DE102016123970A1 - Connection device, monitoring method and assembly tool for a connection device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verbindungsvorrichtungen, insbesondere Schrauben, zum mechanischen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils sowie Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung. Ferner betrifft die Erfindung ein Montagewerkzeug zur Montage einer Verbindungsvorrichtung.The invention relates to connection devices, in particular screws, for mechanically connecting at least a first and a second component and method for monitoring a mechanical connection. Furthermore, the invention relates to a mounting tool for mounting a connecting device.
Description
Die Erfindung betrifft Verbindungsvorrichtungen, insbesondere Schrauben, zum mechanischen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils sowie Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung. Ferner betrifft die Erfindung ein Montagewerkzeug zur Montage einer Verbindungsvorrichtung.The invention relates to connection devices, in particular screws, for mechanically connecting at least a first and a second component and method for monitoring a mechanical connection. Furthermore, the invention relates to a mounting tool for mounting a connecting device.
Die Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest einen Verbindungssensor, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Parameter einer mechanischen Verbindung zu detektieren.The connection device comprises at least one connection sensor, which is designed to detect at least one parameter of a mechanical connection.
Mechanische Verbindungen finden sich in großer Zahl in allerlei denkbaren industriell oder handwerklich hergestellten Gütern und Maschinen. Lediglich als Beispiel seien an dieser Stelle der Maschinenbau, Brückenbau sowie der Fahrzeug- und/oder Flugzeugbau genannt. Viele dieser mechanischen Verbindungen stellen sicherheitsrelevante Komponenten dar. Es besteht daher ein Bedarf, solche sicherheitsrelevanten mechanischen Verbindungen geeignet zu überwachen, um ein katastrophales Versagen der Verbindungen entweder verhindern zu können oder wenigstens seine Auswirkungen einzudämmen.Mechanical connections can be found in large numbers in all sorts of conceivable industrially or artificially manufactured goods and machines. Only as an example may be mentioned at this point, the engineering, bridge and vehicle and / or aircraft. Many of these mechanical connections are safety-related components. There is a need, therefore, to properly monitor such safety-related mechanical connections to either prevent catastrophic failure of the connections, or at least mitigate their effects.
Es ist aus Anlagen wie beispielsweise Kernkraftwerken bekannt, besonders sicherheitskritische mechanische Verbindungen mittels dedizierter Sensoren zu überwachen, welche von extern bestimmte Parameter der mechanischen Verbindung bestimmen und die derart gewonnenen Daten kabelgebunden an eine Datenverarbeitungsanlage weiterleiten.It is known from installations such as nuclear power plants to monitor particularly safety-critical mechanical connections by means of dedicated sensors which determine externally certain parameters of the mechanical connection and forward the data thus obtained to a data processing system by cable.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zum Überwachen von mechanischen Verbindungen sind allerdings störungsanfällig, aufwendig zu installieren, unflexibel in ihren Einsatzmöglichkeiten und erfordern insbesondere durch ihre Kabel zur Datenübertragung einen erhöhten Bauraum, der sie für viele denkbare Anwendungen ungeeignet macht.However, these known from the prior art systems for monitoring mechanical connections are prone to failure, expensive to install, inflexible in their applications and require in particular by their cables for data transmission an increased space, which makes them unsuitable for many conceivable applications.
Die Offenbarung der
In der
Nachteilig daran ist, dass beispielsweise lediglich Druckdaten erfasst und übertragen werden. Ist der Sensor defekt, fällt somit das gesamte System aus. Andere zusätzliche Daten, beispielsweise Temperaturdaten, welche ebenfalls einen Hinweis auf mögliche Störungen der Verbindung liefern können, werden hingegen nicht übertragen.The disadvantage of this is that, for example, only pressure data are detected and transmitted. If the sensor is defective, the entire system will fail. Other additional data, such as temperature data, which can also provide an indication of possible interference of the connection, however, are not transmitted.
Gemäß der
Als Montagewerkzeuge für Verbindungsvorrichtungen sind Drehmomentschlüssel bekannt. Diese sind jedoch nicht für Signale durchlässig. Werden drahtlos Signale von der Verbindungsvorrichtung gesendet, so werden diese abgeschirmt und erreichen keine externe Auswerteeinheit. Gerade bei der Montage ist eine unmittelbare, latenzfreie Überwachung eines Parameters der mechanischen Verbindung jedoch besonders wichtig, um festzustellen, ob die Verbindungsvorrichtung bereits fest ist oder ob gegebenenfalls noch nachgezogen werden muss.As assembly tools for connecting devices torque wrench are known. However, these are not permeable to signals. If wireless signals are sent from the connection device, they are shielded and do not reach an external evaluation unit. However, an immediate, latency-free monitoring of a parameter of the mechanical connection is particularly important during assembly, in order to determine whether the connecting device is already fixed or whether it may still need to be tightened.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Verbindungsvorrichtungen und Überwachungsverfahren zu schaffen, bei denen der Zustand einer mechanischen Verbindung zuverlässig bestimmt werden kann. Ferner soll ein Montagewerkzeug bereitgestellt werden, welches auch während der Montage einer Verbindungsvorrichtung eine Überwachung eines Parameters der mechanischen Verbindung ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide connection devices and monitoring methods in which the state of a mechanical connection can be reliably determined. Furthermore, a mounting tool is to be provided, which also allows for the monitoring of a parameter of the mechanical connection during assembly of a connecting device.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Gegenstände und Verfahren der unabhängigen Ansprüche.The solution of this object is achieved by the objects and method of the independent claims.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst die Verbindungsvorrichtung zumindest einen Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens einen momentanen Parameter einer mechanischen Verbindung zu detektieren, wobei über den Parameter eine momentane Anzugskraft der mechanischen Verbindung bestimmbar ist.According to one aspect of the invention, the connecting device comprises at least one connection sensor, in particular strain sensor, preferably strain gauges, which is designed to detect at least one momentary parameter of a mechanical connection, wherein a momentary tightening force of the mechanical connection can be determined via the parameter.
Bei dem momentanen Parameter kann es sich beispielsweise um die Dehnung der Verbindungsvorrichtung und somit die Dehnung eines Dehnungssensors handeln. Über diese Dehnungswerte kann dann die momentane Anzugskraft bestimmt werden.The current parameter may be, for example, the elongation of the connection device and thus the expansion of a strain sensor. The momentary tightening force can then be determined via these expansion values.
Mithilfe des Verbindungssensors kann überwacht werden, ob die Verbindungsvorrichtung ihre Funktion, nämlich Bauteile mechanisch zu verbinden, hinreichend erfüllt, insbesondere auch über eine längere Zeitdauer hinweg. So kann im Laufe der Zeit beispielsweise die Anzugskraft der Verbindungsvorrichtung abnehmen. Der Begriff Anzugskraft ist breit zu verstehen und umfasst beispielsweise auch eine Vorspannkraft, Anpresskraft oder einen Anpressdruck. Die Anzugskraft bildet somit einen Parameter, über den insbesondere festgestellt werden kann, ob die Verbindungsvorrichtung, z.B. eine Schraube, im richtigen Maße angezogen ist, d.h. nicht zu fest und auch nicht zu locker sitzt. With the aid of the connection sensor it is possible to monitor whether the connection device satisfactorily fulfills its function of mechanically connecting components, in particular over a relatively long period of time. For example, over time, the tightening force of the connecting device may decrease. The term tightening force is to be understood broadly and includes, for example, a biasing force, contact pressure or a contact pressure. The tightening force thus forms a parameter on which it can be determined, in particular, whether the connecting device, eg a screw, is tightened to the correct extent, ie not too tight and also not too loose.
Die Verbindungsvorrichtung umfasst zudem einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur. Vorzugsweise kann der Temperatursensor im Bereich des Verbindungssensors angeordnet sein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass dieselben Temperaturen gemessen werden, welche auf den Verbindungssensor wirken.The connection device also includes a temperature sensor for determining the temperature. Preferably, the temperature sensor can be arranged in the region of the connection sensor. In this way it can be ensured that the same temperatures are measured, which act on the connection sensor.
Vorzugsweise kann der Temperatursensor im Nahbereich des Verbindungssensors angeordnet sein. Beispielswiese kann der Temperatursensor zumindest einen entsprechend positionierten Temperaturfühler umfassen.Preferably, the temperature sensor may be arranged in the vicinity of the connection sensor. For example, the temperature sensor may comprise at least one appropriately positioned temperature sensor.
Alternativ kann der Temperatursensor auch als Bestandteil des Verbindungssensors selbst ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Temperatur über einen Spannungsabfall eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen (DMS) bestimmt werden. Insbesondere ändert sich nämlich der Gesamtwiderstand bei einer Temperaturänderung. Der Widerstand ist dabei unmittelbar am DMS bzw. einer Brücke mit mehreren DMS angeordnet. Auch kann die Temperatur z.B. bei Halbleiter DMS an einer Diode oder an einem parallel oder in einem spezifischen Winkel, z.B. 45°, zu den Messwiderständen angeordneten Temperaturmesswiderstand gemessen werden.Alternatively, the temperature sensor may also be formed as part of the connection sensor itself. For example, the temperature can be determined by a voltage drop of one or more strain gauges (DMS). In particular, the total resistance changes with a temperature change. The resistor is arranged directly on the strain gauge or a bridge with several strain gauges. Also, the temperature may be e.g. for semiconductor strain gages on a diode or at a parallel or at a specific angle, e.g. 45 °, to the measuring resistors arranged temperature measuring resistor are measured.
Alternativ kann die Temperatur auch in oder an der Sendeeinheit erfasst werden, sofern deren Abstand zum Sensor klein ist und/oder die Sendeeinheit über gut wärmeleitende Materialien an den Sensor angekoppelt ist.Alternatively, the temperature can also be detected in or at the transmitting unit, provided that their distance from the sensor is small and / or the transmitting unit is coupled to the sensor via materials which conduct good heat.
