageänderung stets in Relation zum Werkstück bzw. zur Klammer ermittelt. Soll aber festgestellt werden, ob sich eine Mutter gegen die Zugrichtung vom Gewindebolzen löst, ist die Relation zum Werkstück unmaßgeblich. Bei einer zum Beispiel einachsigen Schraubverbindung kann es vorkommen, dass sich das Werkstück samt der Mutter von der Spindel des Bolzens abdreht, ohne dass sich die Lage von Schraubenmutter und Gewinde zueinander ändert. Somit ist nicht ausgeschlossen, dass das Lockern des Anbauteils unentdeckt bleibt.
  • In DE 10 2013 218 845 A1 wird eine Vorrichtung zur Überwachung einer Flanschverbindung mit einem in form- und/oder kraftschlüssiger Anlage auf einem Bolzenkopf oder eine Bolzenmutter montierten Überwachungskörper offenbart. Prinzipiell beruht die Erfindung auf der Annahme, dass im Fall einer abgerissenen Mutter oder des ebenso überwachten Bolzenkopfes der Überwachungskörper zerstört wird. Diese Beeinträchtigung wird sensorisch erfasst und mittels Signalweiterleitung an die Auswerteeinrichtung geleitet.
  • Der Nachteil der Vorrichtung liegt darin, dass sie lediglich auf mechanische Beschädigungen von Schraubbolzen und Schraubenmutter reagiert. Windet sich jedoch der Bolzen von der Mutter, ohne die Vorrichtung zu zerstören, reagiert das System nicht. Erst eine mechanische Zerstörung infolge der sich gelösten Flanschverbindung löst den Sensor aus. Eine nicht einwandfrei funktionierende Verbindung gilt es aber im Vorfeld zu erkennen und mit geeigneten Maßnahmen möglichen Zerstörungen vorzubeugen. Eine Prozessüberwachung, die das Lösen der Schraube registriert und meldet, ist mit DE 10 2013 218 845 A1 nicht vorgesehen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die relative Axialverdrehung von Bolzengewinde und Schraubenmutter bevorzugt während des laufenden Betriebs zu erfahren und zur Überwachung an eine Stelle zur Ausgabe von Messgrößen zu leiten, ohne die Tragfähigkeit der Bolzenverbindung zu beeinflussen.
  • Erreicht wird das Ziel durch eine Vorrichtung und ein Verfahren nach der Erfindung.
  • Die nachfolgende Beschreibung differenziert zwischen Schraubenmutter und Buchse. Der Oberbegriff für beides ist Mutter (1). Die Schraubenmutter weist ein Innengewinde auf, das sich auf ein Außengewinde drehbar befestigen lässt. Die Buchse hingegen wird ohne Gewinde über einen Bolzen (2) gestülpt. Sie weist kein Innengewinde auf. Sie wird auf andere Weise am Bolzen (2) fixiert. Dies kann zum Beispiel erfolgen über eine Feststellschraube oder einen Splint, welcher quer zur Axialrichtung durch die Buchse geführt an den Bolzen (2) anliegend oder in diesen eingreifend befestigt wird.
  • Der Schraubbolzen weist ein Schraubengewinde auf. Ihm gleichbedeutend wird der Begriff Schraube verwandt. Der Unterschied von Schraube und Schraubbolzen besteht darin, dass sich die Schraube zum Beispiel über den Schraubenkopf (13) drehen lässt. Für den Schraubenbolzen gilt das nicht. Er ist fest montiert. Daneben gibt es den gewindelosen Bolzen. Dieser kommt ohne Schraubgewinde aus, kann aber auch mit Nuten und anderen Vertiefungen versehen sein, um einen verbesserten Kraftschluss der Feststellschraube zu gewährleisten. Sowohl der gewindelose Bolzen als auch der mit einem Gewinde versehene Schraubbolzen und die Schraube werden unter dem Oberbegriff Bolzen (2) zusammengefasst.
