DE102018213937A1

DE102018213937A1 - Vorrichtung zur qualitativen Bestimmung der Änderung der relativen Lage zweier Bauteile

Info

Publication number: DE102018213937A1
Application number: DE102018213937.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Christian Zentgraf; Daniel Hennig; Sebastian Groß; Andreas Heise
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-20

Abstract

Zur Überwachung der unbefugten Öffnung eines Gehäuses (1) ist darin ein Energy Harvester (Generator 2) vorgesehen, der so angeordnet ist, dass beim Öffnen des Gehäuses (1) ein kurzzeitiger Energieimpuls an einen Informationsspeicher (3) gegeben wird, so dass sich dessen Zustand ändert.Die Zustandsänderung kann später von einer elektrischen Auswerteeinheit (4) bestimmt werden. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Sensoren besteht darin, dass die Zustandsänderung des Informationsspeichers (3) ohne eine äußere Energiequelle erreicht wird, also ein energieautarker Sensor vorliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur qualitativen Bestimmung der Änderung der relativen Lage zweier Bauteile.
Die Notwendigkeit zur qualitativen Bestimmung der Änderung der relativen Lage zweier Bauteile tritt z. B. auf, wenn es sich bei den Bauteilen um ein Gehäuse und einen das Gehäuse verschließenden Deckel handelt. Enthält das Gehäuse z. B. eine elektronische Steuerung, kann es unter Umständen wichtig sein festzustellen, ob der Deckel in unerlaubter Weise entfernt worden ist.
Typischerweise wird dazu am Gehäuse ein in einem Stromkreis eingesetzter Schalter vorgesehen, der vom Deckel in seiner Offenstellung gehalten wird, solange der Deckel das Gehäuse verschließt. Sobald der Deckel entfernt wird, schließt der Schalter, so dass der Stromkreis geschlossen wird, was z. B. als Signal an einen Informationsspeicher geleitet werden kann. Es handelt sich dabei um eine qualitative Bestimmung, da der Entfernungsgrad nicht ermittelt wird, sondern nur die Tatsache, dass eine relative Lageänderung der beiden Bauteile stattgefunden hat, also das eine Bauteil vom anderen Bauteil entfernt worden ist.
Nachteilig bei dieser Bestimmungart ist es, dass eine intakte Stromversorgung vorhanden sein muss. Eine Entfernung des Deckels erfolgt aber häufig gerade dann, wenn die Stromversorgung unterbrochen wurde. Aber auch in einer solchen Situation soll feststellbar sein, ob der Deckel entfernt worden ist.
Auch wenn hier die Problematik anhand eines von einem Deckel geschlossenen Gehäuses, das eine elektronische Steuerung enthält, erläutert worden ist, kann die Erfindung natürlich auch andere Konstellationen von zwei Bauteilen umfassen.
Bekannt sind weiterhin sogenannte „Energy Harvesting-Systeme“. Hiermit wird die Konvertierung kleiner Mengen von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen für mobile Geräte mit geringer Leistung verstanden. Diese Energiekonvertierung soll anstelle von Batterien oder Akkumulatoren treten, damit die mobilen Geräte auch bei einer erschöpften Batterie oder Akkumulator zumindest zeitweise betrieben werden können.
Die Erfindung beruht auf dem Problem, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, unabhängig von einer äußeren elektrischen Energiequelle die Änderung der relativen Lage zweier Bauteile bestimmen, registrieren und ggf. den Registerzustand sicher und dauerhaft speichern zu können.
Dazu schlägt die Erfindung vor, dass die Vorrichtung einen elektrische Energie erzeugenden Generator aufweist, der so in Relation zu den Bauteilen angeordnet ist, dass er aktiviert wird, wenn sich die relative Lage der Bauteile ändert. Weiterhin ist ein nicht flüchtiger auslesbarer Informationsspeicher vorgesehen, der mit dem Generator elektrisch verbunden ist und der eine Zustandsänderung aufgrund der ihm vom Generator zugeführten Energie erfährt.
Der Informationsspeicher nimmt also keine große Energiemenge wie beim Energy Harvesting auf. Vielmehr soll diese nur so groß sein, um ein oder mehrere Informationseinheiten (in einem oder mehreren Bits) darzustellen.
Im Gegensatz zum Energy Harvesting wird also keine größere Energiemenge zum zeitweisen Betreiben eines Gerätes gewonnen, sondern lediglich eine Energiemenge, die für ein gegebenes Speichersystem einer oder mehreren Informationseinheiten entspricht.
Weiterhin ist eine elektrische Auswerteeinheit zum Auslesen des Informationsspeichers vorgesehen (eine elektrische Auswerteeinheit soll insbesondere auch eine elektronische Auswerteeinheit sein), die bei einer Speicherzustandsänderung ein Stoppsignal erzeugt. Dieses Signal kann darin bestehen, dass z. B. lediglich ein optisches oder akustisches Hinweissignal ausgegeben wird. Das Stoppsignal kann aber auch dazu genutzt werden, die Stromversorgung einer elektrischen Steuerung, die in dem von den Bauteilen gebildeten Gehäuse untergebracht ist, zeitweise zu unterbrechen, so dass sie für eine erneute Betriebsaufnahme erst wieder freigeschaltet werden muss. Die Unterbrechung kann aber auch dauerhaft und irreversibel sein.
Der Generator kann in unterschiedlicher Weise realisiert sein:

Es kann sich z. B. um ein Piezoelement handeln, wobei dieses Element an dem einen der Bauteile und ein Druckelement, das das Piezoelement belastet, an dem anderen Bauteil befestigt ist.

Beim Entfernen des Deckels wird das Piezoelement entweder entlastet bzw. belastet, in jedem Fall wird ein kurzer Stromstoß erzeugt, der im Informationsspeicher registriert wird.
Denkbar wäre auch ein induktives Element. Dabei besteht der Generator aus einer Induktivität, z. B einer Spule, an einem der Bauteile und einem Magneten oder Elektromagneten am anderen Bauteil. Werden die Bauteile voneinander entfernt, trennen sich auch die Induktivität und der Magnet/Elektromagnet, wobei ein elektrischer Strom in der Induktivität induziert wird, der im Informationsspeicher registriert wird.
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Wiegand-Sensoren, die einen Wiegand-Draht aufweisen. Dies ist ein nach John R. Wiegand benannter zirka 0,25 mm dünner Draht aus einer FeCoV-Legierung. Durch spezielle mechanische und thermische Vorbehandlung kann man im Draht einen hartmagnetischen Mantel mit einem weichmagnetischen Kern erzeugen, wobei der Mantel durch die axiale Ausrichtung und Verschmelzung der sogenannten Weiss'schen Bezirke einem Dauermagneten mit Nord- und Südpol an den Drahtenden ähnlich ist.
Denkbar ist auch ein kapazitives Element, wobei die Elektroden des Elementes derart mit den Bauteilen gekoppelt sind, dass sich bei einer Lageänderung der Bauteile die Ladungsträgerverschiebung auf der Kapazität ändert, was im Informationsspeicher registriert wird.
Soweit die Bauteile ein lichtdichtes geschlossenes Gehäuse bilden, kann der Generator auch ein kleines photoelektrisches Element (z. B. eine Photodiode, ein Photowiderstand oder eine Solarzelle) sein, das sich innerhalb des Gehäuses befindet. Wird dieses geöffnet, dringt Licht ein, so dass das photoelektrische Element elektrische Energie erzeugt, die im Informationsspeicher registriert wird.
Bei dem Informationsspeicher kann es sich um einen Kondensator handeln, der die ihm zugeführte Ladung speichert. Der Ladungszustand des Kondensators kann von der elektrischen Auswerteeinheit bestimmt werden, was es erlaubt zu bestimmen, ob die Bauteile voneinander entfernt worden sind.
Bekannt sind auch elektronische Bauteile mit nicht flüchtigen Informationsspeichern, die aus einer elektronischen Schalteinheit bestehen. Sobald dieser ein Spannungsstoß zugeführt wird, schaltet sie dauerhaft um. Dieser Schaltzustand kann ebenfalls von der elektrischen Auswerteeinheit erfasst werden.
Im allereinfachsten Fall kann es sich bei dem Informationsspeicher um eine Überstromschutzeinrichtung handeln, also einer sogenannten Sicherung. Handelt es sich dabei um eine Schmelzsicherung, so kann durch eine extrinsische visuelle Untersuchung oder eine intrinsische elektrische Messung erkannt werden, ob die Sicherung ausgelöst hat und somit ein Entfernen - sprich ein Öffnen des Gehäuses - vorgelegen hat.
Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels - dargestellt in einer einzigen Figur - der prinzipielle Aufbau der Erfindung näher erläutert werden.
Die Figur zeigt strichpunktiert ein von einem Deckel verschlossenes Gehäuse 1, das mit einer energieautarken Sensorik versehen worden ist.
Diese besteht aus einem Generator (Energy Harvester) 2, der - wie oben beschrieben - piezoelektrisch, induktiv, elektrostatisch, kapazitiv oder photoelektrisch arbeitet und wirkmäßig zwischen Gehäuse und Deckel angeordnet ist.
Wird das Gehäuse 1 geöffnet, also sein Deckel entfernt, wird aufgrund der oben beschriebenen Wirkungsweise des Generators 2 eine kleine Energiemenge an einen Informationsspeicher 3 gegeben, wodurch dessen Zustand im Sinne einer Informationseinheit verändert wird.
Die Zustandsänderung kann später von einer elektrischen Auswerteeinheit 4 erfasst werden, so dass festgestellt werden kann, ob das Gehäuse 1 geöffnet worden ist.
Die Auswerteeinheit (4) kann entweder im Gehäuse 1 für eine intrinsische Messung untergebracht sein (4.1) oder für eine extrinsische Messung (4.2) entweder ständig oder nur in einem Verdachtsfall nachträglich außen angeschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Generator
3: Informationsspeicher
4: elektrische Auswerteeinheit