Die Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest eine Sendeeinheit zum kabellosen Senden von auf der Temperatur basierenden Temperaturdaten sowie des momentanen Parameters und/oder der momentanen Anzugskraft.The connecting device comprises at least one transmitting unit for wireless transmission of temperature-based temperature data as well as the current parameter and / or the current tightening force.
Bei den Temperaturdaten kann es sich um die Temperatur selbst handeln, welche unmittelbar gesendet wird. Alternativ können vor dem Senden bereits Auswertungen der Temperatur vorgenommen werden, sodass lediglich das Ergebnis, beispielsweise ein Warnsignal, gesendet wird.The temperature data can be the temperature itself, which is sent immediately. Alternatively, evaluations of the temperature can already be made before the transmission, so that only the result, for example a warning signal, is sent.
Die Temperaturdaten werden zusätzlich zu den vom Verbindungssensor ermittelten Parametern bzw. der ermittelten Anzugskraft gesendet. Anschließend können die Temperaturdaten weiter verwendet werden. So ist eine unmittelbare Verwendung der Temperaturdaten möglich. Beispielsweise kann die Temperatur angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Auswertung erfolgen, um z.B. ein die Temperatur betreffendes Warnsignal zu erzeugen. Dabei kann ermittelt werden, ob die Temperatur einen Grenzwert über- oder unterschreitet. Beispielsweise kann ein Warnsignal ausgegeben werden, wenn die Verbindungsvorrichtung zu heiß wird, z.B. wenn eine Achse heiß läuft oder eine Bremse festsitzt. Das Warnsignal kann insbesondere an ein zentrales System eines Fahrzeugs übermittelt werden.The temperature data are sent in addition to the parameters determined by the connection sensor or the determined tightening force. Subsequently, the temperature data can continue to be used. So an immediate use of the temperature data is possible. For example, the temperature can be displayed. Alternatively or additionally, an evaluation can be carried out in order, e.g. to generate a temperature warning signal. It can be determined whether the temperature exceeds or falls below a threshold. For example, a warning signal may be issued if the connector becomes too hot, e.g. when an axle is running hot or a brake is stuck. The warning signal can in particular be transmitted to a central system of a vehicle.
Die Temperaturdaten können mit derselben Sendeeinheit gesendet werden, mit der auch der momentane Parameter bzw. die momentane Anzugskraft gesendet wird. Alternativ kann auch eine separate Sendeeinheit vorgesehen sein.The temperature data can be sent with the same transmitting unit with which the current parameter or the current tightening force is sent. Alternatively, a separate transmitting unit may be provided.
Die Verbindungsvorrichtung kann insbesondere eine Empfangseinheit umfassen. Es können demnach auch Daten, vorzugsweise kabellos, empfangen werden. Beispielsweise kann zumindest eine Sendeeinheit durch ein externes Abfragesignal aktiviert und zum Senden angeregt werden. Die Empfangseinheit kann mit zumindest einer Sendeeinheit insbesondere als kombinierte Sende-/Empfangseinheit ausgebildet sein.The connecting device may in particular comprise a receiving unit. Accordingly, data, preferably wirelessly, can also be received. For example, at least one transmission unit can be activated by an external interrogation signal and excited to transmit. The receiving unit may be formed with at least one transmitting unit, in particular as a combined transmitting / receiving unit.
Die Verbindungsvorrichtung kann insbesondere als Schraube, z.B. Radschraube eines Fahrzeugs, als Bolzen oder Verbindungsstift ausgebildet sein. Diese länglichen Verbindungsvorrichtungen sind gut geeignet, um mehrere Bauteile miteinander zu verbinden. Auch bieten diese genügend Raum für Aussparungen, in denen ein kleiner Temperatursensor, ein kleiner Verbindungssensor sowie zumindest eine kleine Sendeeinheit angeordnet werden können. Die Verbindungsvorrichtung kann auch mehrere Komponenten aufweisen, z.B. eine Schraube und eine Schraubenmutter.The connecting device can be used in particular as a screw, e.g. Wheel bolt of a vehicle to be designed as a bolt or connecting pin. These elongated connection devices are well suited to connect several components together. These also provide sufficient space for recesses in which a small temperature sensor, a small connection sensor and at least one small transmission unit can be arranged. The connection device may also have several components, e.g. a screw and a nut.
Dadurch, dass Daten unterschiedlicher Sensoren gesendet werden, kann die Verbindungsvorrichtung optimal überwacht werden. Der Zustand einer mechanischen Verbindung kann durch die Sensoren zuverlässig bestimmt werden. Auch für den Fall, dass ein System ausfällt, kann immer noch auf die Daten des anderen Systems zurückgegriffen werden, um mehr über den aktuellen Zustand der Verbindungsvorrichtung in Erfahrung zu bringen.The fact that data from different sensors are sent, the connection device can be optimally monitored. The state of a mechanical connection can be reliably determined by the sensors. Even in the event that one system fails, it is still possible to resort to the data of the other system in order to learn more about the current state of the connection device.
Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen. Further developments of the invention can be found in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei Über- oder Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Warnsignal und/oder die Temperatur als Temperaturdaten kabellos zu senden. So kann insbesondere eine interne Auswertevorrichtung vorgesehen sein, welche die gemessene Temperatur auswertet.According to one embodiment, the connection device is designed to transmit a warning signal and / or the temperature as temperature data when the temperature exceeds or falls short of a temperature limit value. Thus, in particular, an internal evaluation device can be provided, which evaluates the measured temperature.
Die interne Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vorgegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt und dieses kabellos gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Temperatur kabellos gesendet werden.The internal evaluation device can include a database or have access to a database in which the temperature limits are stored. By comparing the temperature with the temperature limit, it can be determined whether the temperature is within a permissible range. If the temperature exceeds or falls below the predetermined temperature limit, then a warning signal can be generated and sent wirelessly. Alternatively or additionally, the temperature can also be sent wirelessly.
Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.The warning signal or the temperature can be displayed, preferably acoustically, optically and / or haptically, in particular vibrationally. Also, the warning signal or the temperature can be forwarded to appropriate monitoring devices.
Nach einer weiteren Ausführungsform können die Temperaturdaten zur Bestimmung eines Warnsignals bei Über- oder Unterscheiten eines Temperaturgrenzwertes kabellos gesendet werden. Insbesondere ist hierbei eine externe Auswertevorrichtung vorgesehen, welche die Temperaturdaten auswertet. Die Temperaturdaten werden also zunächst gesendet und erst nach der Übertragung ausgewertet.According to a further embodiment, the temperature data for determining a warning signal can be sent wirelessly when the temperature limit is exceeded or undershot. In particular, in this case an external evaluation device is provided, which evaluates the temperature data. The temperature data are therefore sent first and evaluated only after the transmission.
Die externe Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vorgegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt werden.The external evaluation device can include a database or have access to a database in which the temperature limits are stored. By comparing the temperature with the temperature limit, it can be determined whether the temperature is within a permissible range. If the temperature exceeds or falls below the predetermined temperature limit value, then a warning signal can be generated.
Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann insbesondere angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.The warning signal or the temperature can in particular be displayed, preferably acoustically, optically and / or haptically, in particular vibrationally. Also, the warning signal or the temperature can be forwarded to appropriate monitoring devices.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, einen Temperatureinfluss auf den momentanen Parameter zu kompensieren und/oder Temperaturdaten zur Kompensation eines Temperatureinflusses auf den momentanen Parameter kabellos zu senden.According to a further embodiment, the connecting device is designed to compensate for a temperature influence on the instantaneous parameter and / or to transmit wirelessly temperature data for compensation of a temperature influence on the instantaneous parameter.
Ein Verbindungssensor, beispielsweise ein Dehnungssensor, ändert sein Verhalten abhängig von der Temperatur. So nimmt beispielsweise bei steigender Temperatur die Empfindlichkeit eines DMS ab. Zusätzlich kann sich bei einer Temperaturänderung aufgrund von Materialdehnungen auch die tatsächliche Vorspannkraft einer Verschraubung ändern. Letztgenannte Änderungen sind in der Dimensionierung einer Schraubenverbindung berücksichtigt, sodass diese Änderungen im regulären Betrieb vorkommen, aber für den Anwender nicht von Relevanz sind. Um sowohl unverfälschte Messergebnisse zu erhalten als auch reguläre von irregulären tatsächlichen Änderungen unterscheiden und/oder spezifisch melden zu können, müssen die Temperatureinflüsse auf den momentanen Parameter kompensiert werden.A connection sensor, such as a strain sensor, changes its behavior depending on the temperature. For example, as the temperature increases, the sensitivity of a DMS decreases. Additionally, with a temperature change due to material expansion, the actual biasing force of a fitting may also change. The latter changes are taken into account in the dimensioning of a screw connection, so that these changes occur in regular operation, but are of no relevance to the user. In order to obtain both unadulterated measurement results as well as to be able to distinguish regular and regular from irregular actual changes and / or to report specifically, the temperature influences on the current parameter must be compensated.
Die Kompensation des Temperatureinflusses kann in einer internen Auswertevorrichtung erfolgen. Der korrigierte, momentane Parameter bzw. die korrigierte, momentane Anzugskraft kann somit ermittelt und gesendet werden.The compensation of the temperature influence can be done in an internal evaluation device. The corrected, current parameter or the corrected, current tightening force can thus be determined and sent.
Alternativ oder zusätzlich können auch die gemessenen Daten unkorrigiert gesendet werden. Da auch die Temperaturdaten gesendet werden, kann eine Auswertung samt Kompensation des Temperatureinflusses in einer externen Auswertevorrichtung erfolgen. Die korrigierte momentane Anzugskraft liegt hierbei folglich erst in der externen Auswertevorrichtung vor.Alternatively or additionally, the measured data can also be sent uncorrected. Since the temperature data are also sent, an evaluation including compensation of the temperature influence can take place in an external evaluation device. The corrected instantaneous tightening force is therefore only present in the external evaluation device.