  • Eine Grundidee des erfinderischen Verfahrens ist es, die relative Drehbewegung von Mutter (1) und Bolzen (2) zu erfassen. Diese wird als Indikator dafür verstanden, ob die Verbindung fest sitzt. Dabei ist die Erfindung nicht auf die Feststellung einer Drehbewegung begrenzt. In bevorzugter Ausführung steht auch der sich ändernde Drehwinkel als ein Ergebnis der kontinuierlichen Messung zur Verfügung. Das Messergebnis kann dabei analog erfasst oder in digitaler Form ermittelt werden. Die dadurch technisch bedingten Unterbrechungen einer kontinuierlichen Messung sind aufgrund der engen Taktung zu vernachlässigen. Sie unterscheiden sich nicht wesentlich von der analogen Datenerfassung.
  • Der drehwinkelabhängigen Messgrößenerfassung liegt folgender Gedanke zugrunde: Wenn sich eine Mutter zu lösen beginnt, ist die Statik der Maschine nicht sofort gefährdet. Aufgrund hinreichender Sicherheitszuschläge kann es je nach dem Grad der festgestellten Änderung von Mutter (1) zu Bolzen (2) von Vorteil sein, die Maschine mangels konkreter Gefahr noch weiter laufen zu lassen oder sie kontrolliert herunterzufahren und nicht überstürzt einen teuren Notstopp einzuleiten.
  • Nach der Erfindung wird ein Magnet (3) mit dem Bolzen (2) befestigt. Dies kann mittels eines dauerhaften Klebers geschehen. Es ist aber auch möglich, dass im Bolzen eine Aussparung vorgesehen ist, in die der Magnet eingeklickt und/oder eingeschoben wird. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung wird der Magnet (3) mittels einer Trägereinheit (6) angebracht.
  • In einfachster Ausgestaltung wird über den Bolzen (2) eine Haube (4) gestülpt. Diese reicht bis hinunter auf die Mutter (1) und geht mit dieser eine kraftschlüssige Verbindung ein. Jede Drehbewegung der Mutter (1) wird somit direkt auf die Haube (4) übertragen. Dadurch vollzieht die Haube (4) die selbe Drehbewegung wie die Mutter (1). Entgegen ihrem offenen Ende ist in der Haube (4) ein magnetsensitiver Sensor (8) verbaut. Dieser reagiert auf eine Lageänderung des durch den Magneten (3) beschriebenen Magnetfeldes. In bevorzugter Ausführung ist neben dem Sensor (8) auch weitere Elektronik (9) in der Haube untergebracht. Hierbei handelt es sich um Temperatur- und/oder Bewegungsfühler und/oder um Sende-/Empfangseinrichtung und/oder um eine Stromversorgung.
  • Aufgrund der verwindungssteifen Verbindung von Haube (4) und Mutter (1) registriert der Sensor (8) jede relative Drehbewegung von Bolzen (2) zu Mutter (1). Beim Erreichen eines kritischen Wertes lässt sich eine automatische Abschaltung einleiten. Ebenso kann ein Stopp der Anlage veranlasst sein, wenn sprunghaft veränderte Werte registriert werden. Diese können ihre Ursache haben in einem Materialbruch oder in einer mechanischen Beschädigung von Kabel und Elektronik. Somit eignet sich die Erfindung auch dazu, um mechanische Fehlfunktionen von Bolzen (2) und Mutter (1) zu erkennen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung wird auf das überstehende Ende des Bolzens eine Trägereinheit (6) kraftschlüssig befestigt. Sie nimmt den Magneten (3) auf. Die Trägereinheit (6) ist so ausgestaltet, dass auf ihr der Sensorträger (7) frei drehbar gelagert ist. Auf dem Sensorträger (7) ist in bevorzugter Ausgestaltung neben dem Sensor (8) auch eine Stromversorgung und in weiterer bevorzugter Ausgestaltung auch eine Sende-/Empfangsvorrichtung untergebracht. Ebenfalls können hier Temperatur- und Bewegungsfühler untergebracht sein. Ausgehend vom axialen Mittelpunkt ist am äußeren Rand des Sensorträgers (7) ein Mitnehmer (10) vorgesehen. In bevorzugter Ausführung entspricht dieser in seiner Draufsicht in Form und Durchmesser der zu kontrollierenden Mutter (1).