Claims

Vorrichtung zur qualitativen Bestimmung der Änderung der relativen Lage zweier Bauteile, aufweisend einen elektrische Energie erzeugenden Generator (2), der so in Relation zu den Bauteilen angeordnet ist, dass er aktiviert wird, wenn sich die relative Lage der Bauteile ändert, und aufweisend einen nichtflüchtigen, auslesbaren Informationsspeicher (3), der mit dem Generator (2) elektrisch verbunden ist und der eine Zustandsänderung aufgrund der ihm vom Generator (2) zugeführten Energie erfährt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Auswerteeinheit (4) zum Auslesen des Informationsspeichers (3) vorhanden ist, die bei einer Speicherzustandsänderung ein Stoppsignal erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) aus einem Piezoelement an einem der Bauteile und einem Druckelement am anderen Bauteil besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) aus einer Induktivität an einem der Bauteile und einem Magneten oder Elektromagneten am anderen Bauteil besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) aus einem aus zwei Elektroden bestehenden kapazitiven Element besteht, wobei das Element mit den Bauteilen gekoppelt ist, so dass sich bei einer Lageänderung die Ladungsträgerverschiebung auf der Kapazität ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile ein lichtdichtes geschlossenes Gehäuse (1) bilden und dass der Generator (2) ein photoelektrisches Element ist, das sich in dem Gehäuse (1) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsspeicher (3) ein Kondensator ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsspeicher (3) ein elektronisches Bauteil mit einem nichtflüchtigen Informationsspeicher ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsspeicher (3) eine Überstromschutzeinrichtung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile ein Gehäuse (1) bilden, in dem die elektrisch betriebene Auswerteinheit (4) untergebracht ist, die so eingerichtet ist, dass sie bei einem Stoppsignal reversibel oder irreversibel außer Betrieb gesetzt wird.