Auch eine Kombination beider Systeme ist denkbar. Dabei kann zunächst eine interne Auswertung erfolgen, um zu sehen, ob Grenzwerte, insbesondere Temperatur- und/oder Anzugskraftgrenzwerte, über- oder unterschritten werden. Falls dies zutrifft, können die ursprünglichen Daten an die externe Auswertevorrichtung gesendet werden, um diese näher zu analysieren.A combination of both systems is conceivable. In this case, an internal evaluation can first take place in order to see whether limit values, in particular temperature and / or tightening force limit values, are exceeded or fallen short of. If so, the original data may be sent to the external evaluation device for further analysis.
In allen Fällen erfüllt der Temperatursensor eine Doppelfunktion, da die Temperaturdaten einerseits für sich genommen verwendet werden, um z.B. Überhitzungen zu messen. Andererseits werden die Temperaturdaten zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die vom Verbindungssensor bestimmten Daten verwendet.In all cases the temperature sensor fulfills a dual function, since the temperature data on the one hand are used on their own, e.g. To measure overheating. On the other hand, the temperature data are used to compensate for the temperature influence on the data determined by the connection sensor.
Der Temperatursensor der Verbindungsvorrichtung, der gewissermaßen ein Multitool bildet, wird also zur Bestimmung der Temperatur als Messgröße an sich, als zusätzlicher Parameter zur Anzugskraft, verwendet und darüber hinaus zur Kompensation des Temperatureinflusses.The temperature sensor of the connecting device, which effectively forms a multitool, is therefore used as a measured variable per se for determining the temperature, as an additional parameter for the tightening force, used and beyond to compensate for the influence of temperature.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zumindest zwei, insbesondere vier, Dehnungssensoren, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, als Verbindungssensoren vorgesehen. Es können einzelne oder kombinierte bzw. integrierte Dehnungssensoren vorgesehen sein. Die Dehnungsmessstreifen können eine Halbbrücke oder Vollbrücke, z.B. Wheatstone'sche Brücke, bilden. Die Verwendung von mehreren Dehnungssensoren ist zuverlässiger als die Verwendung eines einzigen Dehnungssensors. Auch können derartige Anordnungen zur Temperaturbestimmung, z.B. über die Brückenspannung, verwendet werden.According to a further embodiment, at least two, in particular four, strain sensors, preferably strain gauges, are provided as connection sensors. It can be provided individual or combined or integrated strain sensors. The strain gauges may be a half bridge or full bridge, e.g. Wheatstone Bridge, form. The use of multiple strain sensors is more reliable than using a single strain sensor. Also, such arrangements for determining temperature, e.g. over the bridge voltage, to be used.
Es können unterschiedliche Sensortypen als Verbindungssensoren eingesetzt werden. So ist beispielsweise denkbar, dass die Verbindungsvorrichtung zumindest einen aktiven, z.B. mit Spannung und/oder Strom gespeisten, Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, z.B. Dehnungsmessstreifen, umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung zu detektieren. Zudem kann der Verbindungssensor zumindest einen passiven, insbesondere bei Änderung des zu erfassenden Parameters energieerzeugenden, Verbindungssensor umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung zu detektieren.Different sensor types can be used as connection sensors. For example, it is conceivable that the connecting device may comprise at least one active, e.g. voltage and / or current fed connection sensor, in particular strain sensor, e.g. Strain gauge, which is adapted to detect long-term changes of at least one parameter, in particular a tightening force, a mechanical connection. In addition, the connection sensor may comprise at least one passive, in particular when changing the parameter to be detected energy generating, connection sensor, which is adapted to detect changes in the time of change of the parameter of the mechanical connection.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verbindungsvorrichtung einen Energiespeicher und/oder eine Energiegewinnungsvorrichtung. Als Energiespeicher kann z.B. ein Akkumulator, eine Batterie, insbesondere Dünnschichtbatterie, ein Kondensator und/oder Supercap dienen.According to a further embodiment, the connection device comprises an energy store and / or an energy recovery device. As energy storage, e.g. an accumulator, a battery, in particular thin-film battery, a capacitor and / or supercap serve.
Als Energiegewinnungsvorrichtung kann beispielsweise ein piezoelektrisches Element dienen. Auch andere Möglichkeiten zum so genannten „Energy Harvesting“ wie z.B. die Nutzung von Schwingungsenergie, Vibration, elektrodynamische Generatoren, thermoelektrische Generatoren, z.B. auf Basis des Seebeck-Effekts, oder optische Wandler wie Solarzellen sind denkbar. Ebenso sind kapazitive Generatoren, z.B. unter Verwendung eines Elektrets, sowie pyroelektrische Generatoren und eine Vielzahl weiterer Wandlungsprinzipien, z.B. Elektrostriktion, Magnetostriktion oder Piezomagnetismus gekoppelt mit elektrodynamischer Induktion, anwendbar. Die Verbindungsvorrichtung arbeitet somit autark. Eine externe Stromversorgung ist nicht notwendig. Auch wird der Wartungsaufwand reduziert, da beispielsweise keine Batterien gewechselt werden müssen. Die gewonnene Energie kann insbesondere im Energiespeicher gespeichert werden.For example, a piezoelectric element can serve as the energy recovery device. Other options for so-called "energy harvesting" such. the use of vibration energy, vibration, electrodynamic generators, thermoelectric generators, e.g. based on the Seebeck effect, or optical converters such as solar cells are conceivable. Likewise, capacitive generators, e.g. using an electret, as well as pyroelectric generators and a variety of other conversion principles, e.g. Electrostriction, magnetostriction or piezomagnetism coupled with electrodynamic induction, applicable. The connection device thus operates autonomously. An external power supply is not necessary. Also, the maintenance is reduced because, for example, no batteries need to be changed. The energy obtained can be stored in particular in the energy storage.
Die Sendeeinheit kann insbesondere eine, vorzugsweise interne, Aktivierungsvorrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Sendeeinheit zu aktivieren, wenn ein Grenzwert, insbesondere ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Anzugskraftgrenzwert, überschritten oder unterschritten wird. So kann sich die Sendeeinheit in einem Ruhezustand befinden und in Ausnahmefällen aktiviert werden. Energie kann auf diese Weise gespart werden.In particular, the transmitting unit may comprise an activating device, preferably an internal one, which is designed to activate the transmitting unit when a limit value, in particular a temperature limit value and / or a tightening force limit value, is exceeded or undershot. Thus, the transmitting unit can be in a state of rest and be activated in exceptional cases. Energy can be saved in this way.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sendeeinheit eine Empfangseinheit aufweisen, die auf ein externes Signal reagiert und daraufhin zum Beispiel Messwerte versendet. Hierdurch können mit geringem Energieverbrauch Messwerte von einer externen Einrichtung angefordert werden.Alternatively or additionally, the transmitting unit may have a receiving unit which responds to an external signal and then sends measured values, for example. As a result, measured values can be requested from an external device with low energy consumption.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Temperatursensor eine, vorzugsweise kalibrierte, Diode, die insbesondere in einem Nahbereich des Verbindungssensors angeordnet ist oder einen Teil des Verbindungssensors bildet. Die Diode kann beispielsweise in der Elektronik, z.B. einem Chip, in der Nähe eines Dehnungssensors vorgehen sein. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um eine Diode eines Halbleiter-Dehnungsmessstreifens handeln.According to a further embodiment, the temperature sensor comprises a, preferably calibrated, diode, which is arranged in particular in a vicinity of the connection sensor or forms part of the connection sensor. The diode may be used, for example, in electronics, e.g. a chip, be near a strain sensor proceed. Alternatively, it may for example also be a diode of a semiconductor strain gauge.
Nach einer weiteren Ausführungsform basieren die Temperaturdaten auf zumindest einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere der elektrischen Spannung, dem elektrischen Strom, z.B. einem Kurzschlussstrom, und/oder dem Rauschverhalten, einer Diode oder eines Widerstands. Gemessen wird somit zunächst eine elektrische Eigenschaft. Daraus wird schließlich die Temperatur ermittelt. Insbesondere kann der Seebeck-Effekt genutzt werden.According to another embodiment, the temperature data is based on at least one electrical characteristic, in particular the electrical voltage, the electric current, e.g. a short-circuit current, and / or the noise behavior, a diode or a resistor. Thus, an electric property is first measured. From this, the temperature is finally determined. In particular, the Seebeck effect can be used.
Der Widerstand des Temperatursensors kann insbesondere in einem Nahbereich des Verbindungssensors angeordnet sein oder einen Teil des Verbindungssensors bilden. Vorzugsweise kann der Widerstand zur Temperaturmessung mit den Widerständen zur Dehnungsmessung parallel oder bevorzugt in 45° Richtung zu den Widerständen angeordnet sein.The resistance of the temperature sensor may in particular be arranged in a vicinity of the connection sensor or form part of the connection sensor. Preferably, the resistor for temperature measurement with the resistors for strain measurement can be arranged parallel or preferably in the 45 ° direction to the resistors.
Auch kann die Temperatur aus dem ohnehin zur Dehnungsmessung vorhandenen temperaturabhängigen Widerstand einer Brücken- oder Halbbrückenschaltung bestimmt werden.Also, the temperature can be determined from the already existing for strain measurement temperature-dependent resistance of a bridge or half-bridge circuit.
Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur über integrierte oder angebrachte Elemente an der Sendeeinheit bestimmt werden, z.B. über Halbleitersensoren wie Dioden oder Transistoren, oder über Widerstände wie Negative Temperature Coefficient (NTC)-Widerstände oder NTC-Thermistoren bzw. Positive Temperature Coefficient (PTC)-Widerstände oder PTC-Thermistoren.Alternatively or additionally, the temperature may be determined via integrated or attached elements on the transmitting unit, e.g. via semiconductor sensors such as diodes or transistors, or via resistors such as Negative Temperature Coefficient (NTC) resistors or NTC thermistors or Positive Temperature Coefficient (PTC) resistors or PTC thermistors.