  • Mittels eines Distanzstücks (11) wird die Drehbewegung der Mutter (1) auf den Sensorträger (7) übertragen. Dazu wird das Distanzstück (11) einerseits kraftschlüssig mit der Mutter (1) verbunden, andererseits erfasst es kraftschlüssig den Mitnehmer (10).
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist der Mitnehmer (10) austauschbar. Er kann damit unterschiedliche Durchmesser und Formen annehmen, ohne dass der Sensorträger (7) ausgetauscht werden muss.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung besteht das Distanzstück (11) aus einem verwindungssteifen längenvariablen Formteil. Vorgeschlagen wird dazu ein in Falten gelegtes Element ( ), das vergleichbar einer Ziehharmonika gestreckt oder gestaucht werden kann.
  • Vorgeschlagen werden ferner untereinander kraftschlüssig verbindbare Distanzstücke ( und ), die in ihrer Höhe als auch dem Innendurchmesser variieren können und für unterschiedliche Mutter(1)-Bolzen-(2)verbindung zusammengestellt werden können.
  • Die Übertragung der Drehwinkeländerung von Mutter (1) zum Sensor (8) kann auch mittels sogenannter Distanzwinkel ( ) erfolgen. Diese greifen einerseits in eine Aussparung (15) des Mitnehmers (10) und werden in bevorzugter Ausführung durch eine Schraube (16) festgestellt, andererseits sitzen sie kraftschlüssig auf der Mutter (1) auf. Ebenso werden Aussparungen im Mitnehmer vorgeschlagen, durch die die Distanzwinkel geführt und mit dem Sensorträger verbindbar sind. In einfacher Ausgestaltung sind auch Lochblechstreifen vorgesehen ( ), die einerseits mit der Mutter und andererseits mit dem Sensorträger bzw. Mitnehmer verbindbar sind.
  • Die Erfindung wird in folgenden Ausführungsbeispielen näher ausgeführt.
  • zeigt das Grundprinzip.
  • zeigt die über den Bolzen (2) gestülpte Haube (4).
  • Das Werkstück (12), bei dem es sich auch um einen Teil der Anlage handeln kann, wird zwischen Mutter (1) und Schraubenkopf (13) bekniffen. Dadurch erfährt das Werkstück (12) eine lösbare Verbindung. Der Bolzen (2) kann aber auch fest verschweißt sein. Mit der Mutter (1) werden dann Anbauteile fixiert. Auf dem Bolzen (2) ist ein Magnet (3) befestigt. Dieser kann aber auch ganz oder teilweise in den Bolzen (2) eingelassen oder als dessen Teil ausgebildet sein.
  • Über den Bolzen wird eine Haube (4) gestülpt. Diese trägt in ihrem oberen Bereich einen Sensor (8). In bevorzugter Ausgestaltung ist hier die Stromversorgung und eine Sende-/Empfangseinheit als weitere Elektronik (9) untergebracht. Die Haube (4) reicht im montierten Zustand bis auf die Mutter (1) und geht mit dieser eine kraftschlüssige Verbindung ein ( ). Der Sensor (8) erfasst so die relative Lage zum Magneten (3). Das Lösen der Mutter (1) geht mit einer relativen Lageänderung im Verhältnis zum Bolzen (2) einher. Ändert sich die Lage von Mutter (1) zu Bolzen (2), indem sich etwa die Mutter (1) oder der Bolzen (2) dreht oder sich beide im unterschiedlichen Verhältnis zueinander bewegen, wird die Lageänderung vom Sensor (8) registriert. Insoweit spricht man von einer horizontalen Lageänderung. Gemeint ist damit eine Drehwinkelverschiebung von Magnet (3) zur Position des Sensors (8).
  • In bevorzugter Ausführung erfasst der Sensor (8) auch eine horizontale Lageänderung. Hierunter versteht man eine Verringerung oder Vergrößerung des Abstands von Sensor (8) zu Magnet (3). Dies kann Folge einer sich aus unterschiedlichsten Gründen lösenden Mutter (1) sein. Aufgrund des Schraubengewindes dreht die Mutter auf den Bolzen und verringert so den Abstand von Mutter (1) zu Magnet (3). Da der Sensor (8) in der Haube (4) eine Verbindung zur Mutter (1) aufweist, ändert sich gleichsam das Verhältnis von Sensor (8) zu Magnet (3). Im Falle einer sich lösenden Mutter (1) vergrößert sich dieser. Der gleiche Effekt stellt sich ein, wenn sich die Haube (4) unbeabsichtigt von der Mutter (1) löst.
  • Der Sensor (8) registriert in bevorzugter Ausführung eine relative horizontale und vertikale Lageänderung. Von einer absoluten Lageänderung spricht man, wenn sich die gesamte Vorrichtung in seiner Lage verändert. Dies geschieht zum Beispiel bei einem sich drehenden Windrad. Die um die Achse des Windrades angebrachte Vorrichtung bewegt sich mit dem Rotorblatt und vollzieht insoweit eine absolute Lageänderung. In bevorzugter Ausführung kann auch diese Bewegung von einem Sensor registriert werden.
  • Es ist nicht auszuschließen, dass Temperaturschwankungen zur Ausdehnung der Materialien führen und dadurch eine Lageänderung im Verhältnis von Magnet (3) zu Sensor (8) bewirken. In weiterer Ausführung ist dazu ein Temperaturfühler vorgesehen. Durch die Weitergabe der Information lässt sich eine infolge der Temperaturschwankungen erwartete Lageänderung berechnen und vorhersagen. Durch den Vergleich von gemessener Lageänderung und errechneter Lageänderung kann man darauf schließen, ob diese temperaturbedingt oder als Ursache auf eine sich gelöste Mutter-(1) zu Bolzen-(2)Verbindung zurückzuführen ist.
  • Die vom Sensor (8) registrierten Daten werden mittels einer Elektronik (9) aufbereitet und dann über eine Kabelverbindung zur Verwendung weitergeleitet. Über dieses Kabel kann in beide Richtungen ein Datenaustausch erfolgen. In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt die Signalübertragung durch eine Funkverbindung, die in weiterer bevorzugter Ausgestaltung als Sende-/Empfangseinrichtung ausgebildet ist. Durch den Empfang von Daten ist ein Kalibrieren des Sensors (8) möglich. In weiterer Ausgestaltung ist der Sensor (8) selbstkalibrierend.
  • zeigt eine bevorzugte Ausführung. Der Magnet (3) ist auf einer Trägereinheit (6) befestigt oder in diese ganz oder teilweise eingelassen. Der obere Teil der einteiligen Trägereinheit (6) wird als Magnetträger (17) bezeichnet, der untere Teil als Kappe (14). Die Trägereinheit (6) lässt sich mit dem oberen Ende des Bolzens (2) verbinden. In bevorzugter Ausführung kann die Kappe (14) mit einem Innengewinde versehen sein.
  • Durch eine Drehbewegung lässt sich die Trägereinheit (6) mit dem Gewinde des Bolzens (2) verschrauben.
  • zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung. Sie weist auf eine mehrteilige Trägereinheit hin. Diese besteht aus einer Kappe (14) und dem Magnetträger (17). Die Kappe (14) verfügt in bevorzugter Ausführung über ein Verbindungselement (18). Korrespondierend dazu weist der Magnetträger (17) das Gegenstück (19) auf. Durch eine Kopplung von Magnetträger (17) und Kappe (14) entsteht so eine mehrteilige Trägereinheit. Über die Kappe (14) lässt sich die mehrteilige Trägereinheit mit dem Bolzen (2) verbinden. In bevorzugter Ausführung wird eine Schraubverbindung vorgeschlagen.