Insbesondere kann eine Wandlungsvorrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, eine an der Diode gemessene, auf der Temperatur basierende elektrische Spannung in, insbesondere digitale, Temperaturdaten zu wandeln. Hierbei kann es sich um einen Analog-Digital-Wandler handeln. In particular, a conversion device can be provided which is designed to convert a temperature-based electrical voltage, measured in particular at the diode, into temperature data, in particular digital data. This may be an analog-to-digital converter.
Die Erfindung betrifft auch ein System zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung und eine externe Auswertevorrichtung, welche mit der Sendeeinheit drahtlos gekoppelt oder koppelbar ist.The invention also relates to a system for monitoring a mechanical connection comprising at least one connection device according to the invention and an external evaluation device which can be wirelessly coupled or coupled to the transmission unit.
Es können hierbei die Rohdaten an die externe Auswertevorrichtung gesendet werden. Die Auswertung kann dann in der externen Auswertevorrichtung erfolgen. Alternativ kann die Auswertung zumindest teilweise bereits in der Verbindungsvorrichtung selbst erfolgen. Insbesondere werden die Daten hierbei nur dann gesendet, wenn Grenzwerte überschritten werden.In this case, the raw data can be sent to the external evaluation device. The evaluation can then take place in the external evaluation device. Alternatively, the evaluation can at least partially already take place in the connecting device itself. In particular, the data is only sent if limit values are exceeded.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die externe Auswertevorrichtung eine Anzeigevorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die von der Sendeeinheit empfangenen Temperaturdaten und/oder die momentane Anzugskraft anzuzeigen. Der Benutzer erhält somit Informationen über den Zustand der Verbindungsvorrichtung. Dies kann beispielsweise zu Wartungszwecken dienen. Insbesondere können diese Informationen abgerufen werden, wenn eine Warnung vorliegt, z.B. wenn ein Grenzwert überschritten wurde.According to a further embodiment, the external evaluation device comprises a display device, which is designed to display the temperature data received from the transmission unit and / or the current tightening force. The user thus receives information about the state of the connection device. This can for example serve for maintenance purposes. In particular, this information can be retrieved when there is a warning, e.g. if a limit has been exceeded.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Auswertevorrichtung, insbesondere die externe Auswertevorrichtung oder eine interne Auswertevorrichtung der Verbindungsvorrichtung, eine Datenbank oder ermöglicht Zugriff auf eine Datenbank, welche zumindest eine elektrische Eigenschaft, insbesondere die elektrischen Spannung, den elektrischen Strom und/oder das Rauschverhalten, einer Diode oder eines Widerstands, insbesondere bei tiefen Temperaturen ohne wirkende Anzugskraft, bei tiefen Temperaturen mit wirkender Anzugskraft, bei Raumtemperatur ohne wirkende Anzugskraft und/oder bei Raumtemperatur mit wirkender Anzugskraft, aufweist. Anhand dieser hinterlegten Daten kann aus zumindest einer elektrischen Eigenschaft die Temperatur ermittelt werden.According to a further embodiment, an evaluation device, in particular the external evaluation device or an internal evaluation device of the connection device, comprises a database or allows access to a database which has at least one electrical property, in particular the electrical voltage, the electrical current and / or the noise behavior, of a diode or a resistance, in particular at low temperatures without acting tightening force, at low temperatures with acting tightening force, at room temperature without acting tightening force and / or at room temperature with acting tightening force. On the basis of this stored data, the temperature can be determined from at least one electrical property.
Zur Bestimmung der Kalibrierfaktoren sind insbesondere lediglich drei Zustände notwendig, nämlich ein kalter Zustand ohne Anzugsspannung, ein warmer Zustand ohne Anzugsspannung sowie ein warmer Zustand mit einer Anzugsspannung.In particular, only three states are necessary for determining the calibration factors, namely a cold state without a pickup voltage, a warm state without a pickup voltage, and a warm state with a pickup voltage.
Alternativ können diese Werte in Form einer allgemeinen Rechenvorschrift für beliebige Temperaturen und Werte der Anzugskraft im Anwendungsbereich hinterlegt sein, sodass eine Bestimmung der Anzugskraft und der Temperatur unabhängig voneinander möglich ist.Alternatively, these values can be stored in the form of a general calculation rule for any temperatures and values of the tightening force in the application area, so that a determination of the tightening force and the temperature is independent of each other possible.
Die Datenbank kann vorzugsweise auf einem Speicher der externen Auswertevorrichtung hinterlegt sein. Alternativ ist auch eine Hinterlegung auf einem externen, insbesondere zentralen, Speicher, z.B. einem Server, möglich. Auf diesen externen Speicher kann beispielsweise drahtlos, insbesondere mittels mobiler Übertragungstechniken wie UMTS, GSM, LTE, 5G, Bluetooth, Infrarot, WLAN oder dergleichen, zugegriffen werden.The database can preferably be stored on a memory of the external evaluation device. Alternatively, a deposit on an external, especially central, memory, e.g. a server, possible. This external memory can be accessed, for example, wirelessly, in particular by means of mobile transmission technologies such as UMTS, GSM, LTE, 5G, Bluetooth, infrared, WLAN or the like.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Auswertevorrichtung, insbesondere die externe Auswertevorrichtung oder eine interne Auswertevorrichtung der Verbindungsvorrichtung, dazu ausgebildet, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Anzugskraftgrenzwert überschritten oder unterschritten wird.According to a further embodiment, an evaluation device, in particular the external evaluation device or an internal evaluation device of the connection device, is adapted to output a signal, in particular a warning signal, when a temperature limit and / or a tightening force limit is exceeded or undershot.
Die Erzeugung des Warnsignals kann dabei mittels einer internen Auswertevorrichtung in der Verbindungsvorrichtung oder aber mittels der externen Auswertevorrichtung erfolgen.The generation of the warning signal can be effected by means of an internal evaluation device in the connecting device or by means of the external evaluation device.
Das Warnsignal kann z.B. akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch, ausgegeben werden. Ferner kann das Warnsignal an ein, insbesondere zentrales, Überwachungssystem übermittelt werden.The warning signal may e.g. acoustically, optically and / or haptically, in particular vibratory, output. Furthermore, the warning signal can be transmitted to a, in particular central, monitoring system.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Auswertevorrichtung als Mobiltelefon, insbesondere Smartphone, ausgebildet. Dies ist besonders kostengünstig, da ein Mobiltelefon bereits die erforderliche Hardware bereitstellt. Beispielsweise mittels einer App kann schließlich die Auswertung erfolgen. Alternativ kann die Auswertevorrichtung auch in eine vorhandene Auswerteeinheit eines Fahrzeugs integriert sein.According to a further embodiment, the evaluation device is designed as a mobile phone, in particular a smartphone. This is particularly cost effective because a mobile phone already provides the required hardware. For example, by means of an app can finally be the evaluation. Alternatively, the evaluation device can also be integrated into an existing evaluation unit of a vehicle.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen System.The invention also relates to a method for monitoring a mechanical connection, in particular with a system according to the invention.
Mittels eines Temperatursensors einer wenigstens ein erstes und ein zweites Bauteil mechanisch verbindenden Verbindungsvorrichtung wird die Temperatur bestimmt. Ferner wird mittels eines Verbindungssensors der Verbindungsvorrichtung wenigstens ein momentaner Parameter detektiert. Dies kann vorzugsweise parallel zur Temperaturbestimmung erfolgen.The temperature is determined by means of a temperature sensor of a connecting device mechanically connecting at least one first and one second component. Furthermore, at least one momentary parameter is detected by means of a connection sensor of the connection device. This can preferably be done in parallel to the temperature determination.
Mittels einer Sendeeinheit der Verbindungsvorrichtung werden auf der Temperatur basierende Temperaturdaten sowie der momentane Parameter und/oder eine aus dem momentanen Parameter bestimmte momentane Anzugskraft kabellos an eine externe Auswerteeinheit gesendet.By means of a transmitting unit of the connecting device are based on the temperature Temperature data as well as the current parameter and / or a determined from the current parameter instantaneous tightening force wirelessly sent to an external evaluation.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere Schraube, zum mechanischen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils vorgesehen.According to a further aspect of the invention, a connecting device, in particular screw, is provided for the mechanical connection of at least one first and one second component.
Die Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest einen aktiven Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, welcher dazu ausgebildet ist, Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung zu detektieren. Ferner umfasst die Verbindungsvorrichtung zumindest einen passiven Verbindungssensor, welcher dazu ausgebildet ist, Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung zu detektieren.The connecting device comprises at least one active connection sensor, in particular a strain sensor, preferably strain gauges, which is designed to detect long-term changes of at least one parameter, in particular a tightening force, of a mechanical connection. Furthermore, the connecting device comprises at least one passive connection sensor, which is designed to detect changes in the time of change of the parameter of the mechanical connection.
Insbesondere kann der Parameter des aktiven Verbindungssensors und/oder des passiven Verbindungssensors aus wenigstens einem momentanen Zustand der mechanischen Verbindung bestimmt werden.In particular, the parameter of the active connection sensor and / or the passive connection sensor can be determined from at least one instantaneous state of the mechanical connection.
Bei dem momentanen Zustand kann es sich beispielsweise um die Dehnung der Verbindungsvorrichtung und somit die Dehnung eines Dehnungssensors handeln. Auch kann es sich z.B. um eine elektrische Spannung eines Piezoelements handeln. Über die Dehnungswerte bzw. Spannungswerte kann dann die Anzugskraft bestimmt werden.The current state can be, for example, the elongation of the connection device and thus the expansion of a strain sensor. It can also be e.g. to act on an electrical voltage of a piezoelectric element. The tightening force can then be determined via the expansion values or tension values.