  • zeigt einen Sensorträger (7). Dieser nimmt den magnetsensitiven Sensor (8) auf. Der Sensorträger (7) kann austauschbar mit einem Mitnehmer (10) bestückt und kraftschlüssig verbunden werden. zeigt den Mitnehmer (10) in Draufsicht. Er weist eine sechseckige Form auf. In bevorzugter Ausführung besitzt er die Form und Maße der Mutter (1). Sollten sich die Maße der Mutter (1) je nach Einsatzzweck ändern, lässt sich der Mitnehmer (10) ohne Austausch des Sensorträgers (7) wechseln.
  • Der Sensorträger (7) lässt sich mit dem Magnetträger (17) frei drehbar verbinden. In bevorzugter Ausführung greift der Sensorträger (7) mit seiner Arretierung (20) in eine umlaufende Führung (21) des Magnetträgers (17).
  • In bevorzugter Ausführung ist im Sensorträger (7) die Elektronik (9), und/oder die Stromversorgung und oder eine Sende-/Empfangseinrichtung und/oder zusätzliche Sensoren für Temperatur und Bewegung untergebracht.
  • zeigt zwei ineinander gesteckte Distanzstücke (11/11a). stellt zwei Distanzstücke (11/11a) in Ansicht dar. Das untere der beiden Distanzstücke (11a) setzt kraftschlüssig auf der Mutter (1) auf. Zugleich dient es als Träger des zweiten Distanzstücks (11a). Je nach Länge des Bolzens (2) können so mehrere Distanzstücke (11) ineinandergreifend kombiniert werden. Zumindest das oberste Distanzstück (11) weist eine Geometrie auf, die in Form und Außenmaß der äußeren Größe des Mitnehmers (10) entspricht. So lässt sich das oberste Distanzstück (11) kraftschlüssig über den Mitnehmer (10) stülpen und mit der Mutter (1) oder einem darunter liegenden Distanzstück (11a) kraftschlüssig verbinden. Vollzieht die Mutter (1) im Verhältnis zum Bolzen (2) eine Drehbewegung, wird diese über ein oder mehrere Distanzstücke (11/11a) auf den Mitnehmer (10) übertragen. Damit kommt es zu einer relativen Lageänderung des Sensors (8) zum Magneten (3).
  • offenbart ein Falt-Distanzstück (22), dass sich ähnlich einer Ziehharmonika auseinanderziehen lässt. Es setzt einerseits kraftschlüssig auf der Mutter (1) auf, andererseits umschließt es kraftschlüssig den Mitnehmer (10). Eine Drehbewegung wird so von der Mutter (1) auf den Mitnehmer (10) übertragen und vom Sensor (8) registriert.
  • zeigt die kraftschlüssige Übertragung der Drehbewegung von Mutter (1) auf den Mitnehmer (10) über Distanzwinkel (23). stellt den Mitnehmer (10) in Draufsicht dar. Die Distanzwinkel (23) liegen einerseits auf der Mutter (1) auf und greifen andererseits in eine Aussparung (15) des Mitnehmers (10). In bevorzugter Ausführung lassen sich die Distanzwinkel (23) gegen den Mitnehmer (10) mit einer Schraube (16) feststellen.
  • zeigt eine Detailansicht eines Distanzwinkels (23). Um diesen in der Länge einkürzen zu können, weist er Sollbruchstellen (24) auf. In bevorzugter Ausführung umschließt der Distanzwinkel (23) die Mutter (1) über eine Ecke in Gestalt eines geschlossenen Winkelstücks (5). Bezeichnerliste
    1 Mutter 16 Schraube
    2 Bolzen 17 Magnetträger
    3 Magnet 18 Verbindungselement
    4 Haube 19 Gegenstück
    5 geschlossener Winkel 20 Arretierung
    6 Trägereinheit 21 Führung
    7 Sensorträger 22 Falt-Distanzstück
    8 Sensor 23 Distanzwinkel
    9 Elektronik 24 Sollbruchstelle
    10 Mitnehmer
    11/11a Distanzstück
    12 Werkstück/Maschinenteil
    13 Schraubenkopf
    14 Kappe
    15 Aussparung im Mitnehmer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10138261 A1 [0004]
    • DE 4002259 A1 [0006]
    • WO 2005/021983 A1 [0008]
    • DE 102013218845 A1 [0010, 0011]

Claims (25)

  1. Vorrichtung zur Überwachung lösbarer Bolzen-/Mutterverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende eines Bolzens (2) ein Magnet (3) und über dem Magneten (3) ein magnetsensitiver Sensor (8) angeordnet ist, der mit der Mutter (1) in kraftschlüssiger Verbindung steht.
  2. Vorrichtung wie Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) teilweise oder ganz in den Bolzen (2) eingelassen ist.
  3. Vorrichtung wie Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) als Teil des Bolzens (2) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung wie Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) mittels einer mit dem Bolzen (2) verbindbaren Trägereinheit (6) befestigt ist.
  5. Vorrichtung wie Nr. 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) ganz oder teilweise in die Trägereinheit (6) eingelassen ist.
  6. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (6) mit einem Innengewinde versehen auf den Bolzen (2) aufschraubbar ist.
  7. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (6) aus einer Kappe (14) und einem Magnetträger (17) bildbar ist.
  8. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) in einer Haube (4) angeordnet ist, die bis auf die Mutter (1) reicht und mit dieser in kraftschlüssiger Verbindung steht.
  9. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass in der Haube (4) eine Stromversorgung unterbringbar ist.
  10. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass in der Haube (4) eine Sende-/Empfangseinheit unterbringbar ist.
  11. Vorrichtung wie Nr. 1 bis Nr. 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (7) mit dem Magnetträger (17) drehbar verbindbar ist und über ein oder mehrere Distanzstücke (11/11a) mit der Mutter (1) in kraftschlüssiger Verbindung steht.
  12. Vorrichtung wie Nr. 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (7) mit seiner Arretierung (20) in eine umlaufende Führung (21) des Magnetträgers (17) greift.
  13. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (7) mit einem austauschbaren Mitnehmer (10) versehbar ist.
  14. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensorträger (7) eine Stromversorgung unterbringbar ist.
  15. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensorträger (7) eine Sende-/Empfangseinheit unterbringbar ist.
  16. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Mutter (1) und Sensorträger (7) durch ein Falt-Distanzstück (22) herstellbar ist.
  17. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Mutter (1) und Sensorträger (7) durch ein oder mehrere Distanzwinkeln (23) herstellbar ist.
  18. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzwinkel (23) Sollbruchstellen (24) zum Einkürzen aufweist.
  19. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzwinkel (23) die Mutter (1) über Eck in Gestalt eines geschlossenen Winkels umschließt.
  20. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Mutter (1) und Sensorträger (7) über Lochblechstreifen erfolgt, die an der Mutter (1) und/oder am Sensorträger (7) anbringbar sind.
  21. Verfahren zur Bestimmung der Lage und Lageänderung von Bolzen (2) zu Mutter (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) den Drehwinkel und/oder eine Drehwinkeländerung von Mutter (1) zu Bolzen (2) ermittelt und als elektrische Information zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.
  22. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) die vertikale Lageänderung von Bolzen (2) zu Mutter (1) erfasst und als elektrische Informationen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.
  23. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) die absolute Lageänderung der Vorrichtung erfasst und als elektrische Informationen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.
  24. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Informationen mittels einer Sende-/Empfangseinrichtung übertragen werden.
  25. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsübertragung von und zur Sende-/Empfangseinrichtung kabellos erfolgt.