Mithilfe der Verbindungssensoren kann somit überwacht werden, ob die Verbindungsvorrichtung ihre Funktion, nämlich Bauteile mechanisch zu verbinden, hinreichend erfüllt, insbesondere auch über eine längere Zeitdauer hinweg. So kann im Laufe der Zeit beispielsweise die Anzugskraft der Verbindungsvorrichtung abnehmen.The connection sensors can thus be used to monitor whether the connection device satisfactorily fulfills its function of mechanically connecting components, in particular over a longer period of time. For example, over time, the tightening force of the connecting device may decrease.
Der Begriff Anzugskraft ist breit zu verstehen und umfasst beispielsweise auch eine Vorspannkraft, Anpresskraft oder einen Anpressdruck. Die Anzugskraft bildet somit einen Parameter, über den festgestellt werden kann, ob die Verbindungsvorrichtung, z.B. eine Schraube, im richtigen Maße angezogen ist, d.h. nicht zu fest und auch nicht zu locker sitzt.The term tightening force is to be understood broadly and includes, for example, a biasing force, contact pressure or a contact pressure. The tightening force thus forms a parameter by which it can be determined whether the connecting device, e.g. a screw is properly tightened, i. not too tight and not too loose.
Die Verbindungsvorrichtung kann insbesondere als Schraube, insbesondere Radschraube eines Fahrzeugs, als Bolzen oder Verbindungsstift ausgebildet sein. Diese länglichen Verbindungsvorrichtungen sind gut geeignet, um mehrere Bauteile miteinander zu verbinden. Auch bieten diese genügend Raum für Aussparungen, in denen die unterschiedlichen, kleinen Verbindungssensoren sowie zumindest eine kleine Sendeeinheit angeordnet werden können. Die Verbindungsvorrichtung kann auch mehrere Komponenten aufweisen, z.B. eine Schraube und eine Schraubenmutter.The connecting device can be designed in particular as a screw, in particular wheel bolt of a vehicle, as a bolt or connecting pin. These elongated connection devices are well suited to connect several components together. These also provide sufficient space for recesses in which the different, small connection sensors and at least one small transmission unit can be arranged. The connection device may also have several components, e.g. a screw and a nut.
Vorzugsweise umfasst die Verbindungsvorrichtung zumindest eine Sendeeinheit zum kabellosen Senden des Parameters und/oder des momentanen Zustands.Preferably, the connecting device comprises at least one transmitting unit for wireless transmission of the parameter and / or the current state.
Die Langzeitveränderungen und Kurzzeitveränderungen können mittels derselben oder durch unterschiedliche Sendeeinheiten gesendet werden.The long-term changes and short-term changes can be sent by means of the same or by different transmitting units.
Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung kann durch zwei unterschiedliche Sensortypen überwacht werden. Die Sensortypen arbeiten vorzugsweise mittels unterschiedlicher Wandlungsprinzipien. Einerseits kann z.B. die Anzugskraft der Verbindung mittels eines aktiven Wandlungsprinzips detektiert und/oder quantitativ erfasst werden, um eine Langzeitveränderung der Verbindung zu überwachen. Andererseits kann z.B. die Anzugskraft der Verbindung mittels eines passiven Wandlungsprinzips detektiert und/oder qualitativ erfasst werden, um eine Kurzzeitveränderung, also eine schnelle Änderung des Parameters, zu überwachen.The connecting device according to the invention can be monitored by two different sensor types. The sensor types preferably operate by means of different conversion principles. On the one hand, e.g. the tightening force of the connection can be detected and / or quantified by means of an active conversion principle in order to monitor a long-term change in the connection. On the other hand, e.g. the tightening force of the connection is detected by means of a passive conversion principle and / or recorded qualitatively in order to monitor a short-term change, ie a rapid change of the parameter.
Durch die Kombination der beiden Sensortypen kann die Anzugskraft zu jedem Zeitpunkt exakt gemessen werden und/oder Energiespareffekte können bei gleichzeitig sehr schnellem Ansprechverhalten erzielt werden.By combining the two sensor types, the tightening force can be measured exactly at any time and / or energy-saving effects can be achieved with very fast response.
Auch kann schnell auf Änderungen reagiert werden, z.B. wenn ein Schraubenkopf abreißt oder eine Schraube aktiv gelöst wird. Beispielsweise kann der passive Verbindungssensor bei einem Abreißen oder Lösen der Verbindungsvorrichtung einen Spannungsimpuls liefern. Der passive Verbindungssensor kann insbesondere interrupt-gesteuert sein. Der Spannungsimpuls kann dazu dienen, einen im Schlafmodus bzw. Energiesparmodus befindlichen aktiven Verbindungssensor aufzuwecken bzw. eine entsprechende Elektronik auszulösen. Damit kann der Energieverbrauch gering gehalten werden, da im Schlafmodus nur wenig Energie verbraucht wird. So reicht es für die Bestimmung von Langzeitveränderungen aus, wenn der aktive Sensor alle paar Minuten eine Messung vornimmt und dann wieder in den Schlafmodus fällt. Ändert sich jedoch etwas, so wird der aktive Sensor sofort aktiv und kann insbesondere instantan ein Warnsignal versenden.It is also possible to react quickly to changes, e.g. if a screw head breaks off or a screw is actively released. For example, the passive connection sensor can deliver a voltage pulse when the connection device is torn off or loosened. The passive connection sensor can in particular be interrupt-controlled. The voltage pulse can serve to wake up an active connection sensor located in sleep mode or energy-saving mode or to trigger a corresponding electronic system. Thus, the energy consumption can be kept low because in sleep mode, only little energy is consumed. So it is sufficient for the determination of long-term changes, if the active sensor makes a measurement every few minutes and then falls back into sleep mode. However, if something changes, the active sensor becomes active immediately and in particular can instantaneously send a warning signal.
Der aktive Sensor kann beispielsweise einen hohen Innenwiderstand im Bereich zwischen 100 kOhm und 1.000 MOhm aufweisen, solange sich der Parameter in den normalen Betriebsgrenzen befindet. Erfährt der Parameter jedoch eine Änderung, sinkt der Widerstand und der Sensor wird aus dem Schlafmodus geweckt. Dies kann beispielsweise durch einen mechanisch vorgespannten Kontaktbereich erzielt werden. Für die reguläre Messung sind vorzugsweise aktive Wandler mit Widerstandswerten zwischen 1 kOhm und 100 kOhm einsetzbar. Je höher der Widerstand, desto geringer ist der Energieverbrauch bei der Messung, weshalb Dehnungssensoren mit bis hinunter zu 120 Ohm in der Regel nur bei der Anwendung von Energy Harvesting vorteilhaft einsetzbar sind.For example, the active sensor may have a high internal resistance in the range between 100 kOhm and 1000 MOhm, as long as the parameter is within the normal operating limits. However, if the parameter changes, the resistance decreases and the sensor goes off awakened to sleep mode. This can be achieved for example by a mechanically biased contact area. Active converters with resistance values between 1 kOhm and 100 kOhm can preferably be used for the regular measurement. The higher the resistance, the lower the energy consumption in the measurement, which is why strain sensors with down to 120 ohms are generally advantageous only when using energy harvesting.
Der passive Verbindungssensor kann hingegen nur vergleichsweise schnelle Änderungen messen. Eine im Wesentlichen statische, also langsame Änderung eines Parameters kann nicht erfasst werden. Wenn die Anzugskraft somit beispielsweise schleichend abnimmt, würde dies vom passiven Verbindungssensor nicht bemerkt werden. Diese Aufgabe erfüllt vorliegend der aktive Verbindungssensor.By contrast, the passive connection sensor can only measure comparatively fast changes. An essentially static, ie slow change of a parameter can not be detected. If, for example, the tightening force decreases creepingly, this would not be noticed by the passive connection sensor. In the present case, this task is fulfilled by the active connection sensor.
Durch die Kombination der unterschiedlichen Sensortypen kann der Zustand einer mechanischen Verbindung stets zuverlässig bestimmt werden.By combining the different sensor types, the state of a mechanical connection can always be reliably determined.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verbindungsvorrichtung einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur.According to one embodiment, the connection device comprises a temperature sensor for determining the temperature.
Temperaturdaten, welche auf der Temperatur basieren, können insbesondere über zumindest eine Sendeeinheit kabellos gesendet werden.Temperature data which are based on the temperature can in particular be transmitted wirelessly via at least one transmission unit.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei Über- oder Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Warnsignal und/oder die Temperatur als Temperaturdaten kabellos zu senden. So kann insbesondere eine interne Auswertevorrichtung vorgesehen sein, welche die gemessene Temperatur auswertet.According to one embodiment, the connection device is designed to transmit a warning signal and / or the temperature as temperature data when the temperature exceeds or falls short of a temperature limit value. Thus, in particular, an internal evaluation device can be provided, which evaluates the measured temperature.
Die interne Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vorgegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt und dieses kabellos gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Temperatur kabellos gesendet werden.The internal evaluation device can include a database or have access to a database in which the temperature limits are stored. By comparing the temperature with the temperature limit, it can be determined whether the temperature is within a permissible range. If the temperature exceeds or falls below the predetermined temperature limit, then a warning signal can be generated and sent wirelessly. Alternatively or additionally, the temperature can also be sent wirelessly.
Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.The warning signal or the temperature can be displayed, preferably acoustically, optically and / or haptically, in particular vibrationally. Also, the warning signal or the temperature can be forwarded to appropriate monitoring devices.
Nach einer weiteren Ausführungsform können die Temperaturdaten zur Bestimmung eines Warnsignals bei Über- oder Unterscheiten eines Temperaturgrenzwertes kabellos gesendet werden. Insbesondere ist hierbei eine externe Auswertevorrichtung vorgesehen, welche die Temperaturdaten auswertet. Die Temperaturdaten werden also zunächst gesendet und erst nach dem Senden ausgewertet.According to a further embodiment, the temperature data for determining a warning signal can be sent wirelessly when the temperature limit is exceeded or undershot. In particular, in this case an external evaluation device is provided, which evaluates the temperature data. The temperature data are therefore sent first and evaluated only after transmission.