DE102015115508.7A 2015-09-15 2015-09-15 Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen Withdrawn DE102015115508A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015115508.7A DE102015115508A1 (de) 2015-09-15 2015-09-15 Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen
DE202016104954.7U DE202016104954U1 (de) 2015-09-15 2016-09-08 Vorrichtung zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen
PCT/DE2016/100419 WO2017045666A1 (de) 2015-09-15 2016-09-09 Vorrichtung und verfahren zur überwachung lösbarer bolzen-mutterverbindungen
EP16801370.4A EP3350461A1 (de) 2015-09-15 2016-09-09 Vorrichtung und verfahren zur überwachung lösbarer bolzen-mutterverbindungen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015115508.7A DE102015115508A1 (de) 2015-09-15 2015-09-15 Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015115508A1 true DE102015115508A1 (de) 2017-03-16

Family

ID=57396234

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015115508.7A Withdrawn DE102015115508A1 (de) 2015-09-15 2015-09-15 Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen
DE202016104954.7U Expired - Lifetime DE202016104954U1 (de) 2015-09-15 2016-09-08 Vorrichtung zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202016104954.7U Expired - Lifetime DE202016104954U1 (de) 2015-09-15 2016-09-08 Vorrichtung zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3350461A1 (de)
DE (2) DE102015115508A1 (de)
WO (1) WO2017045666A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016215202A1 (de) * 2016-08-16 2018-02-22 Voith Patent Gmbh Schraubverbindung mit einer Überwachungseinrichtung
CN110095048A (zh) * 2018-01-31 2019-08-06 杨斌堂 螺钉、螺母及紧固件组合
CN108680191B (zh) * 2018-06-27 2023-10-03 南昌大学 一种对螺栓松动进行监测的装置
DE102019106580A1 (de) * 2019-03-14 2020-09-17 Wobben Properties Gmbh Flanschverbindung, Windenergieanlage mit selbiger, und Verfahren zur Überwachung selbiger
CN110273909A (zh) * 2019-06-05 2019-09-24 上海应谱科技有限公司 一种能感知紧固件螺母松动的智能紧固件及在线监测系统
CN110285955B (zh) * 2019-07-19 2024-02-20 贵州北盘江电力股份有限公司董箐分公司 水轮机组顶盖螺栓螺母松动检测装置及方法
CN112082471A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 罗治军 一种磁吸式风力发电机组螺栓在线监测装置
CN112903228B (zh) * 2021-04-09 2024-09-13 南昌航空大学 一种磁力激励螺栓接头振动失效实验装置及测试方法
CN114294312B (zh) * 2022-01-06 2024-07-12 四川精诚能源设备有限公司 一种防松超级螺栓
GB2628988A (en) * 2023-04-12 2024-10-16 Dtex Visual Ltd Structural health monitoring apparatus, controller, system, and method

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3846795A (en) * 1972-11-03 1974-11-05 Transfer Systems Early warning material failure indicator
DE4002259A1 (de) 1990-01-26 1991-08-08 Dieter W Dr Ing Vetterkind Drahtlose elektronische schraubenueberwachung
DE10138261A1 (de) 2001-08-03 2003-02-27 Siemens Ag Sensorvorrichtung zur Überwachung der für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkstücken vorzusehenden entscheidenden Kraft
WO2005021983A1 (en) 2003-09-03 2005-03-10 PÄÄKKÖ, Eero Loosening indicator for a bolt or nut and a corresponding system
US20090207008A1 (en) * 2008-02-18 2009-08-20 Tag Blue L.L.C. Lug Stud and Lug Nut Monitoring System, Method, and Components Therefor
US20100163333A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Honeywell International Inc Rotary position sensing apparatus
US20100182138A1 (en) * 2007-03-12 2010-07-22 Freight Protection System Freight protection system
DE102009043267A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-21 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Verschraubungsmittel und System zur Überwachung einer Verschraubung
WO2013053758A1 (en) * 2011-10-11 2013-04-18 Safetytrim Worldwide Holdings Limited Nut sensing devices
DE102013218845A1 (de) 2013-09-19 2015-03-19 Senvion Se Vorrichtung, System und Verfahren zur Überwachung einer Flanschverbindung einer Windenergieanlage

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011053150B9 (de) * 2011-08-31 2014-03-27 Björn Maile System und Verfahren zur klemmkrafterzeugenden Verschraubung von Bauteilen