Die externe Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vorgegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt werden.The external evaluation device can include a database or have access to a database in which the temperature limits are stored. By comparing the temperature with the temperature limit, it can be determined whether the temperature is within a permissible range. If the temperature exceeds or falls below the predetermined temperature limit value, then a warning signal can be generated.
Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann insbesondere angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.The warning signal or the temperature can in particular be displayed, preferably acoustically, optically and / or haptically, in particular vibrationally. Also, the warning signal or the temperature can be forwarded to appropriate monitoring devices.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, einen Temperatureinfluss auf den momentanen Parameter zu kompensieren und/oder Temperaturdaten zur Kompensation eines Temperatureinflusses auf den momentanen Parameter kabellos zu senden.According to a further embodiment, the connecting device is designed to compensate for a temperature influence on the instantaneous parameter and / or to transmit wirelessly temperature data for compensation of a temperature influence on the instantaneous parameter.
Ein Verbindungssensor, beispielsweise ein Dehnungssensor, kann sein Verhalten abhängig von der Temperatur ändern. So nimmt beispielsweise bei steigender Temperatur die Empfindlichkeit eines DMS ab. Um unverfälschte Messergebnisse zu erhalten, müssen die Temperatureinflüsse auf den momentanen Parameter kompensiert werden. Ebenso kann sich die Vorspannkraft bei einer Temperaturänderung ändern, allerdings im Bereich der zulässigen Grenzen. Diese Änderung sollte dem Anwender in der Regel nicht mitgeteilt werden, weshalb eine spezifische, radabhängige Kalibrierung sinnvoll sein kann. Dies kann durch eine automatisierte Kalibrierung während der ersten Anwendungsstunden erfolgen. Auch kann während der dauerhaften Anwendung eine weitere Nachführung erfolgen. Dabei können sowohl die Temperatur mittels des integrierten Temperatursensors als auch die Vorspannkraft erfasst werden. Dabei wird angenommen, dass sich das Anzugsmoment des Verbindungselementes selbst nicht ändert. Über die Messwerte Temperatur und Vorspannkraft kann dann beispielsweise linear interpoliert und die systematische Änderung der Vorspannkraft über der Temperatur ausgeblendet bzw. kompensiert werden.A connection sensor, such as a strain sensor, may change its behavior depending on the temperature. For example, as the temperature increases, the sensitivity of a DMS decreases. In order to obtain unaltered measurement results, the temperature influences on the current parameter must be compensated. Likewise, the biasing force can change with a change in temperature, but within the range of allowable limits. As a rule, this change should not be communicated to the user, which is why a specific, wheel-dependent calibration may be useful. This can be done by an automated calibration during the first hours of use. Also during follow-up use further tracking can be done. In this case, both the temperature by means of the integrated temperature sensor and the biasing force can be detected. It is assumed that the tightening torque of the connecting element itself does not change. By way of example, the measured values of temperature and prestressing force can be used to linearly interpolate and to suppress or compensate for the systematic change in the prestressing force over the temperature.
Die Kompensation des Temperatureinflusses kann in einer internen Auswertevorrichtung erfolgen. Der korrigierte, momentane Parameter bzw. die korrigierte, momentane Anzugskraft kann somit ermittelt und gesendet werden. The compensation of the temperature influence can be done in an internal evaluation device. The corrected, current parameter or the corrected, current tightening force can thus be determined and sent.
Alternativ oder zusätzlich können auch die gemessenen Daten unkorrigiert gesendet werden. Da auch die Temperaturdaten gesendet werden, kann eine Auswertung samt Kompensation des Temperatureinflusses in einer externen Auswertevorrichtung erfolgen. Die korrigierte momentane Anzugskraft liegt hierbei folglich erst in der externen Auswertevorrichtung vor.Alternatively or additionally, the measured data can also be sent uncorrected. Since the temperature data are also sent, an evaluation including compensation of the temperature influence can take place in an external evaluation device. The corrected instantaneous tightening force is therefore only present in the external evaluation device.
Auch eine Kombination beider Systeme ist denkbar. Dabei kann zunächst eine interne Auswertung erfolgen, um zu sehen, ob Grenzwerte, z.B. Temperatur- oder Anzugskraftgrenzwerte, über- oder unterschritten werden. Falls dies zutrifft, können die ursprünglichen Daten an die externe Auswertevorrichtung übertragen werden, um diese näher zu analysieren.A combination of both systems is conceivable. An internal evaluation can first be carried out to see if limit values, e.g. Temperature or tightening force limits are exceeded or fallen below. If so, the original data may be transferred to the external evaluation device for further analysis.
In allen Fällen kann der Temperatursensor eine Doppelfunktion erfüllen, da die Temperaturdaten einerseits für sich genommen verwendet werden, um z.B. Überhitzungen zu messen. Andererseits werden die Temperaturdaten zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die vom Verbindungssensor bestimmten Daten verwendet.In all cases, the temperature sensor can perform a dual function, since the temperature data on the one hand are used on their own, e.g. To measure overheating. On the other hand, the temperature data are used to compensate for the temperature influence on the data determined by the connection sensor.
Der Temperatursensor der Verbindungsvorrichtung, der gewissermaßen ein Multitool bildet, wird also zur Bestimmung der Temperatur als Messgröße an sich, als zusätzlicher Parameter zur Anzugskraft, verwendet und darüber hinaus zur Kompensation des Temperatureinflusses bzw. auf die Darstellung des Parameters der Anzugskraft, insbesondere bezugnehmend darauf, dass diese sich temperaturabhängig ändern darf, der Nutzer dies aber nicht mitbekommen sollte, weil sie im Rahmen der Auslegung der Verbindungsvorrichtung zulässig ist.The temperature sensor of the connecting device, which effectively forms a multitool, is thus used to determine the temperature as a measured quantity per se, as an additional parameter for the tightening force, and moreover to compensate for the influence of temperature or on the representation of the parameter of the tightening force, in particular with reference thereto. that this may change depending on the temperature, but the user should not notice, because it is permissible in the context of the design of the connecting device.
Die Sendeeinheit kann insbesondere eine Aktivierungsvorrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Sendeeinheit zu aktivieren, wenn ein Grenzwert, insbesondere ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Anzugskraftgrenzwert, überschritten oder unterschritten wird. So kann sich die Sendeeinheit in einem Ruhezustand befinden und nur in Ausnahmefällen aktiviert werden. Energie kann auf diese Weise gespart werden.The transmitting unit may in particular comprise an activating device which is designed to activate the transmitting unit when a limit value, in particular a temperature limit value and / or a tightening force limit value, is exceeded or undershot. Thus, the transmitting unit can be in a state of rest and be activated only in exceptional cases. Energy can be saved in this way.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der aktive Verbindungssensor einen Dehnungssensor, insbesondere Dehnungsmessstreifen, vorzugsweise eine Anordnung von zumindest zwei, insbesondere vier, Dehnungsmessstreifen. Es können einzelne oder kombinierte bzw. integrierte Dehnungssensoren vorgesehen sein. Dabei können insbesondere Halbleiter DMS verwendet werden. Die Dehnungsmessstreifen können somit eine Halbbrücke oder Vollbrücke, z.B. Wheatstone'sche Brücke, bilden. Die Verwendung von mehreren Dehnungssensoren ist zuverlässiger als die Verwendung eines einzigen Dehnungssensors. Auch können derartige Anordnungen zur Temperaturbestimmung, z.B. über die Erfassung der elektrischen Versorgungsspannung bei gegebenem Strom bzw. durch Messung eines Gesamt-Brückenwiderstands, verwendet werden.According to a further embodiment, the active connection sensor comprises a strain sensor, in particular strain gauges, preferably an arrangement of at least two, in particular four, strain gauges. It can be provided individual or combined or integrated strain sensors. In particular, semiconductor strain gages can be used. The strain gauges may thus have a half bridge or full bridge, e.g. Wheatstone Bridge, form. The use of multiple strain sensors is more reliable than using a single strain sensor. Also, such arrangements for determining temperature, e.g. be used on the detection of the electrical supply voltage for a given current or by measuring a total bridge resistance.
Alternativ oder zusätzlich umfasst der passive Verbindungssensor einen piezoelektrischen oder elektrodynamischen Verbindungssensor. Bei dem piezoelektrischen Verbindungssensor kann es sich vorzugsweise um ein Piezoelement handeln. Auch piezoelektrische Längswandler, polymere piezoelektrische Folien und/oder keramische piezoelektrische Sensorelemente sind denkbar.Alternatively or additionally, the passive connection sensor comprises a piezoelectric or electrodynamic connection sensor. The piezoelectric connection sensor may preferably be a piezoelectric element. Also, piezoelectric longitudinal transducers, polymeric piezoelectric films and / or ceramic piezoelectric sensor elements are conceivable.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der aktive Verbindungssensor über den passiven Verbindungssensor und/oder einen Temperatursensor aktivierbar. Ein sich in einem Schlafmodus befindlicher, aktiver Verbindungssensor kann somit aktiviert werden, wenn sich Parameter der Verbindungsvorrichtung schnell ändern. Wird beispielsweise ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Spannungsgrenzwert überschritten, so kann sich der aktive Verbindungssensor einschalten und beispielsweise seine Daten senden. Der aktive Verbindungssensor kann sich demnach die meiste Zeit in einem Schlafmodus befinden, wodurch Energie gespart wird.According to a further embodiment, the active connection sensor can be activated via the passive connection sensor and / or a temperature sensor. An active connection sensor in a sleep mode can thus be activated if parameters of the connection device change rapidly. If, for example, a temperature limit value and / or a voltage limit value are exceeded, then the active connection sensor can switch on and, for example, transmit its data. Accordingly, the active connection sensor may be in a sleep mode most of the time, saving energy.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der passive Verbindungssensor eine Energiegewinnungsvorrichtung oder ist als Energiegewinnungsvorrichtung ausgebildet. So kann beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler sowohl zur Energiegewinnung als auch als passiver Verbindungssensor ausgebildet sein. Der passive Verbindungssensor erfüllt somit eine Doppelfunktion.According to a further embodiment, the passive connection sensor comprises an energy recovery device or is designed as an energy recovery device. For example, a piezoelectric transducer can be designed both for energy production and as a passive connection sensor. The passive connection sensor thus fulfills a dual function.
Ein piezoelektrischer Längswandler kann beispielsweise auf einer Seite am Verbindungssensor befestigt sein und auf der anderen Seite bzw. auf der gesamten Länge mit Masse beaufschlagt sein. Insbesondere durch Vibration und/oder Rotation kann dieser zur Energiegewinnung angeregt werden.For example, a piezoelectric longitudinal transducer may be fastened on one side to the connection sensor and be applied with mass on the other side or over the entire length. In particular, by vibration and / or rotation of this can be stimulated to generate energy.
Vorzugsweise kann die Energie für den aktiven Verbindungssensor bereitgestellt werden. Die Anzahl an Übertragungen des Parameters pro Zeiteinheit können dadurch erhöht werden.Preferably, the energy may be provided to the active connection sensor. The number of transmissions of the parameter per unit of time can thereby be increased.
Im Gegensatz zur Energieerzeugung durch Rotation und/oder Vibration bleibt das System somit auch bei Stillstand z.B. zur Diebstahlüberwachung lange aktiv. Eine Stromversorgung der Verbindungssensoren über Rotation und/oder Vibration ist jedoch ebenso grundsätzlich möglich.In contrast to the generation of energy by rotation and / or vibration, the system thus remains also active at standstill eg for theft monitoring. However, a power supply of the connection sensors via rotation and / or vibration is also basically possible.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung.The invention also relates to a method for monitoring a mechanical connection, in particular with a connecting device according to the invention.
Zumindest ein aktiver Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, einer wenigstens ein erstes und ein zweites Bauteil mechanisch verbindenden Verbindungsvorrichtung detektiert Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung.At least one active connection sensor, in particular strain sensor, preferably strain gauges, of a connecting device mechanically connecting at least one first and one second component detects long-term changes of at least one parameter, in particular a tightening force, of a mechanical connection.
Zumindest ein passiver Verbindungssensor detektiert Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung.At least one passive connection sensor detects changes in the time of the mechanical connection parameter.
Durch diese doppelte Überwachung wird die Zuverlässigkeit deutlich erhöht.This double monitoring significantly increases the reliability.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, für welchen auch unabhängig Schutz beansprucht wird, betrifft eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere Schraube, zum mechanischen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils, umfassend zumindest einen Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens einen momentanen Parameter einer mechanischen Verbindung zu detektieren, wobei über den Parameter eine momentane Anzugskraft der mechanischen Verbindung bestimmbar ist. Ferner umfasst die Verbindungsvorrichtung eine Anzeigevorrichtung, die dazu ausgebildet ist, anzuzeigen, wenn eine Anzugskraft einem Sollwert entspricht und/oder wenn eine Anzugskraft einem Sollwert nicht entspricht.Another aspect of the invention, for which independent protection is claimed, relates to a connecting device, in particular screw, for mechanically connecting at least one first and one second component, comprising at least one connection sensor, in particular a strain sensor, which is designed to have at least one momentary parameter to detect mechanical connection, wherein the instantaneous tightening force of the mechanical connection can be determined via the parameter. Furthermore, the connection device comprises a display device, which is designed to indicate when a tightening force corresponds to a desired value and / or when a tightening force does not correspond to a desired value.
Es kann eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung zumindest eine LED umfassen. So kann insbesondere eine LED leuchten bzw. ein Ton erzeugt werden, um eine Warnung auszugeben, wenn die Anzugskraft nicht dem Sollwert entspricht. Die Signalausgabe ist insbesondere während einer Montage und/oder während des Betriebs als regelmäßige Kontrolle möglich.It can be provided an optical and / or acoustic display device. In particular, the display device may comprise at least one LED. In particular, an LED may be lit or a tone may be generated to issue a warning if the tightening force does not correspond to the desired value. The signal output is possible in particular during assembly and / or during operation as a regular check.
Eine derartige Anzeigevorrichtung an der Verbindungsvorrichtung selbst ist besonders kostengünstig, da auf eine externe Auswertevorrichtung verzichtet werden kann. So kann eine entsprechende Verbindungsvorrichtung beispielsweise in Schwellenländern eingesetzt werden.Such a display device on the connecting device itself is particularly cost-effective, since it can be dispensed with an external evaluation device. Thus, a corresponding connection device can be used, for example, in emerging markets.
Bei dem Verbindungssensor kann es sich um einen aktiven und/oder passiven Verbindungssensor handeln. Insbesondere kann auch ein Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur vorgesehen sein.The connection sensor may be an active and / or passive connection sensor. In particular, a temperature sensor for determining the temperature can also be provided.
Nach einer Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung auch anzeigen, ob die Temperatur einem Sollwert entspricht und/oder ob die Temperatur einem Sollwert nicht entspricht.According to one embodiment, the display device may also indicate whether the temperature corresponds to a desired value and / or whether the temperature does not correspond to a desired value.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zumindest eine Sendeeinheit zum kabellosen Senden des momentanen Parameters und/oder der momentanen Anzugskraft vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können auch auf der Temperatur basierende Temperaturdaten kabellos gesendet werden. Die Daten können hierbei von einer externen Auswerteeinheit empfangen und z.B. näher analysiert werden.According to a further embodiment, at least one transmitting unit may be provided for wireless transmission of the instantaneous parameter and / or the momentary tightening force. Alternatively or additionally, temperature-based temperature data may also be sent wirelessly. The data can hereby be received by an external evaluation unit and e.g. be analyzed in more detail.
Die Erfindung betrifft auch ein Montagewerkzeug zur Montage einer, insbesondere erfindungsgemäßen, Verbindungsvorrichtung. Vorzugsweise kann es sich bei dem Montagewerkzeug um einen Drehmomentschlüssel handeln.The invention also relates to an assembly tool for mounting a, in particular according to the invention, connecting device. Preferably, the assembly tool may be a torque wrench.
Das Montagewerkzeug umfasst eine Eingreifvorrichtung zum Eingreifen in einen Montageabschnitt, insbesondere Schraubenkopf, der Verbindungsvorrichtung.The mounting tool comprises an engagement device for engaging in a mounting portion, in particular screw head, the connecting device.
Die Eingreifvorrichtung ist derart ausgebildet, dass ein von einer Sendeeinheit der Verbindungsvorrichtung kabellos gesendetes Signal empfangen und/oder nicht gestört wird.The engagement device is designed such that a signal transmitted wirelessly by a transmission unit of the connection device is received and / or not disturbed.
Bei dem Signal kann es sich z.B. um auf der Temperatur basierende Temperaturdaten, um einen momentanen Parameter und/oder eine momentane Anzugskraft der Verbindung handeln.The signal may be e.g. temperature-based temperature data, a current parameter, and / or an instantaneous tightening force of the connection.
Während der Montage der Verbindungsvorrichtung können somit Parameter der Verbindung, z.B. die Anzugskraft, überwacht werden. So kann beispielsweise latenzfrei überprüft werden, ob eine Schraube fest genug angezogen ist. Ebenso ist eine in der Verbindungsvorrichtung gespeicherte Kalibrierung überprüfbar, beispielsweise anhand einer Übereinstimmung eines Messwerts des Montagewerkzeugs und gemeldeten Daten der Verbindung in bestimmten Grenzen. Auch ist eine Rekalibrierung oder eine Kalibrierung mit dem Montagewerkzeug möglich. Hierbei können die gesendeten Messdaten mit den Messdaten im Montagewerkzeug in Verbindung gesetzt, über lineare Gleichungen Ausgleichsgeraden berechnet und die entsprechenden Koeffizienten in die Verbindungsvorrichtung zurückgespielt und dort gespeichert werden.During assembly of the connection device, parameters of the connection, e.g. the tightening force, to be monitored. For example, it is possible to check without latency whether a screw is tightened firmly enough. Likewise, a calibration stored in the connection device can be checked, for example based on a correspondence of a measured value of the assembly tool and reported data of the connection within certain limits. Also, a recalibration or calibration with the mounting tool is possible. In this case, the transmitted measurement data can be connected to the measurement data in the assembly tool, calculated via linear equations equalization line and the corresponding coefficients are played back into the connection device and stored there.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Eingreifvorrichtung eine zumindest teilweise geöffnete Nuss oder eine Nuss mit einem signaldurchlässigen Material, insbesondere Kunststoff und/oder Keramik. Die Nuss kann demnach z.B. Schlitze und/oder Aussparungen aufweisen, durch welche das Signal der Verbindungsvorrichtung nach außen bzw. zu einer Empfangseinheit dringt.According to one embodiment, the engagement device comprises one at least partially open nut or nut with a signal transparent material, in particular plastic and / or ceramic. Accordingly, the nut can have, for example, slots and / or recesses through which the signal of the connecting device penetrates to the outside or to a receiving unit.
Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Montagewerkzeug eine Empfangseinheit, eine Auswertevorrichtung, insbesondere mit einer Kalibrierungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, einen Energiewandler und/oder einen Signalwiedergeber.According to a further embodiment, the assembly tool comprises a receiving unit, an evaluation device, in particular with a calibration device, a display device, an energy converter and / or a signal transmitter.
Bei dem Signalwiedergeber kann es sich insbesondere um einen so genannten Repeater handeln, welcher das empfangene Signal verstärkt. Das verstärkte Signal kann beispielsweise von einer externen Auswertevorrichtung empfangen und ausgewertet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die umgebende Einrichtung vollständig metallisch ausgeführt werden soll und das Signal übermäßig abgeschirmt werden würde.The signal transmitter may in particular be a so-called repeater, which amplifies the received signal. The amplified signal can for example be received and evaluated by an external evaluation device. This is particularly advantageous if the surrounding device should be performed completely metallic and the signal would be excessively shielded.
Alternativ oder zusätzlich kann auch das Montagewerkzeug selbst eine Auswertevorrichtung umfassen. So kann beispielsweise unmittelbar am Montagewerkzeug angezeigt werden, ob eine gewünschte Anzugskraft erreicht ist. Ein separater Drehmomentsensor im Montagewerkzeug ist nicht erforderlich.Alternatively or additionally, the assembly tool itself may include an evaluation device. Thus, for example, be displayed directly on the assembly tool, whether a desired tightening force is reached. A separate torque sensor in the assembly tool is not required.
Das Montagewerkzeug kann einen Energiewandler umfassen, der einen Energieeintrag in die zu montierende Verbindungsvorrichtung ermöglicht. Eine Energiegewinnungsvorrichtung der Verbindungsvorrichtung wird durch das Montagewerkzeug angeregt und erhält während der Einrichtung und/oder Montage ausreichend Energie zum kontinuierlichen Betrieb.The assembly tool may comprise an energy converter, which allows an energy input into the connection device to be mounted. An energy harvesting device of the connection device is energized by the assembly tool and receives sufficient energy for continuous operation during setup and / or assembly.
Beispielsweise ist hierfür im Montagewerkzeug eine Spule vorgesehen, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und einen in der Verbindungsvorrichtung befindlichen elektrodynamischen Generator zur Energieproduktion anregt.For example, a coil is provided for this purpose in the assembly tool, which generates a magnetic alternating field and excites a located in the connecting device electrodynamic generator for energy production.
Alternativ kann das Montagewerkzeug mechanische Schwingungen einkoppeln und auf diese Weise Energie in einem piezoelektrischen Wandler oder einem Thermogenerator erzeugen. Somit ist eine einfache Registrierung der Verbindungsvorrichtung bei einer externen Auswertevorrichtung, ein einfaches Einrichten des Systems und/oder ein kontrolliertes Herstellen der Verbindung unter kontinuierlicher Auswertung des relevanten Parameters möglich, ohne dass die Verbindungsvorrichtung vor der Einrichtung und/oder Montage einen geladenen Energiespeicher benötigt. Ein Einrichtungswerkzeug zur Kalibrierung kann als separate Vorrichtung ausgebildet sein. Alternativ kann auch das Montagewerkzeug eine Kalibrierungsvorrichtung umfassen.Alternatively, the mounting tool can couple mechanical vibrations and thus generate energy in a piezoelectric transducer or a thermal generator. Thus, a simple registration of the connection device in an external evaluation device, a simple set up of the system and / or a controlled establishment of the connection with continuous evaluation of the relevant parameter is possible without the connection device requires a charged energy storage prior to installation and / or installation. A calibration setup tool may be configured as a separate device. Alternatively, the assembly tool may include a calibration device.
Insbesondere kann eine Auswertevorrichtung des Montagewerkzeugs eine Kennung, vorzugsweise ein individuelles Identifikationssignal, empfangen. Die Verbindungsvorrichtung kann hierbei die Kennung aussenden, welche eine Zuordnung der Verbindungsvorrichtung ermöglicht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass z.B. die richtige Schraube entfernt wird. Hierbei kann auch eine Sperrvorrichtung vorgesehen sein, d.h. ein Montagewerkzeug kann nur die Verbindungsvorrichtungen demontieren, für welche die entsprechende Kennung hinterlegt und freigegeben ist.In particular, an evaluation device of the assembly tool can receive an identifier, preferably an individual identification signal. The connection device can in this case emit the identifier, which allows an association of the connection device. In this way it can be ensured that e.g. the right screw is removed. In this case, a blocking device may be provided, i. An assembly tool can only disassemble the connection devices for which the corresponding identifier is stored and released.
Alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen und Systeme sind insbesondere dazu ausgebildet, nach einem oder mehreren der hier beschriebenen Verfahren betrieben zu werden. Ferner können alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen und Systeme sowie alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Verfahren jeweils miteinander kombiniert werden, insbesondere auch losgelöst von der konkreten Ausgestaltung, in deren Zusammenhang sie erwähnt werden.All embodiments of the devices and systems described herein are particularly adapted to be operated according to one or more of the methods described herein. Furthermore, all embodiments of the devices and systems described here as well as all embodiments of the methods described here can each be combined with each other, in particular also detached from the specific embodiment in the context of which they are mentioned.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, -
2 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform verschiedener Elektronikkomponenten einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, -
3 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer Auswertevorrichtung für eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung, -
4 ein Ausschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, -
5 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Verschlusselements einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, -
6 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, -
7 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Montagewerkzeugs, und -
8 eine Seitenansicht des Montagewerkzeugs gemäß7 .
-
1 a schematic sectional view of an embodiment of a connecting device according to the invention, -
2 a perspective view of an embodiment of various electronic components of a connecting device according to the invention, -
3 a schematic plan view of an embodiment of an evaluation device for a connecting device according to the invention, -
4 a detail of an embodiment of a connecting device according to the invention, -
5 a perspective view of an embodiment of a closure element of a connecting device according to the invention, -
6 a perspective view of an embodiment of a connecting device according to the invention, -
7 a front view of an embodiment of a mounting tool according to the invention, and -
8th a side view of the assembly tool according to7 ,
Zunächst ist zu bemerken, dass die dargestellten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind. First, it should be noted that the illustrated embodiments are merely exemplary in nature.
Der Grundkörper
Die Aussparungen
In
Auch kann lediglich ein aktiver Sensor
Bei dem aktiven Sensor
Der passive Sensor
Der aktive Sensor
Der Temperatursensor
Die Sensoren
Oberhalb des Stegs
Die Sendeeinheit
Die Sendeeinheit
Beispielsweise kann bei Über- oder Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Warnsignal und/oder die Temperatur als Temperaturdaten kabellos gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Temperaturdaten zur Bestimmung eines Warnsignals bei Über- oder Unterscheiten eines Temperaturgrenzwertes kabellos gesendet werden.For example, if a temperature limit value is exceeded or not reached, a warning signal and / or the temperature as temperature data can be sent wirelessly. Alternatively or additionally, temperature data for determining a warning signal when exceeding or undershooting a temperature limit value can be sent wirelessly.
Der Temperatureinfluss auf den momentanen Parameter kann noch in der Verbindungsvorrichtung kompensiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Temperaturdaten zur Kompensation eines Temperatureinflusses auf den momentanen Parameter kabellos gesendet werden, beispielsweise an eine externe Auswertevorrichtung
Die Verbindungsvorrichtung kann einen als Knopfzelle
Der passive Sensor
Der Energiespeicher
Zwischen dem Energiespeicher
Die Sendeeinheit
Der momentane Parameter bzw. momentane Zustand, z.B. die momentane Anzugskraft, sowie ggf. die Temperaturdaten können über die Sendeeinheit
In
Die Auswertevorrichtung
Die Signale der Sendeeinheit
Es kann beispielsweise auf einfache Weise überprüft werden, ob die Schrauben eines Reifens bzw. aller Reifen eines Fahrzeugs fest genug angezogen sind und ein sicherer Betrieb möglich ist. Weiterhin kann ein Lösen der Schrauben und somit ein Diebstahl der Radschrauben detektiert werden. Durch die Kombination von passivem und aktivem Sensor
In
Der Dehnungsmessstreifen
Die zweite Aussparung
Vorzugsweise ist das Verschlusselement
Die Eingreifvorrichtung
Eine Empfangseinheit
Alternativ oder zusätzlich kann die Empfangseinheit
Ein Benutzer weiß bei beiden Varianten auch während der Montage, ob eine gewünschte Anzugskraft der Verbindungsvorrichtung erreicht ist.A user knows in both variants, even during assembly, whether a desired tightening force of the connecting device is reached.
Das Montagewerkzeug
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Grundkörperbody
- 1212
- Außengewindeexternal thread
- 1313
- Schraubenkopf, Sechskant, MontageabschnittScrew head, hexagon, mounting section
- 1414
- erste Aussparungfirst recess
- 1616
- zweite Aussparungsecond recess
- 1818
- Sacklochblind
- 1919
- ÜbergangsbereichTransition area
- 2020
- aktiver Sensor, Dehnungssensor, Dehnungsmessstreifenactive sensor, strain sensor, strain gauges
- 2222
- passiver Sensor, piezoelektrischer oder elektrodynamischer Verbindungssensorpassive sensor, piezoelectric or electrodynamic connection sensor
- 2424
- Temperatursensortemperature sensor
- 2626
- Steg, flexible Leiterplatte, Röhrchen, konischer DornBridge, flexible circuit board, tube, conical mandrel
- 2828
- Sendeeinheittransmission unit
- 3030
- Funkmodulradio module
- 3232
- Antenneantenna
- 3434
- Auswertevorrichtungevaluation
- 3636
- Batterie, EnergiespeicherBattery, energy storage
- 3838
- Halterungbracket
- 4040
- Analogelektronikanalog electronics
- 4242
- AnalogvorverstärkerAnalogvorverstärker
- 4444
- Empfangseinheitreceiver unit
- 4646
- Recheneinheitcomputer unit
- 4848
- Display, AnzeigevorrichtungDisplay, display device
- 5050
- Verschlusselementclosure element
- 5151
- Rastnaselocking lug
- 5252
- Drehmomentschlüssel, MontagewerkzeugTorque wrench, assembly tool
- 5454
- Eingreifvorrichtung, NussIntervention device, nut
- 5656
- Schlitzslot
- 5858
- SignalwiedergeberSignal reproducer
- 6060
- Energiewandlerenergy converters
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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