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3846795A (en) * 1972-11-03 1974-11-05 Transfer Systems Early warning material failure indicator
DE4002259A1 (de) 1990-01-26 1991-08-08 Dieter W Dr Ing Vetterkind Drahtlose elektronische schraubenueberwachung
DE10138261A1 (de) 2001-08-03 2003-02-27 Siemens Ag Sensorvorrichtung zur Überwachung der für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkstücken vorzusehenden entscheidenden Kraft
WO2005021983A1 (en) 2003-09-03 2005-03-10 PÄÄKKÖ, Eero Loosening indicator for a bolt or nut and a corresponding system
US20100182138A1 (en) * 2007-03-12 2010-07-22 Freight Protection System Freight protection system
US20090207008A1 (en) * 2008-02-18 2009-08-20 Tag Blue L.L.C. Lug Stud and Lug Nut Monitoring System, Method, and Components Therefor
US20100163333A1 (en) * 2008-12-30 2010-07-01 Honeywell International Inc Rotary position sensing apparatus
DE102009043267A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-21 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Verschraubungsmittel und System zur Überwachung einer Verschraubung
WO2013053758A1 (en) * 2011-10-11 2013-04-18 Safetytrim Worldwide Holdings Limited Nut sensing devices
DE102013218845A1 (de) 2013-09-19 2015-03-19 Senvion Se Vorrichtung, System und Verfahren zur Überwachung einer Flanschverbindung einer Windenergieanlage

Also Published As

Publication number Publication date
EP3350461A1 (de) 2018-07-25
WO2017045666A1 (de) 2017-03-23
DE202016104954U1 (de) 2017-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015115508A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen
DE102012005614B4 (de) Sensorisches Verbindungselement und Herstellverfahren
EP3084379B1 (de) Kraftsensor für handbetriebene oder pneumatische pressen
DE102016206734A1 (de) Mit einer Vorrichtung zum Detektieren einer axialen Verlagerung ausgestattetes Lager
DE202014100425U1 (de) Verschraubungselement mit Detektierfähigkeit der Verriegelungskraft
DE102005044917A1 (de) Anordnung zur Erfassung von Messgrößen in Schraubverbindungen
EP3325785A1 (de) Aktuator, insbesondere zum ankoppeln an die verstellwelle eines verbrennungsmotors zum einstellen des expansionshubes und/oder des verdichtungsverhältnisses
DE69504826T2 (de) Vorrichtung und verfahren zur befestigung eines sensors an einem gegenstand
DE102008040557A1 (de) Druckmessgerät
DE102011053150B4 (de) System und Verfahren zur klemmkrafterzeugenden Verschraubung von Bauteilen
EP2113758B1 (de) Drehmomentsensor mit Telemetriesystem
WO2014005735A1 (de) Überwachte bauteilverbindung, windenergieanlage, verfahren zur überwachung einer bauteilverbindung auf ein ungewolltes lösen der bauteilverbindung im verbundenen zustand
WO2016102111A1 (de) Reifendrucksensor-befestigungselement, ventil-system und reifendruckkontrollsystem für ein fahrzeug
WO2018033271A1 (de) Verformungsrohr für eine kupplung, insbesondere zugkupplung, und zugkupplung
DE102009014230A1 (de) System zum gleichzeitigen Anziehen von mehreren Verschraubungen in einem Arbeitsgang
DE3734053A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum ueberwachen des luftdruckes eines fahrzeugreifens
DE202010011085U1 (de) Vorrichtung zum Überwachen der Standfestigkeit von Windkraftanlagen
WO2018033368A1 (de) Schraubverbindung mit einer überwachungseinrichtung
EP1693659A1 (de) Kraftmessvorrichtung innerhalb einer Befestigungsschraube
DE2160083A1 (de) Anordnung zum Anzeigen eines unubli chen Belastungszustandes
DE102017223589A1 (de) Verfahren zur Montage einer Schraube, Montagevorrichtung sowie Steuerungsvorrichtung
DE102014001460A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung
DE102017212711B4 (de) Spannvorrichtung mit Kraftmesseinrichtung zum Verspannen eines Werkstücks und Verwendung dieser Spannvorrichtung
DE102007032412A1 (de) Vorrichtung zum Erfassen des Durchrutschweges einer Rutschkupplung bei einer Windenergieanlage
EP1931890B1 (de) Lebensdauerüberwachungssystem

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee