EP4010662A1 - Anchoring device - Google Patents

Anchoring device

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Publication number
EP4010662A1
EP4010662A1 EP20746937.0A EP20746937A EP4010662A1 EP 4010662 A1 EP4010662 A1 EP 4010662A1 EP 20746937 A EP20746937 A EP 20746937A EP 4010662 A1 EP4010662 A1 EP 4010662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
designed
fastening
interface
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20746937.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Buck
Stefano Delfini
Wolfgang PLEUGER
Gerd Scheying
Tjalf Pirk
Joachim Loeblein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4010662A1 publication Critical patent/EP4010662A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B13/00Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose
    • F16B13/04Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose with parts gripping in the hole or behind the reverse side of the wall after inserting from the front
    • F16B13/06Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose with parts gripping in the hole or behind the reverse side of the wall after inserting from the front combined with expanding sleeve
    • F16B13/063Dowels or other devices fastened in walls or the like by inserting them in holes made therein for that purpose with parts gripping in the hole or behind the reverse side of the wall after inserting from the front combined with expanding sleeve by the use of an expander
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • F16B31/028Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load with a load-indicating washer or washer assembly
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H04Q2209/40Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture
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    • H04Q2209/00Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/84Measuring functions

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for a fastening device, with a base body, with a sensor unit which is designed to detect at least one fastening quantity, with an interface that is connected to the sensor unit and is designed to provide an external readout device with the at least one fastening device provision size. It is proposed that the interface be electrically connectable to a wireless communication unit or directly connectable to the external readout device. In this way, a simple and inexpensive measuring device can be provided which can be retrofitted with expensive electronics and / or communication. In this way, a particularly inexpensive measuring device can advantageously be implemented, via which the state of a fastening device can be monitored.
  • the fastening device is in particular a fastening that is used in construction, such as an anchor, a dowel or a screw.
  • An anchor is to be understood as meaning, in particular, a component or an arrangement of components for the secure connection or anchoring of components.
  • the anchor is preferably made of a tensile strength material, preferably a metal.
  • the anchor is designed to be fastened in a borehole.
  • the anchor is in particular designed to be non-positive and / or form-fitting with the material in which the borehole is arranged.
  • the anchor is designed such that it can be connected in a materially bonded manner to the material in which the drill hole is arranged.
  • the borehole is designed, in particular, as a substantially cylindrical borehole.
  • the main body of the measuring device can be formed from a plastic, a ceramic material and / or a metal.
  • the base body can, for example, be designed as an at least partially or partially annular disk, as a circuit board, as a nut or as a washer.
  • the base body is designed such that the base body is arranged in a force path of the fastening device in the fastened state.
  • the base body can be arranged partially or completely in the force path of the fastening device.
  • the force path of the fastening device should be understood to mean in particular the loading in which a force from the fastening device acts in the fastened state.
  • the base body preferably consists of a composite material.
  • the sensor unit can have one or more sensor elements for detecting the fastening parameters.
  • the sensor elements can be designed as passive sensor elements or active sensor elements.
  • An active sensor element is to be understood in particular as a sensor which is designed in such a way that an electrical signal can be generated from the outside without electrical energy.
  • the active sensor element can, for example, be designed as a thermal element, as a light sensor, as a photovoltaic cell or as a pressure sensor, in particular as a piezoelectric pressure sensor.
  • the active sensor element can for example be designed as a piezoelectric or an electrodynamic sensor element.
  • the active sensor element is designed to generate a mechanical or electromagnetic excitation, a response to this excitation being able to be converted into an electrical signal by the active sensor element.
  • the active sensor element requires external electrical energy to generate the excitation.
  • the active sensor element can, for example, be a piezoelectric Layer, a sounder, a vibration element or an electronic oscillating circuit can be executed.
  • a passive sensor is to be understood in particular as a sensor whose parameters are changed by the measured variable.
  • the passive sensor is preferably designed in such a way that the parameter can be changed by the measured variable independently of an applied voltage or energy supply.
  • the conversion into an electrical signal is preferably carried out as soon as electrical energy is available.
  • electronics can convert this parameter into an electrical signal.
  • the passive sensor can, for example, be designed as an inductive, capacitive, resistive and optical sensor element, or as a pressure, force, inertial, light, humidity, temperature or magnetic field sensor, as a thermocouple or as a microphone.
  • the electronics can include, for example, an ASIC, an IC or integrated circuit or a microprocessor. Furthermore, the sensor unit or the electronics can comprise a memory unit.
  • the fastening size can be stored at least temporarily in the memory unit.
  • identification information can be stored digitally in the memory unit, via which the fastening device can be identified.
  • the identification information can include, for example, type, model, manufacturer information and / or a unique identification.
  • the fastening variables are, in particular, physical variables by means of which the state of fastening of the fastening device, the state of the fastening device and / or the state of the material in which the fastening device is attached can be characterized.
  • the fastening size can for example be designed as a force with which the fastening device is attached, for example the compressive force on a nut in the case of an anchor.
  • the fastening size can also be designed as an orientation of the fastening device, for example a tilting of the nut. It is also conceivable that the fastening size is designed as information relating to the moisture and / or corrosion in the area of the fastening device or a temperature.
  • the fastening size is in the form of information relating to the state of the surroundings of the fastening device.
  • the interface can be designed as a wireless interface or as a contact interface.
  • a wireless interface is to be understood in particular as an interface via which the fastening size and / or the identification information can be transmitted wirelessly.
  • the interface can be designed in such a way that the data can be transmitted via, for example, Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX.
  • the interface is designed as a wireless interface.
  • a contact interface is to be understood in particular as an interface via which data can be exchanged via direct contact with the external readout device.
  • the interface in particular the contact interface, preferably comprises a contact element which is designed to transmit data by means of an electrical conductor or a light oscillation conductor.
  • the wireless communication unit is preferably designed to be connectable to the contact element of the interface.
  • an interface designed as a contact interface can be converted into a wireless interface via the connection of the wireless communication unit to the interface.
  • the wireless communication unit can be designed as an RFID tag or a SAW tag, for example.
  • the external readout device has a communication interface via which a signal provided by the interface can be received and can, for example, be designed as a Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX communication interface.
  • the external read-out device can be designed, for example, as an external read-out device that is particularly battery-operated.
  • the external device can, for example, be designed as a handheld power tool, which is provided in particular for generating the borehole or for fastening the fastening device, such as an anchor, for example.
  • the hand-held power tool can, for example, be designed as a drill, an impact drill, a hammer drill, a screwdriver, an impact screwdriver or the like.
  • the external readout device is designed as a device specifically provided for reading out the fastening device or the interface. It is also conceivable that the external readout device is designed as a smartphone, a tablet or a mobile computer, such as a laptop, for example. Alternatively, it is also conceivable that the external readout device is designed as an autonomous device, which the measuring device device autonomously controls and reads, for example a robot or a drone. Alternatively, it is conceivable that the external readout device is designed as a stationary unit which is installed in the area of at least one fastening device, preferably in an area with several fastening devices. Several fastening devices can advantageously be checked periodically by means of the interface via the external readout device, which is designed as a stationary unit, in order to ensure that the anchoring is secure.
  • the information provided via the interface can be monitored and evaluated during and / or after the fastening device is set in order to store it in an infrastructure or to write it to the memory element.
  • this process can be monitored, in particular via an external device designed as a hand-held power tool.
  • the monitoring or the reading out and evaluation can also take place at a distance of a few meters by means of a mobile external reading device.
  • the memory element is designed as an RFID element and is intended to be modified and / or written to by tools or hand-held power tools placed near the fastening device.
  • the storage takes place, for example, via a physical modification of a resistor or a capacitance, which in turn can be read out through the interface.
  • the information provided via the interface can also be called up at a later point in time.
  • the sensor unit has a transmission element which is designed to convert a physical input variable into a physical output variable, the attachment variable being detected by the sensor element based on the physical output variable.
  • the transmission element can advantageously make it easier or even make it possible to detect the size of the fastening.
  • the physical input variable can, for example, be a force that acts on the measuring device. It is also conceivable that the physical input variable is a temperature, a pressure or a humidity in the area of the measuring device.
  • different output variables are conceivable, such as for example a force, an optical variable, an electrical variable, a magnetic cal variable, etc.
  • the transmission element can also be designed in one piece with the sensor element, so that the transmission element is also designed to detect the measured variable.
  • the transmission element is designed to be elastic in such a way that the fastening size can be detected via a deformation of the transmission element.
  • a physical input variable in the form of a force can be converted by the transmission element in a simple manner, for example into a force that acts in a different direction and / or into a thickness or length of the transmission element.
  • the transmission element has, in particular, a modulus of elasticity of less than 10, preferably less than 2, preferably less than 0.1.
  • An elastic transmission element is to be understood as meaning in particular an elastically deformable transmission element that changes its shape when a force is applied and returns to its original shape when this force is no longer applied.
  • the transmission element can also be designed to be plastically deformable, the threshold for the deformation being advantageously chosen such that a proper or improper fastening of the fastening device can be detected or displayed.
  • the transmission element is designed in such a way that at least one optical property of the transmission element changes as a function of the physical input variable.
  • the optical property can advantageously be detected by the sensor unit.
  • the optical property can be, for example, the transparency, the refractive index, the reflectivity, the color, etc. of the transmission element.
  • the transmission element is designed in such a way that at least one magnetic property changes as a function of the physical input variable.
  • the transmission element is designed in such a way that at least one electrical property of the transmission element changes as a function of the physical input variable.
  • the magnetic properties can be, for example, a coupling variable, a magnetic susceptibility, a magnetic permeability, a resulting change in the magnetic flux or the flux transfer, to a inductive damping quantity or a changed eddy current behavior.
  • the electrical properties can be, for example, a capacitance of a capacitor, in particular a capacitance of a plate capacitor, an electrical permittivity, an electrical susceptibility or an electrical resistance, in particular a contact resistance.
  • the interface has at least one mechanical connection element for the force-fitting and / or form-fitting connection with the wireless one.
  • the force-fit and / or form-fit connection is preferably designed to be releasable without tools.
  • the connection between the interface and the wireless communication unit can thereby advantageously be released in order to connect another measuring device to the wireless communication interface.
  • the sensor unit and the interface are arranged at a distance from one another, the sensor element being arranged radially on the inside and the interface being arranged radially on the outside.
  • the sensor unit is arranged in a force path of the fastening device and the communication unit is arranged outside of the force path of the fastening device. This can advantageously reduce the load on the communication unit. Radially inwardly should be understood in this context, in particular, that when fastened with the fastening device transversely to the connection direction, the distance between the sensor unit and the fastening device is less than the distance between the interface or the wireless communication unit.
  • the interface can be arranged on a top side, a bottom side or on the edge of the measuring device. A top side of the measuring device is to be understood in particular as the side facing away from the workpiece to which the fastening device is attached in the fastened state.
  • the interface be connected to the sensor element via an electrical connection element.
  • the electrical connection element can for example be designed as a wire, a cable or as a conductor track.
  • the connecting element is designed as a contact electrode, a ring electrode, an array or a matrix of contacts or a coil.
  • the measuring device preferably has a shield which is designed to shield the sensor element and / or the connecting element.
  • the shield can comprise, for example, a shield structure or a mass socket for electrodes. It is also conceivable that the shield comprises at least one shield ring.
  • shielding is to be understood as meaning in particular suitable shielding against electrical and / or magnetic fields. In this way it can advantageously be ensured that the detection of fastening parameters, which are determined, for example, via a capacitance, are not or hardly falsified.
  • the measuring device have a reference structure for comparison with environmental parameters. This can advantageously increase the accuracy of the detection of the fastening size.
  • the reference structure is preferably arranged outside the force path.
  • the interface has at least two contact elements, each of which is designed to provide at least one fastening size.
  • the contact elements can be formed in the same way, but in particular are not electrically connected to one another.
  • the contact element can be designed, for example, as an electrode, as a plug, as a socket, as a contact pad or the like.
  • the invention also relates to a system having a measuring device as described above and a wireless communication unit, the wireless communication unit being connected to the measuring device in a materially or non-positively and / or positively locking manner.
  • a measuring device that can wirelessly communicate with an external readout device can thereby advantageously be implemented.
  • the invention further relates to a measuring device for a fastening device, with a base body, with a sensor unit that is designed to detect at least one fastening variable, with an interface that is connected to the sensor unit and designed to provide an external readout device to provide the at least one attachment size, the sensor unit having an excitation element for mechanical and / or electrical excitation of the attachment device and a sensor element, the sensor element being designed to provide an attachment size depending on the response to the excitation capture.
  • the excitation element can be designed piezoelectrically or electrodynamically, for example.
  • the excitation element can have an active sensor element and / or a passive sensor element.
  • the excitation element is designed in particular to generate a mechanical or electromagnetic excitation, wherein a response to this excitation can be converted into an electrical signal by the sensor element.
  • electronics can convert the response to the excitation into an electrical signal.
  • the excitation element requires electrical energy to generate the excitation.
  • the excitation element can be designed, for example, as a piezoelectric layer, a sounder, a vibration element or an electronic oscillating circuit.
  • the excitation element and the sensor element can be designed in one piece, the sensor element preferably being designed as an active sensor.
  • the excitation element is connected in particular to electronics.
  • the electronics can both provide the energy supply for the excitation element and control or regulate the excitation element.
  • the control or regulation takes place via an ASIC, a microcontroller or the like.
  • the measuring device is designed in such a way that the excitation of the excitation element affects the workpiece or the structure receiving the fastening device.
  • the excitation element is designed to generate a mechanical vibration.
  • the mechanical oscillation can in particular be designed as a sound wave.
  • the mechanical oscillation can be designed as a longitudinal and / or transverse wave.
  • the sensor unit is designed to detect the fastening size based on the transit time, the intensity, the frequency and / or the direction of the mechanical vibration. A precise detection of the fastening size can thereby advantageously be realized.
  • the excitation element be designed as a piezo element.
  • the excitation element embodied as a piezo element is preferably embodied in one piece with the sensor element.
  • the excitation element is designed to carry out an electromagnetic excitation, the sensor element detecting a fastening variable based on an electrical impedance.
  • the excitation element is designed as a capacitor that is reloaded with different frequencies. A detection of the moisture of the workpiece receiving the fastening device is, for example, conceivable via such an excitation.
  • the invention further relates to a system comprising a measuring device as described above and a further measuring device that are wirelessly connected to each other, the further measuring device having a sensor element which is designed to determine a fastening size as a function of the response to the excitation of the Detect excitation element of the measuring device.
  • the further measuring device can be designed essentially identically to the measuring device.
  • the invention preferably relates to a method for monitoring the status of a fastening device, comprising the following steps:
  • a fastening variable can advantageously be detected via the response signal and the state of the fastening device and / or the workpiece can thus be determined.
  • the invention also relates to a measuring device for a fastening device, with a base body, with a sensor unit which is designed to detect at least one fastening variable, with an interface which is connected to the sensor unit and is designed to provide an external readout device to provide at least one fastening size, the measuring device having an energy supply unit which is designed to supply a sensor element, an excitation element and / or a communication unit with energy.
  • the measuring device can thereby advantageously be supplied with energy.
  • the energy supply unit has an energy absorption element which is designed to convert an external electromagnetic signal for supplying energy to the measuring device.
  • the external electromagnetic signal is provided by an external energy source that is not part of the measuring device and / or fastening device.
  • the external electromagnetic signal can, for example, be a radio wave or light, in particular special light in the visible range or UV or IR light.
  • the energy absorption element is designed in particular to convert the external electromagnetic signal into an electrical signal or into electrical energy. Further advantageous wavelength ranges are in areas that already permit sufficiently high radio powers in regulatory terms, for example in the areas for RFID, for radar or in generally available areas for communication. It is also proposed that the energy supply unit have an energy storage element.
  • the energy storage element can be designed, for example, as a capacitor, in particular a ceramic capacitor or a tantalum capacitor.
  • the energy storage element is an electrochemical accumulator, a supercap or an electrolytic capacitor
  • the energy storage element have a capacity of at least 5-500 pF, in particular at least 10-200 pF. This can advantageously ensure that the storage capacity of the energy storage element is sufficiently large.
  • the energy supply unit be designed such that the energy is stored in the energy storage element until a threshold value is reached, the sensor element, the excitation element and / or the communication element being activated when the threshold value is exceeded.
  • the invention further relates to a system consisting of a measuring device as described above and an external energy supply device.
  • the external energy supply unit can be integrated into a building infrastructure unit, such as a smoke detector, for example.
  • the measuring device can thereby advantageously be supplied with energy regularly or as required.
  • the energy supply unit is designed as a mobile external energy supply unit that can be worn by a user, such as a smartphone or a flashlight.
  • the external energy supply unit is designed as an autonomous device that autonomously controls the measuring device and supplies it with energy, for example a robot or a drone.
  • the excitation or the electromagnetic radiation of the external energy supply device is advantageously optimized for the energy supply unit.
  • the invention preferably further relates to a method for controlling a measuring device for a fastening device, comprising the following steps: - Activation of an external energy supply unit; Activation can be triggered manually by a user or automatically.
  • the automatic activation can, for example, be time-triggered.
  • the external energy supply unit can be portable, autonomously mobile or designed as a stationary device.
  • the external energy supply device can also be the external readout device.
  • the state variable of the energy supply unit is a fill level of the energy storage unit of the energy supply unit.
  • All electronic components of the measuring device can advantageously be supplied with energy by the energy supply unit.
  • La is a schematic side view of a first embodiment of a measuring device with a fastening device
  • FIG. 1b shows a perspective view of the measuring device according to FIG.
  • FIG. 1c shows a partial section through the measuring device according to FIG.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the measuring device
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of the measuring device
  • FIG. 7 shows a seventh embodiment of the measuring device
  • FIG. 8 shows an eighth embodiment of the measuring device
  • 9a shows a schematic view of a ninth embodiment of the measuring device
  • FIG. 9b shows a schematic view of two measuring devices according to FIG. 9a.
  • Fig. La is a side view of a fastening device 10 with a measuring device 100 is shown.
  • the fastening device 10 is designed in particular for mounting heavy-duty components 12 on walls or ceilings.
  • the fastening device 10 is designed, for example, as an anchor.
  • a borehole 16 is first produced in a workpiece 18 by means of a hand power tool 1004 designed as a hammer drill.
  • the workpiece 18 is designed as a concrete wall with play.
  • the fastening device 10 be made of a metallic material, in particular stainless steel.
  • the heavy-duty component 12 is first positioned on the wall.
  • the fastening device 10 is guided into the borehole 16 via an assembly opening 20 of the heavy-duty component 12, so that a fastening region of the fastening device 10 is arranged within the borehole 16.
  • the fastening device 10 has a front end 22 which is arranged in the borehole 16 in the fastened state.
  • the fastening device 10 has a rear end 24 opposite the front end 22. The rear end 24 is arranged in an area outside the borehole 16 in the fastened state.
  • the fastening device 10 comprises a tension receiving element 26, via which a tensile force can be introduced onto a base body 28 of the fastening device 10.
  • the tension receiving element 26 is designed, for example, as a thread 30 or as an external thread.
  • the tensile force is introduced via a nut 32 which is connected to the tensile receiving element 26.
  • the fastening device 10 comprises an expansion sleeve 34 which, when the fastening device 10 is fastened in the workpiece 18, secures it by a force acting radially outward.
  • the fastening device 10 has a washer 36, which is also formed, for example, from a metal or steel.
  • the washer 36 is designed to distribute a force based on the fastening device 10 or the nut 32 over a larger area.
  • the measuring device 100 has a base body 102.
  • the base body 102 is annular and, for example, has a larger diameter than the washer 36.
  • the lateral extension of the base body 102 is smaller than that of the washer 36 or is adapted to this.
  • the washer 36 and the base body 102 of the measuring device 100 are formed in one piece.
  • the fastening device 10 is shown in the fastened state in FIG. 1 a, in which the fastening device 10 is arranged in the borehole 16. For fastening, the fastening device 10 is first connected to a washer 36 and then to the measuring device 100.
  • a nut 32 is connected to the fastening device 10.
  • the nut 32 has an internal thread, not shown, which corresponds to the tension receiving element 26 of the fastening device 10, which is designed as a thread 30.
  • the nut 32 is screwed onto the fastening device 10 until the nut 32 rests on the washer 36 and the washer 36 rests on the heavy-duty component 12 via the measuring device 100.
  • a torque is transmitted to the nut 32 by means of a tool such as a wrench or a handheld power tool 1004 such as a screwdriver, the torque acting on the nut 32 being transmitted via the train receiving element 26 into a tensile force acting on the fastening device 10 .
  • the measuring device 100 is arranged in a force path of the fastening device 10 in order to detect a fastening variable in the form of a force, in particular a pretensioning force.
  • the measuring device 100 has a sensor unit 104 for detecting the fastening quantity by means of at least one sensor element 106.
  • the sensor unit 104 is connected to an interface 108.
  • the interface 108 is designed to provide an external readout device 1000 with the fastening size detected by the sensor unit 104.
  • the interface 108 is exemplary designed as a contact interface.
  • the interface 108 comprises four contact elements 110 which are arranged as contact surfaces 112 on an upper side of the measuring device 100.
  • the upper side of the measuring device 100 faces the screw head or the nut 32 of the fastening device 10 in the fastened state.
  • the interface 108 or the contact elements 110 can be contacted directly by the external readout device 1000 in order to exchange data or to transmit the fastening parameters.
  • the interface 108 optionally includes a further contact element 114, which is provided for connection to a ground.
  • the interface 108 is connected to the sensor unit 104 via a connection element 116.
  • the connecting element 116 is designed, for example, as electronics 118.
  • the electronics 118 comprise an integrated circuit 120 which is connected to the sensor unit 104 and the interface 108.
  • the electronics 118 also has a memory element 122 in which data, in particular the data or fastening variables detected by the sensor unit 104, can be stored.
  • An ID of the measuring device 100, via which the measuring device can be identified / characterized, is additionally stored, for example, in the memory element 122.
  • the electronics 118 are supplied with energy via an energy supply unit 124.
  • the energy supply unit 124 is designed to supply the sensor unit 104 or the sensor element 106 with energy.
  • the energy supply unit 124 comprises an energy storage element 126 and an energy absorption element 128.
  • the energy absorption element 128 is designed to convert an external, in particular, electromagnetic signal for supplying energy to the measuring device 100 into electrical energy.
  • the energy absorption element 128 is designed, for example, to convert an electromagnetic signal in the form of light.
  • the energy absorption element 128 is designed in particular as a solar cell 130 which, by means of the photovoltaic effect, converts the light received, for example sunlight, into electrical energy.
  • the energy absorbing element 128 is arranged on the surface of the measuring device 100.
  • the energy absorption element 128 has an area of at least 0.5 cm 2 , in particular at least 1 cm 2 , preferably in a range between 2 cm 2 and 10 cm 2 .
  • the size of the energy absorption element 128 is preferably designed such that it corresponds to at least 10%, preferably at least 25%, preferably at least 50%, of the area exposed in the fastened state of the fastening device 10.
  • the exposed surface is that part of the surface of the measuring device 100 facing away from the heavy-duty component 12 and which is not acted upon by the fastening device 10 by the nut 32.
  • the energy absorption element 128 is preferably designed in such a way that it has a power of at least 100 pW, preferably at least 250 pW, preferably at least 1 mW. In this way, the energy storage element 126 can advantageously be charged sufficiently in a few seconds to supply the sensor unit 104 and / or the electronics 118 with energy.
  • the energy storage element 126 is designed, for example, as a capacitor in the form of a tantalum capacitor. Due to its internal porous structure, the tantalum capacitor advantageously has a very high storage capacity with a small size.
  • the energy storage element 126 has, in particular, a capacity of at least 100 pF, preferably at least 0.5 mF, preferably several mF, in order to provide a sufficiently high energy for carrying out measurements or communication with the external readout device 1000.
  • the energy supply unit 124 is designed, for example, in such a way that the energy is stored in the energy storage element 126 until a threshold value is reached, the sensor element 106 being activated when the threshold value is exceeded.
  • the threshold value is, for example, a capacitance value of 50 pF.
  • the threshold value can also be designed as a voltage on the energy storage element, such as 3.0 V.
  • the energy supply unit 124 is supplied with energy, for example, via an external energy supply unit 1100.
  • the external power supply unit 1100 is exemplified as a flashlight 1102 with a lens system System designed to also illuminate remote measuring devices 100 or fastening devices 10.
  • the external energy supply unit 1100 is designed as a floodlight.
  • the electromagnetic radiation emanating from the external energy supply unit 1100 is advantageously optimized for the solar cell 130 used, in which the emitted wavelength is adapted.
  • the sensor element 106 of the sensor unit 104 is designed, for example, as a passive sensor element 132.
  • the sensor element 106 is designed as a shielded capacitor 134 and shown in Fig. Lc in a sectional view.
  • the sensor element 106 comprises, for example, four electrically conductive planes 136 which are electrically isolated from one another by the base body 102 of the measuring device 100.
  • the base body 102 can, for example, have a ceramic structure, a reinforced plastic or a glass fiber-reinforced plastic in the areas between the conductive planes 136.
  • the conductive planes 136 are preferably made of a metal such as copper or a copper alloy.
  • the conductive planes 136 consist of gold or a gold alloy.
  • the two outer conductive planes 138 are assigned to a shield 140. These outer planes 138 advantageously cover as large a proportion of the plane as possible, in particular at least 50%, preferably at least 75%, of the plane in order to provide effective shielding of the sensor element 106 from external interference factors such as electromagnetic radiation.
  • the two outer levels 138 are electrically connected to one another via a shielding element 142, which is preferably arranged preferably completely along or near the outer edge of the conductive levels 136. Furthermore, the outer planes 138 are connected to the ground contact 114.
  • the two inner conductive planes 144 form a parallel plate capacitor.
  • the conductive planes 136 of the parallel plate capacitor are ring-shaped and run circularly around the central opening 146 of the measuring device 100.
  • the inner planes 144 are preferably arranged completely within the shield 140 in order to avoid interference with the detection of the fastening size.
  • the sensor unit 104 has a plurality of sensor elements 106.
  • the sensor unit 104 could have three sensor elements, which are also designed as parallel-plate capacitors and are distributed around the central opening 146 in the manner of a segment of a circle.
  • the sensor unit 104 has a reference structure 148.
  • the reference structure 148 also consists of a parallel-plate capacitor and is arranged completely within the shield 140. In contrast to the sensor element 106, the reference structure 148 is arranged outside the direct force path, so that the reference structure in the fastened state is not arranged directly below the screw head or the nut 32 of the fastening device 10.
  • the sensor element 106 and the reference structure 148 are each connected to a contact element 110 of the interface 108 in order to provide the detected fastening variable to an external readout device 1000.
  • an external readout device 1000 By means of the electronics 118 and / or the external readout device 1000, it is possible, for example, to determine a fastening force based on a difference between the two recorded fastening variables in the form of the capacitances. Furthermore, it is also possible that other influences, such as the temperature, the humidity, the aging of the carrier material or the workpiece, etc., can also be determined using the recorded fastening parameters.
  • the capacitors or the sensor element 106 and the reference structure 148 are read out as soon as the energy supply unit 124 has stored enough energy or a threshold value is exceeded.
  • the control takes place via the electronics 118, which are connected both to the energy supply unit 124 and to the sensor unit 104.
  • the capacitors are read out at predetermined time intervals, for example once a day, weekly, monthly or annually.
  • the recorded values are preferably provided digitally via the interface 108.
  • the interface 108 designed as a contact interface can, for example, be connected to an external readout device 1000 designed as a handheld power tool 1004 for data exchange. The connection is made via a cable 1006, for example, which can be directly connected to the contact elements 110 of the measuring device.
  • the handheld power tool 1004 is designed, for example, as a cordless screwdriver.
  • the interface 108 is designed to be connectable to an external communication unit 150.
  • the external communication unit 150 is designed, for example, as an RFID tag 152 and can be connected to the measuring device 100 or the interface 108 via an integral connection, for example by gluing.
  • the detected fastening size can be provided to an external readout device 1000 such as a smartphone via wireless communication 1010.
  • the RFID tag can be detuned at suitable frequencies, for example by the electronics 118, or the value of the fastening size can be read out and converted into digital information.
  • a clearly user-friendly system can advantageously be implemented as a result.
  • the connection between the measuring device 100 and the external communication unit 150 is preferably designed such that it is detachable, in particular detachable without tools.
  • the external communication unit 150a is supplied with energy via the energy consumed by the energy supply unit 124.
  • the external communication unit 150 could be designed as a SAW tag that enables wireless communication by means of surface waves.
  • the measuring device 100a essentially corresponds to the measuring device 100 described above and differs in the design of the interface 108a and the external communication unit 150a.
  • the interface 108a is designed as a sensor node which has suitable contacts for connection to the external communication unit 150a, for example in the form of a Bluetooth beacon 154a.
  • the measuring device 100a has a mechanical interface 156a.
  • the mechanical interface 156a is partially formed in one piece with the base body 102a of the measuring device 100a and comprises a plurality of latching arms 158a, which are designed for a non-positive and positive connection to a housing 160a of the external communication unit 150a.
  • the latching arms 158a engage in corresponding recesses (not shown) on the outside of the housing 160 of the external communication unit 150a.
  • the Bluetooth module of the external communication unit 150a is arranged on a printed circuit board within the housing 160 in order to protect this advantageously.
  • the external communication unit 150a is supplied with energy via the energy taken up by the energy supply unit 124a.
  • the energy supply unit 124a comprises an energy absorption element 128a and an energy storage element 126a.
  • the energy absorption element 124a is an example of the conversion of an electromagnetic signal in the form of a radio wave or a radio wave.
  • the energy absorption element 128a is arranged on the surface of the measuring device 100a.
  • the external energy supply unit 1100a can for example be designed as an RFID transmitter or as a GSM transmitter.
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment of the measuring device 100 in a perspective view.
  • the measuring device 100b differs from the previously described measuring device 100 in particular in the design of the interface 108b.
  • the interface 108b comprises two by four contact elements 110b in the form of plug sockets 162b, which are connected to the sensor unit 104b.
  • There are four plug connectors each 162b is connected to the sensor element 106b and four plug connectors 162b are connected to the reference structure 148b.
  • the plug connectors 162b are preferably designed as MMCX (micro-miniature coaxial) plug connectors.
  • the plug connectors 162b are directed outwards in order to achieve the most compact possible construction of the measuring device 100b.
  • FIGS. 4 to 9b further embodiments of the measuring device 100 are shown in a schematic side view.
  • the interfaces 108c to 108h are always designed as contact interfaces which can be connected to an external communication unit, not shown.
  • all measuring devices 100c to 100h have an optional energy supply unit 124c to 124h.
  • the measuring device 100c has a base body 102c which is integrally formed with the washer 36c of the fastening device 10.
  • the measuring device 100c has a transmission element 164c, which is designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100c in the fastened state starting from the fastening device 10, into a physical output variable.
  • the transmission element 164c is designed, for example, as an elastic element 166c, which has a rubber-like sheath that is filled with a particularly viscous fluid. Alternatively, a fluid-filled balloon would also be conceivable.
  • the elastic element 166c converts the physical input variable into a physical output variable in the form of a pressure and / or deformation or extended distance of the transmission element 164c.
  • the physical output variable is detected by the sensor unit 104c of the measuring device 100c and provided as a fastening variable for the interface 108c.
  • the sensor unit 104c is designed for this purpose, for example, to detect the pressure. This can be implemented, for example, in that the sensor unit 104c has a sensor element 106c in the form of a bridge circuit with four resistors, in particular only one or two of the resistors changing their value due to the bending or the pressure. Alternatively, the deformation could be detected, for example, by a sensor element 106c in the form of an optical sensor such as a camera.
  • the measuring device 100d has a base body 102d which is formed in one piece with the washer 36d of the fastening device 10.
  • the measuring device 100d has a transmission element 164d which is designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100c in the fastened state starting from the fastening device 10 into a physical output variable in the form of a light signal.
  • the transmission element 164d is designed, for example, as a light-conducting layer 168d. Alternatively, a light guide embedded in a layer would also be conceivable.
  • the light-conducting layer 168d converts the physical input variable or the pinching caused into a physical output variable in the form of light transmission through the transmission element 164d.
  • the light-conducting layer 168d is designed in such a way that the light transmission through the transmission element 164d changes as a function of the force applied.
  • the physical output variable is detected by the sensor unit 104d of the measuring device 100d and made available as a fastening variable for the interface 108d.
  • the sensor unit 104d is designed for this purpose, for example, to detect the light transmission.
  • This can be implemented, for example, in that the sensor unit 104d has a sensor element 106d in the form of an optical sensor such as a camera or a photodiode.
  • a light signal can be introduced into the transparent transmission element 164d at one or more points via a light source (not shown).
  • the measuring device 100e has a base body 102e which is formed in one piece with the washer 36e of the fastening device 10.
  • the measuring device 100e has two transmission elements 164e which are designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100e in the fastened state starting from the fastening device 10 into a physical output variable in the form of a magnetic field.
  • One of the transmission elements 164e is designed as a magnetic element 170e for generating a magnetic field.
  • the magnetic element can, for example, be designed as a permanent magnet 172e as mentioned. Alternatively, it would also be conceivable that the magnetic element 170e is designed, for example, as an electromagnet or a coil.
  • the Transmission element 164e designed as a magnetic element 170e is arranged in such a way that the generated magnetic field is at least partially, preferably completely, with the force path of the fastening device 10 and / or the other transmission element 164e, which is designed as a layer 174e, which is based on the magnetic field influenced by the force acting on them and / or displaced, overlaps.
  • the layer 174e can, for example, be designed as a ferromagnetic layer whose field conductivity is dependent on the pressure.
  • the layer 174e is designed as a ferromagnetic “Shape Memory Alloy” which changes its crystal configuration at a predefined pressure in such a way that it switches from magnetic field conducting to magnetic field displacing from this threshold value. Both quantitative measurements and reliable qualitative measurements can advantageously be carried out via the various layers 174e.
  • the physical output variable is detected by the sensor unit 104e of the measuring device 100e and provided as a fastening variable for the interface 108e.
  • the sensor unit 104e is designed, for example, to detect the magnetic field. This can be implemented, for example, in that the sensor unit 104e has a sensor element 106e in the form of a magnetic field sensor such as a Hall sensor. In order to improve the measurement, the sensor unit can have several Hall sensors.
  • the measuring device 100e has a base body 102f which is formed in one piece with the washer 36f of the fastening device 10.
  • the measuring device 100f has a transmission element 164f which are designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100f in the fastened state from the fastening device 10 into a physical output variable in the form of an eddy current or an inductance .
  • the transmission element 164f is designed as a coil 176f for inducing an eddy current in the fastening device 10.
  • the response signal and thus the physical output variable, which is measured by the sensor unit 104f changes.
  • the sensor element 106f can include the excitation coil 176f.
  • the force coupling of the fastening device 10 results from the forces acting between the individual parts, for example the nut 32 and the measuring device 100f.
  • the measuring device 100g according to FIG. 8 has a base body 102g which is constructed in one piece with the washer 36g of the fastening device 10.
  • the measuring device 100g has a transmission element 164g which is designed to convert a physical input variable in the form of a force, which in the fastened state acts on the measuring device 100g from the fastening device 10, into a physical output variable.
  • the sensor unit 104g comprises a sensor element 106g, which is designed as a passive sensor element.
  • the sensor element 106g is designed to detect a fastening variable in the form of a force.
  • the sensor element 106g can be used, for example, as a capacitor that detects the attachment size via a change in resistance.
  • the transmission element 164g is designed as a reinforcement layer 176g which is electrically conductive and, by means of suitable structures, amplifies a change in the resistance of the sensor element 106g as a function of pressure.
  • the transmission element 164g or the reinforcement element 176g is designed differently.
  • the reinforcement element 176g amplifies the change in a current as a function of the applied force.
  • the measuring device 100h has a base body 102h which is constructed in one piece with the washer 36h of the fastening device 10.
  • the measuring device 100h has a sensor unit 104h, an energy supply unit 124h and an interface 108h.
  • the measuring device 100h or the sensor unit 104h has an excitation element 180h for mechanical and / or electrical excitation of the fastening device 10 and a sensor element 106h, where the sensor element 106h is designed to determine an attachment variable depending on the response to the excitation capture.
  • the excitation element 180h is designed, for example, as a piezo element 182h.
  • the excitation element 180h is preferably arranged on a side of the measuring device 100h or the washer 36h facing the component 12 to be fastened.
  • the piezo element 182h can be designed as a layer or coating or as a disk. By applying an electrical voltage or AC voltage can be used to generate a force or a vibration to excite the fastening device 10, the heavy-duty component 12 and / or the workpiece 18 by means of the excitation element and be coupled into the force path.
  • the excitation element 180h can be formed at least partially in one piece with the sensor element 106h, so that the detection of the fastening variable also takes place at least partially via the piezo element 182h.
  • the capacitance can be measured, or the restoring force can be recorded electrically as a current pulse with a time delay, from which conclusions can be drawn about the fastening system.
  • conclusions can also be drawn from the surrounding fastening matrix, for example through resonances and / or reflections of mechanical vibrations.
  • the excitation element 180h is designed to carry out an impedance measurement.
  • the excitation element 180h can be designed, for example, as a capacitor, the voltage in the capacitor being recharged at different frequencies and radiating into the fastening matrix or the fastening device 10 and the workpiece 18.
  • a sensor element 106h detects a fastening variable through the response, that is, the speeds of the charge reversal, for example by means of a frequency or phase shift, the system capacitor and the environment. This allows conclusions to be drawn about existing ions, cavities or also cracks in the environment.
  • Fig. 9b is a system of two measuring devices 100h, which are each verbun with a fastening device 10 for fastening a heavy-duty component 12 are shown in a schematic side view.
  • the excitation element 180h can also be used as an impact or sound generator. It is also conceivable that the excitation element 180h of the one measuring device 100h is used to measure the impedance of the further measuring device 100h.
  • the two measuring devices 100h or the interfaces 108h of the measuring devices 100h are each connected to an external communication unit as described above, so that the measuring device 100h can wirelessly communicate with one another and exchange data with one another.

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Abstract

The invention relates to a measuring device for a fastening device, comprising a base body, a sensor unit which is designed to detect at least one fastening variable, an interface which is connected to the sensor unit and designed to provide the at least one fastening variable to the external reading device. It is proposed that the interface is electrically connectable to a wireless communication unit or directly connectable to the external reading device.

Description

Beschreibung description
Titel title
Ankervorrichtung Anchor device
Stand der Technik State of the art
In der WO 2013/113586 ist ein Ankersystem mit einem Sensor zur Erfassung einer axi alen Endlage einer Spreizhülse beschrieben. In WO 2013/113586 an anchor system with a sensor for detecting an axial end position of an expansion sleeve is described.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Befestigungsvorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einer Sensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Befesti gungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle, die mit der Sensoreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrichtung die zumindest eine Befes tigungsgröße bereitzustellen. Es wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle elektrisch verbindbar mit einer drahtlosen Kommunikationseinheit oder direkt verbindbar mit der externen Auslesevorrichtung ist. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengüns tige Messvorrichtung bereitgestellt werden, die mit einer teuren Elektronik und/oder Kommunikation nachrüstbar ist. Vorteilhaft kann dadurch eine besonders kostengüns tige Messvorrichtung realisiert werden, über die der Zustand einer Befestigungsvorrich tung überwacht werden kann. The invention relates to a measuring device for a fastening device, with a base body, with a sensor unit which is designed to detect at least one fastening quantity, with an interface that is connected to the sensor unit and is designed to provide an external readout device with the at least one fastening device provision size. It is proposed that the interface be electrically connectable to a wireless communication unit or directly connectable to the external readout device. In this way, a simple and inexpensive measuring device can be provided which can be retrofitted with expensive electronics and / or communication. In this way, a particularly inexpensive measuring device can advantageously be implemented, via which the state of a fastening device can be monitored.
Bei der Befestigungsvorrichtung handelt es sich dabei insbesondere um eine Befesti gung, die im Bauwesen verwendet wird, wie beispielsweise einem Anker, einem Dübel oder einer Schraube. Unter einem Anker soll insbesondere ein Bauteil oder eine An ordnung von Bauteilen zur zugsicheren Verbindung bzw. Verankerung von Bauteilen verstanden werden. Der Anker besteht vorzugsweise aus einem zugfesten Material, bevorzugt aus einem Metall. Der Anker ist in einem Bohrloch befestigbar ausgebildet. Der Anker ist insbesondere kraft- und/oder formschlüssig mit dem Werkstoff, in wel chem das Bohrloch angeordnet ist, verbindbar ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, dass der Anker stoffschlüssig verbindbar mit dem Werkstoff, in welchem das Bohrloch angeordnet ist, ausgebildet ist. Das Bohrloch ist insbesondere als ein im Wesentlichen zylindrisches Bohrloch ausgebildet. The fastening device is in particular a fastening that is used in construction, such as an anchor, a dowel or a screw. An anchor is to be understood as meaning, in particular, a component or an arrangement of components for the secure connection or anchoring of components. The anchor is preferably made of a tensile strength material, preferably a metal. The anchor is designed to be fastened in a borehole. The anchor is in particular designed to be non-positive and / or form-fitting with the material in which the borehole is arranged. Alternatively, it is also conceivable that the anchor is designed such that it can be connected in a materially bonded manner to the material in which the drill hole is arranged. The borehole is designed, in particular, as a substantially cylindrical borehole.
Der Grundkörper der Messvorrichtung kann aus einem Kunststoff, einem keramischen Werkstoff und/oder einem Metall ausgebildet sein. Der Grundkörper kann beispiels weise als eine zumindest teilweise oder partiell ringförmige Scheibe, als eine Leiter platte, als eine Mutter oder als eine Unterlegscheibe ausgebildet sein. Insbesondere ist der Grundkörper derart ausgebildet, dass der Grundkörper im befestigten Zustand in einem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist. Der Grundkörper kann da bei teilweise oder vollständig im Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung angeordnet sein. Unter dem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung soll dabei insbesondere der Be reich verstanden werden, in welchem im befestigten Zustand eine Kraft ausgehend von der Befestigungsvorrichtung wirkt. Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus einem Verbundwerkstoff. The main body of the measuring device can be formed from a plastic, a ceramic material and / or a metal. The base body can, for example, be designed as an at least partially or partially annular disk, as a circuit board, as a nut or as a washer. In particular, the base body is designed such that the base body is arranged in a force path of the fastening device in the fastened state. The base body can be arranged partially or completely in the force path of the fastening device. The force path of the fastening device should be understood to mean in particular the loading in which a force from the fastening device acts in the fastened state. The base body preferably consists of a composite material.
Die Sensoreinheit kann zur Erfassung der Befestigungsgrößen einen oder mehrere Sensorelemente aufweisen. Die Sensorelemente können als passive Sensorelemente oder aktive Sensorelemente ausgebildet sein. The sensor unit can have one or more sensor elements for detecting the fastening parameters. The sensor elements can be designed as passive sensor elements or active sensor elements.
Unter einem aktiven Sensorelement soll dabei insbesondere ein Sensor verstanden werden, der derart ausgebildet ist, das ein elektrisches Signal ohne elektrische Energie von außen erzeugbar ist. Das aktive Sensorelement kann beispielsweise als ein Ther moelement, als ein Lichtsensor, als eine photovoltaische Zelle oder als ein Druck sensor, insbesondere als ein piezoelektrischer Drucksensor, ausgebildet sein. Das ak tive Sensorelement kann beispielsweise als ein piezoelektrisches oder ein elektrodyna misches Sensorelement ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist das aktive Sen sorelement zur Erzeugung einer mechanischen oder elektromagnetischen Anregung ausgebildet, wobei eine Antwort auf diese Anregung durch das aktive Sensorelement in ein elektrisches Signal umwandelbar ist. Im Gegensatz zu dem passiven Sensorele ment benötigt das aktive Sensorelement elektrische Energie von außen zur Erzeugung der Anregung. Das aktive Sensorelement kann beispielsweise als eine piezoelektrische Schicht, ein Schallgeber, ein Vibrationselement oder auch ein elektronischer Schwing kreis ausgeführt sein. An active sensor element is to be understood in particular as a sensor which is designed in such a way that an electrical signal can be generated from the outside without electrical energy. The active sensor element can, for example, be designed as a thermal element, as a light sensor, as a photovoltaic cell or as a pressure sensor, in particular as a piezoelectric pressure sensor. The active sensor element can for example be designed as a piezoelectric or an electrodynamic sensor element. Alternatively or additionally, the active sensor element is designed to generate a mechanical or electromagnetic excitation, a response to this excitation being able to be converted into an electrical signal by the active sensor element. In contrast to the passive sensor element, the active sensor element requires external electrical energy to generate the excitation. The active sensor element can, for example, be a piezoelectric Layer, a sounder, a vibration element or an electronic oscillating circuit can be executed.
Unter einem passiven Sensor soll insbesondere ein Sensor verstanden werden, des sen Parameter durch die Messgröße verändert wird. Vorzugsweise ist der passive Sensor derart ausgebildet, dass der Parameter durch die Messgröße unabhängig von einer angelegten Spannung bzw. Energieversorgung veränderbar ist. Die Umwandlung in ein elektrisches Signal erfolgt vorzugsweise sobald elektrische Energie zur Verfü gung steht. Insbesondere kann eine Elektronik diesen Parameter in ein elektrisches Signal umwandeln. Der passive Sensor kann beispielsweise als ein induktives, kapazi tives, resistives und optisches Sensorelement, oder als ein Druck-, Kraft-, Inertial-, Licht-, Feuchte-, Temperatur- oder Magnetfeldsensor, als ein Thermoelement oder als ein Mikrofon ausgebildet sein. A passive sensor is to be understood in particular as a sensor whose parameters are changed by the measured variable. The passive sensor is preferably designed in such a way that the parameter can be changed by the measured variable independently of an applied voltage or energy supply. The conversion into an electrical signal is preferably carried out as soon as electrical energy is available. In particular, electronics can convert this parameter into an electrical signal. The passive sensor can, for example, be designed as an inductive, capacitive, resistive and optical sensor element, or as a pressure, force, inertial, light, humidity, temperature or magnetic field sensor, as a thermocouple or as a microphone.
Die Elektronik kann beispielsweise einen ASIC, einen IC bzw. integrierten Schaltkreis oder einen Mikroprozessor umfassen. Des Weiteren kann die Sensoreinheit bzw. die Elektronik eine Speichereinheit umfassen. In der Speichereinheit kann die Befesti gungsgröße zumindest zeitweise gespeichert. Des Weiteren kann in der Speicherein heit eine Identifikationsinformation digital gespeichert sein, über die die Befestigungs vorrichtung identifizierbar ist. Die Identifikationsinformation kann beispielsweise eine Typ-, Modell-, Herstellerangaben und/oder eine eindeutige Identifizierung umfassen. The electronics can include, for example, an ASIC, an IC or integrated circuit or a microprocessor. Furthermore, the sensor unit or the electronics can comprise a memory unit. The fastening size can be stored at least temporarily in the memory unit. Furthermore, identification information can be stored digitally in the memory unit, via which the fastening device can be identified. The identification information can include, for example, type, model, manufacturer information and / or a unique identification.
Bei den Befestigungsgrößen handelt es sich insbesondere um physikalische Größen, über die der Zustand der Befestigung der Befestigungsvorrichtung, der Zustand der Befestigungsvorrichtung und/oder der Zustand des Werkstoffs, in welchem die Befesti gungsvorrichtung angebracht ist, charakterisierbar ist. Die Befestigungsgröße kann bei spielsweise als eine Kraft ausgebildet sein, mit der die Befestigungsvorrichtung ange bracht ist, bei einem Anker beispielsweise die Druckkraft auf eine Mutter. Alternativ o- der zusätzlich kann die Befestigungsgröße auch als eine Orientierung der Befesti gungsvorrichtung ausgebildet sein, beispielsweise eine Verkippung der Mutter. Auch ist es denkbar, dass die Befestigungsgröße als eine Information bezüglich der Feuchtig keit und/oder Korrosion im Bereich der Befestigungsvorrichtung oder einer Temperatur ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Befestigungsgröße als eine Informa tion bezüglich des Zustand des Umfelds der Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Schnittstelle kann als eine drahtlose Schnittstelle oder als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet sein. Unter einer drahtlosen Schnittstelle soll dabei insbesondere eine Schnittstelle verstanden werden, über die die Befestigungsgröße und/oder die Identifi kationsinformation drahtlos übertragbar ist. Die Schnittstelle kann dabei derart ausge bildet sein, dass die Daten über beispielsweise Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX übertragbar sind. Im mit der drahtlosen Kommunikationsein heit verbundenen Zustand ist die Schnittstelle als eine drahtlose Schnittstelle ausgebil det. Unter einer Kontaktschnittstelle soll dabei insbesondere eine Schnittstelle verstan den werden, über die über einen direkten Kontakt mit der externen Auslesevorrichtung Daten austauschbar sind. Die Schnittstelle, insbesondere die Kontaktschnittstelle, um fasst vorzugsweise ein Kontaktelement, das zur Übertragung von Daten mittels eines elektrischen Leiters oder eines Lichtschwingungsleiters ausgebildet ist. Die drahtlose Kommunikationseinheit ist vorzugsweise verbindbar mit dem Kontaktelement der Schnittstelle ausgebildet. Vorteilhaft kann über die Verbindung der drahtlosen Kommu nikationseinheit mit der Schnittstelle eine als Kontaktschnittstelle ausgebildete Schnitt stelle in eine drahtlose Schnittstelle umgewandelt werden. Die drahtlose Kommunikati onseinheit kann beispielsweise als ein RFID-Tag oder ein SAW-Tag ausgebildet sein. The fastening variables are, in particular, physical variables by means of which the state of fastening of the fastening device, the state of the fastening device and / or the state of the material in which the fastening device is attached can be characterized. The fastening size can for example be designed as a force with which the fastening device is attached, for example the compressive force on a nut in the case of an anchor. Alternatively or additionally, the fastening size can also be designed as an orientation of the fastening device, for example a tilting of the nut. It is also conceivable that the fastening size is designed as information relating to the moisture and / or corrosion in the area of the fastening device or a temperature. It is also conceivable that the fastening size is in the form of information relating to the state of the surroundings of the fastening device. The interface can be designed as a wireless interface or as a contact interface. A wireless interface is to be understood in particular as an interface via which the fastening size and / or the identification information can be transmitted wirelessly. The interface can be designed in such a way that the data can be transmitted via, for example, Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX. In the state connected to the wireless communication unit, the interface is designed as a wireless interface. A contact interface is to be understood in particular as an interface via which data can be exchanged via direct contact with the external readout device. The interface, in particular the contact interface, preferably comprises a contact element which is designed to transmit data by means of an electrical conductor or a light oscillation conductor. The wireless communication unit is preferably designed to be connectable to the contact element of the interface. Advantageously, an interface designed as a contact interface can be converted into a wireless interface via the connection of the wireless communication unit to the interface. The wireless communication unit can be designed as an RFID tag or a SAW tag, for example.
Die externe Auslesevorrichtung weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, über die ein von der Schnittstelle bereitgestelltes Signal empfangbar ist und kann beispiels weise als eine Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX Kom munikationsschnittstelle ausgebildet sein. Die externe Auslesevorrichtung kann bei spielsweise als eine insbesondere akkubetriebene externe Auslesevorrichtung ausge bildet sein. Die externe Vorrichtung kann beispielhaft als eine Handwerkzeugmaschine, die insbesondere zur Erzeugung des Bohrlochs oder zur Befestigung der Befestigungs vorrichtung, wie beispielsweise einem Anker, vorgesehen ist, ausgebildet sein. Die Handwerkzeugmaschine kann beispielhaft als eine Bohrmaschine, als eine Schlag bohrmaschine, als ein Bohrhammer, als ein Schrauber, als ein Drehschlagschrauber oder dergleichen ausgebildet sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass die externe Auslese vorrichtung als ein eigens zum Auslesen der Befestigungsvorrichtung bzw. der Schnitt stelle vorgesehenes Gerät ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die externe Auslesevorrichtung als ein Smartphone, ein Tablet oder ein mobiler Rechner, wie bei spielsweise ein Laptop, ausgebildet ist. Alternativ ist ebenso denkbar, dass die externe Auslesevorrichtung als eine autonome Vorrichtung ausgebildet ist, die die Messvorrich- tung autonom ansteuert und ausliest, beispielsweise ein Roboter oder eine Drohne. Al ternativ ist denkbar, dass die externe Auslesevorrichtung als eine stationäre Einheit ausgebildet ist, die im Bereich zumindest einer Befestigungsvorrichtung, vorzugsweise in einem Bereich mit mehreren Befestigungsvorrichtungen installiert ist. Über die als stationäre Einheit ausgebildete externe Auslesevorrichtung können vorteilhaft mehrere Befestigungsvorrichtungen periodisch mittels der Schnittstelle überprüft werden, um si cherzustellen, dass die Verankerung sicher ist. The external readout device has a communication interface via which a signal provided by the interface can be received and can, for example, be designed as a Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX communication interface. The external read-out device can be designed, for example, as an external read-out device that is particularly battery-operated. The external device can, for example, be designed as a handheld power tool, which is provided in particular for generating the borehole or for fastening the fastening device, such as an anchor, for example. The hand-held power tool can, for example, be designed as a drill, an impact drill, a hammer drill, a screwdriver, an impact screwdriver or the like. It is also conceivable that the external readout device is designed as a device specifically provided for reading out the fastening device or the interface. It is also conceivable that the external readout device is designed as a smartphone, a tablet or a mobile computer, such as a laptop, for example. Alternatively, it is also conceivable that the external readout device is designed as an autonomous device, which the measuring device device autonomously controls and reads, for example a robot or a drone. Alternatively, it is conceivable that the external readout device is designed as a stationary unit which is installed in the area of at least one fastening device, preferably in an area with several fastening devices. Several fastening devices can advantageously be checked periodically by means of the interface via the external readout device, which is designed as a stationary unit, in order to ensure that the anchoring is secure.
Die über die Schnittstelle bereitgestellten Informationen können beim und/oder nach dem Setzen der Befestigungsvorrichtung überwacht und ausgewertet werden, um diese in einer Infrastruktur zu speichern oder in das Speicherelement zu schreiben. Beispielsweise kann beim Setzen einer Befestigungsvorrichtung in Form eines Ankers mit einer Messvorrichtung dieser Prozess insbesondere über eine als eine Handwerk zeugmaschine ausgebildete externe Vorrichtung überwacht werden. Alternativ kann die Überwachung bzw. das Auslesen und Auswerten auch in einem Abstand von einigen Metern mittels einer mobilen externen Auslesevorrichtung erfolgen. Es ist beispiels weise denkbar, dass das Speicherelement als RFID-Element ausgebildet und dazu vorgesehen ist, von nahe der Befestigungsvorrichtung platzierten Werkzeugen oder Handwerkzeugmaschinen modifiziert und/oder beschrieben zu werden. Die Speiche rung erfolgt dabei beispielsweise über eine physikalische Modifizierung eines Wider stands oder einer Kapazität, die durch die Schnittstelle wiederum auslesbar ist. Die über die Schnittstelle bereitgestellten Informationen können auch zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen werden. The information provided via the interface can be monitored and evaluated during and / or after the fastening device is set in order to store it in an infrastructure or to write it to the memory element. For example, when setting a fastening device in the form of an anchor with a measuring device, this process can be monitored, in particular via an external device designed as a hand-held power tool. Alternatively, the monitoring or the reading out and evaluation can also take place at a distance of a few meters by means of a mobile external reading device. For example, it is conceivable that the memory element is designed as an RFID element and is intended to be modified and / or written to by tools or hand-held power tools placed near the fastening device. The storage takes place, for example, via a physical modification of a resistor or a capacitance, which in turn can be read out through the interface. The information provided via the interface can also be called up at a later point in time.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die die Sensoreinheit ein Übertragungsele ment aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in eine phy sikalische Ausgangsgröße zu wandeln, wobei die Befestigungsgröße basierend auf der physikalischen Ausgangsgröße von dem Sensorelement erfasst wird. Vorteilhaft kann durch das Übertragungselement die Erfassung der Befestigungsgrößer erleichtert oder überhaupt erst ermöglich werden. Bei der physikalischen Eingangsgröße kann es sich beispielsweise um eine Kraft handelt, die auf die Messvorrichtung wirkt. Es ist ebenso denkbar, dass es sich bei der physikalischen Eingangsgröße um eine Temperatur, ei nen Druck oder eine Feuchtigkeit im Bereich der Messvorrichtung handelt. Abhängig von dem Übertragungselement sind unterschiedliche Ausgangsgrößen denkbar, wie beispielsweise eine Kraft, eine optische Größe, eine elektrische Größe, eine magneti sche Größe, etc. Das Übertragungselement kann auch einstückig mit dem Sensorele ment ausgebildet sein, sodass das Übertragungselement zusätzlich zur Erfassung der Messgröße ausgebildet ist. Furthermore, it is proposed that the sensor unit has a transmission element which is designed to convert a physical input variable into a physical output variable, the attachment variable being detected by the sensor element based on the physical output variable. The transmission element can advantageously make it easier or even make it possible to detect the size of the fastening. The physical input variable can, for example, be a force that acts on the measuring device. It is also conceivable that the physical input variable is a temperature, a pressure or a humidity in the area of the measuring device. Depending on the transmission element, different output variables are conceivable, such as for example a force, an optical variable, an electrical variable, a magnetic cal variable, etc. The transmission element can also be designed in one piece with the sensor element, so that the transmission element is also designed to detect the measured variable.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart elastisch ausge bildet ist, dass über eine Verformung des Übertragungselements die Befestigungs größe erfassbar ist. Vorteilhaft kann dadurch auf einfach Weise eine als Kraft ausgebil dete physikalische Eingangsgröße durch das Übertragungselement umgewandelt wer den, beispielhaft in eine Kraft, die in eine andere Richtung wirkt und/oder in eine Dicke oder Länge des Übertragungselements. Das Übertragungselement weist insbesondere ein Elastizitätsmodul von unter 10, vorzugsweise von unter 2, bevorzugt von unter 0,1, auf. Unter einem elastischen Übertragungselement soll insbesondere ein elastisch ver formbares Übertragungselement verstanden werden, dass bei einer Krafteinwirkung seine Form verändert und unter Wegfall dieser Krafteinwirkung zu seiner Ursprungs form zurückkehrt. Alternativ oder zusätzlich kann das Übertragungselement auch plas tisch verformbar ausgebildet sein, wobei die Schwelle für die Verformung vorteilhaft derart gewählt ist, dass eine ordnungsgemäße oder eine nicht ordnungsgemäße Be festigung der Befestigungsvorrichtung erfassbar bzw. anzeigbar ist. It is also proposed that the transmission element is designed to be elastic in such a way that the fastening size can be detected via a deformation of the transmission element. Advantageously, a physical input variable in the form of a force can be converted by the transmission element in a simple manner, for example into a force that acts in a different direction and / or into a thickness or length of the transmission element. The transmission element has, in particular, a modulus of elasticity of less than 10, preferably less than 2, preferably less than 0.1. An elastic transmission element is to be understood as meaning in particular an elastically deformable transmission element that changes its shape when a force is applied and returns to its original shape when this force is no longer applied. As an alternative or in addition, the transmission element can also be designed to be plastically deformable, the threshold for the deformation being advantageously chosen such that a proper or improper fastening of the fastening device can be detected or displayed.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine optische Eigenschaft des Übertragungselements in Abhän gigkeit der physikalischen Eingangsgröße ändert. Vorteilhaft kann die optische Eigen schaft von der Sensoreinheit erfasst werden. Bei der optischen Eigenschaft kann es sich beispielsweise um die Transparenz, den Brechungsindex, das Reflexionsvermö gen, die Farbe, etc. des Übertragungselements handeln. It is also proposed that the transmission element is designed in such a way that at least one optical property of the transmission element changes as a function of the physical input variable. The optical property can advantageously be detected by the sensor unit. The optical property can be, for example, the transparency, the refractive index, the reflectivity, the color, etc. of the transmission element.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine magnetische Eigenschaft in Abhängigkeit der physikali schen Eingangsgröße ändert. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine elektrische Ei genschaft des Übertragungselements in Abhängigkeit der physikalischen Eingangs größe ändert. Bei den magnetischen Eigenschaften kann es sich beispielsweise um eine Kopplungsgröße, eine magnetische Suszeptibilität, eine magnetische Permeabili tät, eine resultierende Änderung des Magnetflusses bzw. des Flussübertrags, um eine induktive Dämpfungsgröße oder um ein geändertes Wirbelstromverhalten handeln. Bei den elektrischen Eigenschaften kann es sich beispielsweise um eine Kapazität eines Kondensators, insbesondere eine Kapazität eines Plattenkondensators, um eine die lektrische Permitivität, um eine elektrische Suszeptibilität oder um einen elektrischen Widerstand, insbesondere um einen Übergangswiderstand, handeln. It is further proposed that the transmission element is designed in such a way that at least one magnetic property changes as a function of the physical input variable. Alternatively or additionally, it is proposed that the transmission element is designed in such a way that at least one electrical property of the transmission element changes as a function of the physical input variable. The magnetic properties can be, for example, a coupling variable, a magnetic susceptibility, a magnetic permeability, a resulting change in the magnetic flux or the flux transfer, to a inductive damping quantity or a changed eddy current behavior. The electrical properties can be, for example, a capacitance of a capacitor, in particular a capacitance of a plate capacitor, an electrical permittivity, an electrical susceptibility or an electrical resistance, in particular a contact resistance.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle zumindest ein mechanisches Ver bindungselement zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit der drahtlosen aufweist. Vorzugsweise ist die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung werkzeuglos lösbar ausgebildet. Vorteilhaft kann dadurch die Verbindung der Schnittstelle mit der drahtlosen Kommunikationseinheit gelöst werden, um eine andere Messvorrichtung mit der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle zu verbinden. It is further proposed that the interface has at least one mechanical connection element for the force-fitting and / or form-fitting connection with the wireless one. The force-fit and / or form-fit connection is preferably designed to be releasable without tools. The connection between the interface and the wireless communication unit can thereby advantageously be released in order to connect another measuring device to the wireless communication interface.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit und die Schnittstelle beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei das Sensorelement radial innenliegend und die Schnittstelle radial außenliegend angeordnet ist. Insbesondere ist die Sensoreinheit in einem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung und die Kommunikationseinheit außer halb des Kraftpfads der Befestigungsvorrichtung angeordnet. Vorteilhaft kann dadurch die Belastung auf die Kommunikationseinheit reduziert werden. Unter radial innenlie gend soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden, dass im mit der Befesti gungsvorrichtung befestigten Zustand quer zur Verbindungsrichtung der Abstand der Sensoreinheit zu der Befestigungsvorrichtung geringer ist als der Abstand der Schnitt stelle bzw. der drahtlosen Kommunikationseinheit. Die Schnittstelle kann auf einer Oberseite, einer Unterseite oder am Rand der Messvorrichtung angeordnet sein. Unter einer Oberseite der Messvorrichtung soll dabei insbesondere die Seite verstanden wer den, die im befestigten Zustand von dem Werkstück, an dem die Befestigungsvorrich tung angebracht ist, abgewandt ist. It is also proposed that the sensor unit and the interface are arranged at a distance from one another, the sensor element being arranged radially on the inside and the interface being arranged radially on the outside. In particular, the sensor unit is arranged in a force path of the fastening device and the communication unit is arranged outside of the force path of the fastening device. This can advantageously reduce the load on the communication unit. Radially inwardly should be understood in this context, in particular, that when fastened with the fastening device transversely to the connection direction, the distance between the sensor unit and the fastening device is less than the distance between the interface or the wireless communication unit. The interface can be arranged on a top side, a bottom side or on the edge of the measuring device. A top side of the measuring device is to be understood in particular as the side facing away from the workpiece to which the fastening device is attached in the fastened state.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle mit dem Sensorelement über ein elektrisches Verbindungselement verbunden ist. Das elektrische Verbindungsele ment kann beispielsweise als ein Draht, ein Kabel oder als eine Leiterbahn ausgebildet sein. Es ist ebenso denkbar, dass das Verbindungselement als eine Kontaktelektrode, eine Ringelektrode, ein Array bzw. eine Matrize von Kontakten oder eine Spule ausge bildet ist. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Abschirmung auf, die dazu ausgebildet ist, das Sensorelement und/oder das Verbindungselement abzuschirmen. Die Abschirmung kann beispielsweise eine Schirmungsstruktur oder eine Massenein fassung für Elektroden umfassen. Es ist auch denkbar, dass die Abschirmung zumin dest einen Schirmring umfasst. Unter abschirmen soll in diesem Zusammenhang ins besondere eine geeignete Abschirmung gegen elektrische und/oder magnetische Fel der verstanden. Vorteilhaft kann dadurch sichergestellt werden, dass die Erfassung von Befestigungsgrößen, die beispielsweise über eine Kapazität ermittelt werden, nicht oder kaum verfälscht werden. It is also proposed that the interface be connected to the sensor element via an electrical connection element. The electrical connection element can for example be designed as a wire, a cable or as a conductor track. It is also conceivable that the connecting element is designed as a contact electrode, a ring electrode, an array or a matrix of contacts or a coil. The measuring device preferably has a shield which is designed to shield the sensor element and / or the connecting element. The shield can comprise, for example, a shield structure or a mass socket for electrodes. It is also conceivable that the shield comprises at least one shield ring. In this context, shielding is to be understood as meaning in particular suitable shielding against electrical and / or magnetic fields. In this way it can advantageously be ensured that the detection of fastening parameters, which are determined, for example, via a capacitance, are not or hardly falsified.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Messvorrichtung eine Referenzstruktur zum Abgleich mit Umweltparametern aufweist. Vorteilhaft kann dadurch die Genauigkeit der Erfassung der Befestigungsgröße erhöht werden. Die Referenzstruktur ist vorzugs weise außerhalb des Kraftpfads angeordnet. It is also proposed that the measuring device have a reference structure for comparison with environmental parameters. This can advantageously increase the accuracy of the detection of the fastening size. The reference structure is preferably arranged outside the force path.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle zumindest zwei Kontaktelemente aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, zumindest eine Befestigungsgröße bereit zustellen. Vorteilhaft können dadurch mehrere Befestigungsgrößen der externen Aus lesevorrichtung bereitgestellt werden. Die Kontaktelemente können dabei gleich ausge bildet sein, sind allerdings insbesondere elektrische nicht miteinander verbunden. Das Kontaktelement kann beispielsweise als eine Elektrode, als ein Stecker, als eine Buchse, als ein Kontaktpad oder dergleichen ausgebildet sein. It is also proposed that the interface has at least two contact elements, each of which is designed to provide at least one fastening size. As a result, several fastening sizes of the external reading device can advantageously be provided. The contact elements can be formed in the same way, but in particular are not electrically connected to one another. The contact element can be designed, for example, as an electrode, as a plug, as a socket, as a contact pad or the like.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System, aufweisend eine Messvorrichtung wie zuvor beschrieben und einer drahtlosen Kommunikationseinheit, wobei die drahtlose Kommunikationseinheit stoffschlüssig oder kraft- und/oder formschlüssig mit der Mess vorrichtung verbunden ist. Vorteilhaft kann dadurch eine Messvorrichtung, die drahtlos mit einer externen Auslesevorrichtung kommunizieren kann, realisiert werden. The invention also relates to a system having a measuring device as described above and a wireless communication unit, the wireless communication unit being connected to the measuring device in a materially or non-positively and / or positively locking manner. A measuring device that can wirelessly communicate with an external readout device can thereby advantageously be implemented.
Insbesondere betrifft die Erfindung weiterhin eine Messvorrichtung für eine Befesti gungsvorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einer Sensoreinheit, die dazu ausgebil det ist, zumindest eine Befestigungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle, die mit der Sensoreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrich tung die zumindest eine Befestigungsgröße bereitzustellen, wobei die Sensoreinheit ein Anregungselement zur mechanischen und/oder elektrischen Anregung der Befesti gungsvorrichtung und ein Sensorelement aufweist, wobei das Sensorelement dazu ausgebildet ist, eine Befestigungsgröße in Abhängigkeit der Antwort auf die Anregung zu erfassen. Vorteilhaft kann dadurch Energie in die Befestigungsvorrichtung oder de ren Umgebung eingebracht und die Reaktion darauf gemessen werden, wobei über die ermittelten Werte der Zustand der Befestigung ermittelbar ist. Das Anregungselement kann beispielsweise piezoelektrisch oder elektrodynamisch ausgebildet sein. Das An regungselement kann ein aktives Sensorelement und/oder ein passives Sensorelement aufweisen. Das Anregungselement ist insbesondere zur Erzeugung einer mechani schen oder elektromagnetischen Anregung ausgebildet, wobei eine Antwort auf diese Anregung durch das Sensorelement in ein elektrisches Signal umwandelbar ist. Insbe sondere kann eine Elektronik die Antwort auf die Anregung in ein elektrisches Signal umwandeln. Das Anregungselement benötigt elektrische Energie zur Erzeugung der Anregung. Das Anregungselement kann beispielsweise als eine piezoelektrische Schicht, ein Schallgeber, ein Vibrationselement oder auch ein elektronischer Schwing kreis ausgeführt sein. Das Anregungselement und das Sensorelement können einstü ckig ausgebildet sein, wobei das Sensorelement vorzugsweise als ein aktiver Sensor ausgebildet ist. In particular, the invention further relates to a measuring device for a fastening device, with a base body, with a sensor unit that is designed to detect at least one fastening variable, with an interface that is connected to the sensor unit and designed to provide an external readout device to provide the at least one attachment size, the sensor unit having an excitation element for mechanical and / or electrical excitation of the attachment device and a sensor element, the sensor element being designed to provide an attachment size depending on the response to the excitation capture. In this way, energy can advantageously be introduced into the fastening device or its surroundings and the reaction to it measured, the state of the fastening being able to be determined via the determined values. The excitation element can be designed piezoelectrically or electrodynamically, for example. The excitation element can have an active sensor element and / or a passive sensor element. The excitation element is designed in particular to generate a mechanical or electromagnetic excitation, wherein a response to this excitation can be converted into an electrical signal by the sensor element. In particular, electronics can convert the response to the excitation into an electrical signal. The excitation element requires electrical energy to generate the excitation. The excitation element can be designed, for example, as a piezoelectric layer, a sounder, a vibration element or an electronic oscillating circuit. The excitation element and the sensor element can be designed in one piece, the sensor element preferably being designed as an active sensor.
Das Anregungselement ist insbesondere mit einer Elektronik verbunden. Die Elektronik kann dabei sowohl die Energieversorgung für das Anregungselement bereitstellen als auch das Anregungselement steuern oder regeln. Die Steuerung bzw. Regelung erfolgt dabei über einen ASIC, einen Microcontroller oder ähnlichem. The excitation element is connected in particular to electronics. The electronics can both provide the energy supply for the excitation element and control or regulate the excitation element. The control or regulation takes place via an ASIC, a microcontroller or the like.
Alternativ oder zusätzlich ist ebenso denkbar, dass die Messvorrichtung derart ausge bildet ist, dass die Anregung des Anregungselements in das Werkstück bzw. die die Befestigungsvorrichtung aufnehmende Struktur hineinwirkt. Alternatively or additionally, it is also conceivable that the measuring device is designed in such a way that the excitation of the excitation element affects the workpiece or the structure receiving the fastening device.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Anregungselement dazu ausgebildet ist, eine mechanische Schwingung zu erzeugen. Die mechanische Schwingung kann ins besondere als eine Schallwelle ausgebildet sein. Die mechanische Schwingung kann dabei als Longitudinal- und/oder Transversalwelle ausgebildet sein. It is further proposed that the excitation element is designed to generate a mechanical vibration. The mechanical oscillation can in particular be designed as a sound wave. The mechanical oscillation can be designed as a longitudinal and / or transverse wave.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu ausgebildet ist, die Befesti gungsgröße basierend auf der Laufzeit, der Intensität, der Frequenz und/oder der Rich tung der mechanischen Schwingung zu erfassen. Vorteilhaft kann dadurch eine präzise Erfassung der Befestigungsgröße realisiert werden. Zudem wird vorgeschlagen, dass das Anregungselement als ein Piezoelement ausge bildet ist. Vorzugsweise ist das als Piezoelement ausgebildete Anregungselement ein stückig mit dem Sensorelement ausgebildet. It is also proposed that the sensor unit is designed to detect the fastening size based on the transit time, the intensity, the frequency and / or the direction of the mechanical vibration. A precise detection of the fastening size can thereby advantageously be realized. It is also proposed that the excitation element be designed as a piezo element. The excitation element embodied as a piezo element is preferably embodied in one piece with the sensor element.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Anregungselement dazu ausgebildet ist, eine elektromagnetische Anregung durchzuführen, wobei das Sensorelement eine Be festigungsgröße basierend auf einer elektrischen Impedanz erfasst. Insbesondere ist das Anregungselement als ein Kondensator ausgebildet, der mit unterschiedlichen Fre quenzen umgeladen wird. Über eine derartige Anregung ist beispielsweise eine Erfas sung der Feuchtigkeit des die Befestigungsvorrichtung aufnehmenden Werkstücks denkbar. Furthermore, it is proposed that the excitation element is designed to carry out an electromagnetic excitation, the sensor element detecting a fastening variable based on an electrical impedance. In particular, the excitation element is designed as a capacitor that is reloaded with different frequencies. A detection of the moisture of the workpiece receiving the fastening device is, for example, conceivable via such an excitation.
Insbesondere betrifft die Erfindung weiterhin ein System, aufweisend eine Messvorrich tung wie zuvor beschrieben und einer weiteren Messvorrichtung, die drahtlos miteinan der verbunden sind, wobei die weitere Messvorrichtung ein Sensorelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Befestigungsgröße in Abhängigkeit der Antwort auf die Anregung des Anregungselements der Messvorrichtung zu erfassen. Die weitere Messvorrichtung kann im Wesentlichen identisch zu der Messvorrichtung ausgebildet sein. In particular, the invention further relates to a system comprising a measuring device as described above and a further measuring device that are wirelessly connected to each other, the further measuring device having a sensor element which is designed to determine a fastening size as a function of the response to the excitation of the Detect excitation element of the measuring device. The further measuring device can be designed essentially identically to the measuring device.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Befestigungsvorrichtung, umfassend folgende Schritte: The invention preferably relates to a method for monitoring the status of a fastening device, comprising the following steps:
- Senden eine Signals von einer externen Auslesevorrichtung an eine Messvorrichtung die mit einer Befestigungsvorrichtung an einem Werkstück befestigt ist; - Sending a signal from an external readout device to a measuring device which is fastened to a workpiece with a fastening device;
- Empfangen des Signals durch die Messvorrichtung; - Receiving the signal by the measuring device;
- Aktivierung eines Anregungselements der Messvorrichtung in Abhängigkeit des Sig nals der externen Auslesevorrichtung; - Activation of an excitation element of the measuring device as a function of the signal from the external readout device;
- Mechanische und/oder elektrische Anregung der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks durch das Anregungselement; - Mechanical and / or electrical excitation of the fastening device and / or the workpiece by the excitation element;
- Erfassung des Antwortsignals auf die Anregung des Anregungselements durch eine Sensoreinheit der Messvorrichtung. Vorteilhaft kann über das Antwortsignal eine Be festigungsgröße erfasst und somit der Zustand der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks ermittelt werden. - Detection of the response signal to the excitation of the excitation element by a sensor unit of the measuring device. A fastening variable can advantageously be detected via the response signal and the state of the fastening device and / or the workpiece can thus be determined.
Zusätzlich sind noch weitere Schritte denkbar, wie beispielsweise: - Bereitstellung des Antwortsignals über eine Schnittstelle der Messvorrichtung wie zu vor beschrieben; Additional steps are also conceivable, such as: - Provision of the response signal via an interface of the measuring device as described above;
- Auswertung des Antwortsignals durch die Messvorrichtung oder die externe Auslese vorrichtung; - Evaluation of the response signal by the measuring device or the external readout device;
- Empfang des Antwortsignals durch die externe Auslesevorrichtung; - Reception of the response signal by the external readout device;
- Ermittlung eines Zustands der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks in Abhängigkeit des Antwortsignals; - Determination of a state of the fastening device and / or the workpiece as a function of the response signal;
- Anzeige des Zustands der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks auf der externen Auslesevorrichtung, insbesondere über einen Bildschirm der externen Ausle sevorrichtung. - Display of the status of the fastening device and / or the workpiece on the external readout device, in particular on a screen of the external readout device.
Insbesondere betrifft die Erfindung zudem eine Messvorrichtung für eine Befestigungs vorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einer Sensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Befestigungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle, die mit der Sen soreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrichtung die zumindest eine Befestigungsgröße bereitzustellen, wobei die Messvorrichtung eine Energieversorgungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Sensorelement, ein Anregungselement und/oder eine Kommunikationseinheit mit Energie zu versorgen. Vorteilhaft kann dadurch die Messvorrichtung mit Energie versorgt werden. In particular, the invention also relates to a measuring device for a fastening device, with a base body, with a sensor unit which is designed to detect at least one fastening variable, with an interface which is connected to the sensor unit and is designed to provide an external readout device to provide at least one fastening size, the measuring device having an energy supply unit which is designed to supply a sensor element, an excitation element and / or a communication unit with energy. The measuring device can thereby advantageously be supplied with energy.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit ein Energieauf nahmeelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, ein externes elektromagnetisches Signal zur Energieversorgung der Messvorrichtung umzuwandeln. Vorteilhaft kann dadurch auf einfache Weise Energie in die Messvorrichtung eingeführt werden. Das externe elektromagnetische Signal wird von einer externen Energiequelle, die nicht Teil der Messvorrichtung und/oder Befestigungsvorrichtung ist, bereitgestellt. Das externe elektromagnetische Signal kann beispielsweise als eine Funkwelle oder Licht, insbe sondere Licht im sichtbaren Bereich oder UV- oder I R-Licht, ausgebildet sein. Das Energieaufnahmeelement ist insbesondere dazu ausgebildet, das externe elektromag netische Signal in ein elektrisches Signal bzw. in elektrische Energie umzuwandeln. Weitere vorteilhafte Wellenlängenbereiche liegen in Bereichen, die bereits regulato risch ausreichend hohe Funkleistungen erlauben, bspw. in den Bereichen für RFID, für Radar oder in allgemein verfügbaren Bereichen für die Kommunikation. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit ein Energiespei cherelement aufweist. Vorteilhaft kann dadurch die Energie zeitweise gespeichert oder angesammelt werden, bis die erforderliche Menge an Energie für eine Messung oder einen Vorgang wie die Kommunikation mit einer externen Auslesevorrichtung erreicht ist. Das Energiespeicherelement kann beispielsweise als ein Kondensator, insbeson dere ein keramischer Kondensator oder ein Tantal Kondensator, ausgebildet sein. Al ternativ ist auch denkbar, dass das Energiespeicherelement als ein elektrochemischer Akkumulator, als ein Supercap oder als ein elektrolytischer Kondensator It is further proposed that the energy supply unit has an energy absorption element which is designed to convert an external electromagnetic signal for supplying energy to the measuring device. In this way, energy can advantageously be introduced into the measuring device in a simple manner. The external electromagnetic signal is provided by an external energy source that is not part of the measuring device and / or fastening device. The external electromagnetic signal can, for example, be a radio wave or light, in particular special light in the visible range or UV or IR light. The energy absorption element is designed in particular to convert the external electromagnetic signal into an electrical signal or into electrical energy. Further advantageous wavelength ranges are in areas that already permit sufficiently high radio powers in regulatory terms, for example in the areas for RFID, for radar or in generally available areas for communication. It is also proposed that the energy supply unit have an energy storage element. In this way, the energy can advantageously be temporarily stored or accumulated until the required amount of energy for a measurement or a process such as communication with an external readout device is reached. The energy storage element can be designed, for example, as a capacitor, in particular a ceramic capacitor or a tantalum capacitor. As an alternative, it is also conceivable that the energy storage element is an electrochemical accumulator, a supercap or an electrolytic capacitor
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Energiespeicherelement eine Kapazität von zu mindest 5 - 500 pF, insbesondere zumindest 10 - 200 pF, aufweist. Vorteilhaft kann dadurch sichergestellt werden, dass die Speicherkapazität des Energiespeicherele ments ausreichend groß ist. It is also proposed that the energy storage element have a capacity of at least 5-500 pF, in particular at least 10-200 pF. This can advantageously ensure that the storage capacity of the energy storage element is sufficiently large.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit derart ausgebil det ist, dass die Energie im Energiespeicherelement so lange gespeichert wird, bis ein Schwellenwert erreicht wird, wobei bei Überschreitung des Schwellenwerts das Senso relement, das Anregungselement und/oder das Kommunikationselement aktiviert wird. Furthermore, it is proposed that the energy supply unit be designed such that the energy is stored in the energy storage element until a threshold value is reached, the sensor element, the excitation element and / or the communication element being activated when the threshold value is exceeded.
Insbesondere betrifft die Erfindung weiterhin ein System bestehend aus einer Messvor richtung wie zuvor beschrieben und einer externen Energieversorgungvorrichtung. Die externe Energieversorgungseinheit kann beispielsweise in einer Gebäudeinfrastruktur einheit, wie beispielsweise einem Rauchmelder, integriert sein. Vorteilhaft kann dadurch die Messvorrichtung regelmäßig oder nach Bedarf mit Energie versorgt wer den. Es ist ebenso denkbar, dass die Energieversorgungseinheit als eine mobile ex terne Energieversorgungseinheit ausgebildet ist, die von einem Benutzer tragbar, wie beispielsweise ein Smartphone oder eine Taschenlampe. Alternativ ist ebenso denk bar, dass die externe Energieversorgungseinheit als eine autonome Vorrichtung aus gebildet ist, die die Messvorrichtung autonom ansteuert und diese mit Energie versorgt, beispielsweise ein Roboter oder eine Drohne. Vorteilhaft ist die Anregung bzw. die elektromagnetische Strahlung der externen Energieversorgungseinrichtung auf die Energieversorgungseinheit optimiert. In particular, the invention further relates to a system consisting of a measuring device as described above and an external energy supply device. The external energy supply unit can be integrated into a building infrastructure unit, such as a smoke detector, for example. The measuring device can thereby advantageously be supplied with energy regularly or as required. It is also conceivable that the energy supply unit is designed as a mobile external energy supply unit that can be worn by a user, such as a smartphone or a flashlight. Alternatively, it is also conceivable that the external energy supply unit is designed as an autonomous device that autonomously controls the measuring device and supplies it with energy, for example a robot or a drone. The excitation or the electromagnetic radiation of the external energy supply device is advantageously optimized for the energy supply unit.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer Mess vorrichtung für eine Befestigungsvorrichtung, umfassend folgende Schritte: - Aktivierung einer externen Energieversorgungseinheit; Die Aktivierung kann manuell getriggert über einen Benutzer oder automatisch erfolgen. Die automatische Aktivie rung kann beispielsweise zeitlich getriggert sein. The invention preferably further relates to a method for controlling a measuring device for a fastening device, comprising the following steps: - Activation of an external energy supply unit; Activation can be triggered manually by a user or automatically. The automatic activation can, for example, be time-triggered.
- Bereitstellung von Energie in Form eines elektromagnetischen Signals durch eine ex terne Energieversorgungseinheit; Die externe Energieversorgungseinheit kann tragbar, autonom mobil oder als eine stationäre Vorrichtung ausgebildet sein. Bei der externen Energieversorgungsvorrichtung kann es sich auch um die externe Auslesevorrichtung handeln. - Provision of energy in the form of an electromagnetic signal by an ex ternal energy supply unit; The external energy supply unit can be portable, autonomously mobile or designed as a stationary device. The external energy supply device can also be the external readout device.
- Umwandung des elektromagnetischen Signals in eine elektrische Energie durch die Energieversorgungseinheit; - Conversion of the electromagnetic signal into electrical energy by the energy supply unit;
- Speichern der Energie durch die Energieversorgungseinheit; - Storing the energy by the energy supply unit;
- Steuerung der Messvorrichtung basierend auf einer Zustandsgröße der Energiever sorgungseinheit; Insbesondere handelt es sich bei der Zustandsgröße der Energiever sorgungseinheit um einen Füllstand der Energiespeichereinheit der Energieversor gungseinheit. Durch eine Steuerung der Messvorrichtung in Abhängigkeit einer Zu standsgröße der Energieversorgungseinheit kann vorteilhaft eine ausreichende Ener gieversorgung der Messvorrichtung während ihrer Aktivierung sichergestellt werden.- Control of the measuring device based on a state variable of the Energiever supply unit; In particular, the state variable of the energy supply unit is a fill level of the energy storage unit of the energy supply unit. By controlling the measuring device as a function of a state variable of the energy supply unit, a sufficient energy supply to the measuring device can advantageously be ensured during its activation.
- Bereitstellung der Energie einem Sensorelement, einem Anregungselement und/oder einer drahtlosen Kommunikationseinheit; - Provision of the energy to a sensor element, an excitation element and / or a wireless communication unit;
- Aktivierung des Sensorelements, des Anregungselements und/oder der drahtlosen Kommunikationseinheit. Vorteilhaft können sämtliche elektronischen Bauteile der Messvorrichtung durch die Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt werden.- Activation of the sensor element, the excitation element and / or the wireless communication unit. All electronic components of the measuring device can advantageously be supplied with energy by the energy supply unit.
Die einzelnen Schritte des Verfahrens laufen vorzugsweise in der oben genannten Rei henfolge ab. The individual steps of the method preferably run in the order mentioned above.
Zeichnungen drawings
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merk- male in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen fassen. Bezugszeichen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung, die sich im Wesentlichen entsprechen, werden mit derselben Zahl und mit einem die Ausführungsform kennzeichnenden Buchstaben versehen. Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into useful further combinations. Reference symbols of features of different embodiments of the invention which essentially correspond are provided with the same number and with a letter identifying the embodiment.
Es zeigen: Show it:
Fig. la eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform ei ner Messvorrichtung mit einer Befestigungsvorrichtung; La is a schematic side view of a first embodiment of a measuring device with a fastening device;
Fig. lb eine perspektivische Ansicht der Messvorrichtung gemäß Fig. la; FIG. 1b shows a perspective view of the measuring device according to FIG.
Fig. lc einen Teilschnitt durch die Messvorrichtung gemäß Fig. la; FIG. 1c shows a partial section through the measuring device according to FIG.
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform einer Messvorrichtung; 2 shows an alternative embodiment of a measuring device;
Fig. 3 eine weitere alternative Ausführungsform der Messvorrichtung; 3 shows a further alternative embodiment of the measuring device;
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Messvorrichtung; 4 shows a fourth embodiment of the measuring device;
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Messvorrichtung; 5 shows a fifth embodiment of the measuring device;
Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der Messvorrichtung; 6 shows a sixth embodiment of the measuring device;
Fig. 7 eine siebte Ausführungsform der Messvorrichtung; 7 shows a seventh embodiment of the measuring device;
Fig. 8 eine achte Ausführungsform der Messvorrichtung; Fig. 9a eine schematische Ansicht einer neunten Ausführungsform der Messvorrichtung; 8 shows an eighth embodiment of the measuring device; 9a shows a schematic view of a ninth embodiment of the measuring device;
Fig. 9b eine schematische Ansicht zweier Messvorrichtungen gemäß Fig. 9a. FIG. 9b shows a schematic view of two measuring devices according to FIG. 9a.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the exemplary embodiments
In Fig. la ist eine Seitenansicht einer Befestigungsvorrichtung 10 mit einer Mess vorrichtung 100 gezeigt. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist insbesondere zur Montage von Schwerlastbauteilen 12 an Wänden oder Decken ausgebildet. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist beispielhaft als ein Anker ausgebildet. Hierzu wird zunächst ein Bohrloch 16 in einem Werkstück 18 mittels einer als Bohrhammer ausgebildeten Handwerkzeugmaschine 1004 erzeugt. Das Werkstück 18 ist bei spielhaft als eine Betonwand ausgebildet. Die Befestigungsvorrichtung 10 be steht aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Edelstahl. In Fig. La is a side view of a fastening device 10 with a measuring device 100 is shown. The fastening device 10 is designed in particular for mounting heavy-duty components 12 on walls or ceilings. The fastening device 10 is designed, for example, as an anchor. For this purpose, a borehole 16 is first produced in a workpiece 18 by means of a hand power tool 1004 designed as a hammer drill. The workpiece 18 is designed as a concrete wall with play. The fastening device 10 be made of a metallic material, in particular stainless steel.
Zur Montage wird zunächst das Schwerlastbauteil 12 an der Wand positioniert. Die Befestigungsvorrichtung 10 wird über eine Montageöffnung 20 des Schwer lastbauteils 12 in das Bohrloch 16 hineingeführt, sodass ein Befestigungsbereich der Befestigungsvorrichtung 10 innerhalb des Bohrlochs 16 angeordnet ist. Die Befestigungsvorrichtung 10 weist ein vorderes Ende 22 auf, das im befestigten Zustand im Bohrloch 16 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Befestigungsvor richtung 10 ein dem vorderen Ende 22 gegenüberliegendes hinteres Ende 24 auf. Das hintere Ende 24 ist im befestigten Zustand in einem Bereich außerhalb des Bohrlochs 16 angeordnet. For assembly, the heavy-duty component 12 is first positioned on the wall. The fastening device 10 is guided into the borehole 16 via an assembly opening 20 of the heavy-duty component 12, so that a fastening region of the fastening device 10 is arranged within the borehole 16. The fastening device 10 has a front end 22 which is arranged in the borehole 16 in the fastened state. Furthermore, the fastening device 10 has a rear end 24 opposite the front end 22. The rear end 24 is arranged in an area outside the borehole 16 in the fastened state.
Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst ein Zugaufnahmeelement 26, über das eine Zugkraft auf einen Grundkörper 28 der Befestigungsvorrichtung 10 einleitbar ist. Das Zugaufnahmeelement 26 ist beispielhaft als ein Gewinde 30 bzw. als ein Außengewinde ausgebildet. Die Zugkraft wird dabei über eine Mutter 32, die mit dem Zugaufnahmeelement 26 verbunden ist, eingeleitet. Des Weiteren umfasst die Befestigungsvorrichtung 10 eine Spreizhülse 34, das bei der Befestigung der Befestigungsvorrichtung 10 im Werkstück 18 diese durch eine radial nach außen wirkende Kraft sichert. The fastening device 10 comprises a tension receiving element 26, via which a tensile force can be introduced onto a base body 28 of the fastening device 10. The tension receiving element 26 is designed, for example, as a thread 30 or as an external thread. The tensile force is introduced via a nut 32 which is connected to the tensile receiving element 26. Furthermore, the fastening device 10 comprises an expansion sleeve 34 which, when the fastening device 10 is fastened in the workpiece 18, secures it by a force acting radially outward.
Des Weiteren weist Befestigungsvorrichtung 10 eine Unterlegscheibe 36 auf, die ebenfalls beispielsweise aus einem Metall bzw. Stahl gebildet ist. Die Unterleg scheibe 36 ist dazu ausgebildet, eine Kraft ausgehend von der Befestigungsvor richtung 10 bzw. der Mutter 32 auf eine größere Fläche zu verteilen. Die Messvorrichtung 100 weist einen Grundkörper 102 auf. Der Grundkörper 102 ist ringförmig ausgebildet und weist beispielhaft einen größeren Durchmesser auf, als die Unterlegscheibe 36. Es ist allerdings ebenso denkbar, dass die late rale Erstreckung des Grundkörpers 102 kleiner ist, als die der Unterlegscheibe 36 oder an diese angepasst ist. Alternativ wäre ebenso denkbar, dass die Unter legscheibe 36 und der Grundkörper 102 der Messvorrichtung 100 einstückig aus gebildet sind. Furthermore, the fastening device 10 has a washer 36, which is also formed, for example, from a metal or steel. The washer 36 is designed to distribute a force based on the fastening device 10 or the nut 32 over a larger area. The measuring device 100 has a base body 102. The base body 102 is annular and, for example, has a larger diameter than the washer 36. However, it is also conceivable that the lateral extension of the base body 102 is smaller than that of the washer 36 or is adapted to this. Alternatively, it would also be conceivable that the washer 36 and the base body 102 of the measuring device 100 are formed in one piece.
Die Befestigungsvorrichtung 10 ist in Fig. la im befestigten Zustand gezeigt, in der die Befestigungsvorrichtung 10 im Bohrloch 16 angeordnet ist. Zur Befesti gung wird die Befestigungsvorrichtung 10 zunächst mit einer Unterlegscheibe 36 und im Anschluss mit der Messvorrichtung 100 verbunden. The fastening device 10 is shown in the fastened state in FIG. 1 a, in which the fastening device 10 is arranged in the borehole 16. For fastening, the fastening device 10 is first connected to a washer 36 and then to the measuring device 100.
In einem weiteren Schritt wird eine Mutter 32 mit der Befestigungsvorrichtung 10 verbunden. Die Mutter 32 weist ein nicht dargestelltes Innengewinde auf, das zu dem als Gewinde 30 ausgebildeten Zugaufnahmeelement 26 der Befestigungs vorrichtung 10 korrespondiert. Zunächst wird die Mutter 32 solange auf die Be festigungsvorrichtung 10 geschraubt, bis die Mutter 32 an der Unterlegscheibe 36 und die Unterlegscheibe 36 über die Messvorrichtung 100 an dem Schwer lastbauteil 12 anliegt. Anschließend wird mittels eines Werkzeugs, wie einem Schraubenschlüssel, oder einer Handwerkzeugmaschine 1004, wie einem Schrauber, ein Drehmoment auf die Mutter 32 übertragen, wobei über das Zug aufnahmeelement 26 das auf die Mutter 32 wirkende Drehmoment in eine auf die Befestigungsvorrichtung 10 wirkende Zugkraft übertragen wird. In a further step, a nut 32 is connected to the fastening device 10. The nut 32 has an internal thread, not shown, which corresponds to the tension receiving element 26 of the fastening device 10, which is designed as a thread 30. First, the nut 32 is screwed onto the fastening device 10 until the nut 32 rests on the washer 36 and the washer 36 rests on the heavy-duty component 12 via the measuring device 100. Subsequently, a torque is transmitted to the nut 32 by means of a tool such as a wrench or a handheld power tool 1004 such as a screwdriver, the torque acting on the nut 32 being transmitted via the train receiving element 26 into a tensile force acting on the fastening device 10 .
Die Messvorrichtung 100 ist in einem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung 10 angeordnet, um eine Befestigungsgröße in Form einer Kraft, insbesondere einer Vorspannkraft, zu erfassen. The measuring device 100 is arranged in a force path of the fastening device 10 in order to detect a fastening variable in the form of a force, in particular a pretensioning force.
In Fig. lb ist eine perspektivische Ansicht der Messvorrichtung 100 gezeigt. Die Messvorrichtung 100 weist eine Sensoreinheit 104 zur Erfassung der Befesti gungsgröße mittels zumindest eines Sensorelements 106 auf. Die Sensoreinheit 104 ist mit einer Schnittstelle 108 verbunden. Die Schnittstelle 108 ist dazu aus gebildet, einer externen Auslesevorrichtung 1000 die von der Sensoreinheit 104 erfasste Befestigungsgröße bereitzustellen. Die Schnittstelle 108 ist beispielhaft als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet. Die Schnittstelle 108 umfasst vier Kon taktelemente 110, die als Kontaktflächen 112 auf einer Oberseite der Messvor richtung 100 angeordnet sind. Die Oberseite der Messvorrichtung 100 ist im be festigten Zustand dem Schraubkopf bzw. der Mutter 32 der Befestigungsvorrich tung 10 zugewandt. Die Schnittstelle 108 bzw. die Kontaktelemente 110 können durch die externe Auslesevorrichtung 1000 direkt kontaktiert werden, um Daten auszutauschen bzw. die Befestigungsgrößen zu übermitteln. Die Schnittstelle 108 umfasst optional noch einen weiteres Kontaktelement 114, das zur Verbin dung mit einer Masse vorgesehen ist. A perspective view of the measuring device 100 is shown in FIG. The measuring device 100 has a sensor unit 104 for detecting the fastening quantity by means of at least one sensor element 106. The sensor unit 104 is connected to an interface 108. The interface 108 is designed to provide an external readout device 1000 with the fastening size detected by the sensor unit 104. The interface 108 is exemplary designed as a contact interface. The interface 108 comprises four contact elements 110 which are arranged as contact surfaces 112 on an upper side of the measuring device 100. The upper side of the measuring device 100 faces the screw head or the nut 32 of the fastening device 10 in the fastened state. The interface 108 or the contact elements 110 can be contacted directly by the external readout device 1000 in order to exchange data or to transmit the fastening parameters. The interface 108 optionally includes a further contact element 114, which is provided for connection to a ground.
Die Schnittstelle 108 ist über ein Verbindungselement 116 mit der Sensoreinheit 104 verbunden. Das Verbindungselement 116 ist beispielhaft als eine Elektronik 118 ausgebildet. Die Elektronik 118 umfasst einen integrierten Schaltkreis 120, der mit der Sensoreinheit 104 und der Schnittstelle 108 verbunden. Die Elektro nik 118 weist zudem ein Speicherelement 122 auf, in welchem Daten, insbeson dere die von der Sensoreinheit 104 erfassten Daten bzw. Befestigungsgrößen, speicherbar sind. In dem Speicherelement 122 ist beispielhaft zusätzlich eine ID der Messvorrichtung 100 gespeichert, über welche die Messvorrichtung identifi zierbar / charakterisierbar ist. The interface 108 is connected to the sensor unit 104 via a connection element 116. The connecting element 116 is designed, for example, as electronics 118. The electronics 118 comprise an integrated circuit 120 which is connected to the sensor unit 104 and the interface 108. The electronics 118 also has a memory element 122 in which data, in particular the data or fastening variables detected by the sensor unit 104, can be stored. An ID of the measuring device 100, via which the measuring device can be identified / characterized, is additionally stored, for example, in the memory element 122.
Die Energieversorgung der Elektronik 118 erfolgt über eine Energieversorgungs einheit 124. Die Energieversorgungseinheit 124 ist dazu ausgebildet, die Sen soreinheit 104 bzw. das Sensorelement 106 mit Energie zu versorgen. Die Ener gieversorgungseinheit 124 umfasst ein Energiespeicherelement 126 und ein Energieaufnahmeelement 128. The electronics 118 are supplied with energy via an energy supply unit 124. The energy supply unit 124 is designed to supply the sensor unit 104 or the sensor element 106 with energy. The energy supply unit 124 comprises an energy storage element 126 and an energy absorption element 128.
Das Energieaufnahmeelement 128 ist dazu ausgebildet, ein externes insbeson dere elektromagnetisches Signal zur Energieversorgung der Messvorrichtung 100 in elektrische Energie umzuwandeln. In der Ausführungsform Gemäß Fig. lb ist das Energieaufnahmeelement 128 beispielhaft zur Umwandlung eines elektro magnetischen Signals in Form von Licht ausgebildet. Das Energieaufnahmeele ment 128 ist insbesondere als eine Solarzelle 130 ausgebildet, die mittels des photovoltaischen Effekts das aufgenommene Licht, beispielsweise Sonnenlicht, in, eine elektrische Energie umwandelt. Das Energieaufnahmeelement 128 ist auf der Oberfläche der Messvorrichtung 100 angeordnet. Das Energieaufnahme element 128 weist eine Fläche bzw. Oberfläche von zumindest 0,5 cm2, insbe sondere zumindest 1 cm2, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 cm2 und 10 cm2 auf. Bevorzugt ist die Größe des Energieaufnahmeelements 128 derart ausgebildet, dass sie zumindest 10 %, vorzugsweise zumindest 25 %, bevorzugt zumindest 50 %, der im befestigten Zustand der Befestigungsvorrichtung 10 frei liegenden Fläche entspricht. Die freiliegende Fläche ist in der gezeigten Ausfüh rungsform die dem Schwerlastbauteil 12 abgewandte Teil der Oberfläche der Messvorrichtung 100, der nicht von der Befestigungsvorrichtung 10 durch die Mutter 32 beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist das Energieaufnahmeelement 128 derart ausgelegt, dass es eine Leistung von zumindest 100 pW, vorzugsweise zumindest 250 pW, bevorzugt zumindest 1 mW, aufweist. Vorteilhaft kann dadurch das Energiespeicherelement 126 in wenigen Sekunden ausreichend ge laden werden, um die Sensoreinheit 104 und/oder die Elektronik 118 mit Energie zu versorgen. The energy absorption element 128 is designed to convert an external, in particular, electromagnetic signal for supplying energy to the measuring device 100 into electrical energy. In the embodiment according to FIG. Lb, the energy absorption element 128 is designed, for example, to convert an electromagnetic signal in the form of light. The energy absorption element 128 is designed in particular as a solar cell 130 which, by means of the photovoltaic effect, converts the light received, for example sunlight, into electrical energy. The energy absorbing element 128 is arranged on the surface of the measuring device 100. The energy absorption element 128 has an area of at least 0.5 cm 2 , in particular at least 1 cm 2 , preferably in a range between 2 cm 2 and 10 cm 2 . The size of the energy absorption element 128 is preferably designed such that it corresponds to at least 10%, preferably at least 25%, preferably at least 50%, of the area exposed in the fastened state of the fastening device 10. In the embodiment shown, the exposed surface is that part of the surface of the measuring device 100 facing away from the heavy-duty component 12 and which is not acted upon by the fastening device 10 by the nut 32. The energy absorption element 128 is preferably designed in such a way that it has a power of at least 100 pW, preferably at least 250 pW, preferably at least 1 mW. In this way, the energy storage element 126 can advantageously be charged sufficiently in a few seconds to supply the sensor unit 104 and / or the electronics 118 with energy.
Das Energiespeicherelement 126 ist beispielhaft als ein Kondensator in Form ei nes Tantal- Kondensators ausgebildet. Vorteilhaft weist der Tantal- Kondensator aufgrund seiner inneren porösen Struktur bei geringer Größe eine sehr hohe Speicherkapazität auf. Das Energiespeicherelement 126 weist insbesondere eine Kapazität von zumindest 100 pF, vorzugsweise zumindest 0,5 mF, bevorzugt mehrere mF auf, um eine ausreichend hohe Energie für die Durchführung von Messungen oder Kommunikation mit der externen Auslesevorrichtung 1000 be reitzustellen. Die Energieversorgungseinheit 124 ist beispielhaft derart ausgebil det, dass die Energie im Energiespeicherelement 126 so lange gespeichert wird, bis ein Schwellenwert erreicht wird, wobei bei Überschreitung des Schwellen werts das Sensorelement 106 aktiviert wird. Der Schwellenwert beträgt beispiel haft ein Kapazitätswert von 50 pF. Alternativ kann der Schwellenwert auch als eine Spannung am Energiespeicherelement ausgebildet sein, wie beispielsweise 3,0 V. The energy storage element 126 is designed, for example, as a capacitor in the form of a tantalum capacitor. Due to its internal porous structure, the tantalum capacitor advantageously has a very high storage capacity with a small size. The energy storage element 126 has, in particular, a capacity of at least 100 pF, preferably at least 0.5 mF, preferably several mF, in order to provide a sufficiently high energy for carrying out measurements or communication with the external readout device 1000. The energy supply unit 124 is designed, for example, in such a way that the energy is stored in the energy storage element 126 until a threshold value is reached, the sensor element 106 being activated when the threshold value is exceeded. The threshold value is, for example, a capacitance value of 50 pF. Alternatively, the threshold value can also be designed as a voltage on the energy storage element, such as 3.0 V.
Die Energieversorgungseinheit 124 wird beispielhaft über eine externe Energie versorgungseinheit 1100 mit Energie versorgt. Die externe Energieversorgungs einheit 1100 ist beispielhaft als eine Taschenlampe 1102 mit einem Linsensys- tem ausgebildet, um auch entfernte Messvorrichtungen 100 bzw. Befestigungs vorrichtungen 10 zu beleuchten. Alternativ wäre auch denkbar, dass die externe Energieversorgungseinheit 1100 als ein Flutlicht ausgebildet ist. Die von der ex ternen Energieversorgungseinheit 1100 ausgehende elektromagnetische Strah lung ist vorteilhaft auf die verwendete Solarzelle 130 optimiert, in dem die emit tierte Wellenlänge angepasst ist. The energy supply unit 124 is supplied with energy, for example, via an external energy supply unit 1100. The external power supply unit 1100 is exemplified as a flashlight 1102 with a lens system System designed to also illuminate remote measuring devices 100 or fastening devices 10. Alternatively, it would also be conceivable that the external energy supply unit 1100 is designed as a floodlight. The electromagnetic radiation emanating from the external energy supply unit 1100 is advantageously optimized for the solar cell 130 used, in which the emitted wavelength is adapted.
Das Sensorelement 106 der Sensoreinheit 104 ist beispielhaft als ein passives Sensorelement 132 ausgebildet. Insbesondere ist das Sensorelement 106 als ein abgeschirmter Kondensator 134 ausgebildet und in Fig. lc in einer Schnittdar stellung gezeigt. Das Sensorelement 106 umfasst beispielhaft vier elektrisch leit fähige Ebenen 136, die durch den Grundkörper 102 der Messvorrichtung 100 elektrisch voneinander isoliert sind. Zur elektrischen Isolierung kann der Grund körper 102 beispielhaft in den Bereichen zwischen den leitfähigen Ebenen 136 eine keramische Struktur, einen verstärkten Kunststoff oder einen glasfaserver stärkten Kunststoff aufweisen. Die leitfähigen Ebenen 136 bestehen vorzugs weise aus einem Metall, wie beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung.The sensor element 106 of the sensor unit 104 is designed, for example, as a passive sensor element 132. In particular, the sensor element 106 is designed as a shielded capacitor 134 and shown in Fig. Lc in a sectional view. The sensor element 106 comprises, for example, four electrically conductive planes 136 which are electrically isolated from one another by the base body 102 of the measuring device 100. For electrical insulation, the base body 102 can, for example, have a ceramic structure, a reinforced plastic or a glass fiber-reinforced plastic in the areas between the conductive planes 136. The conductive planes 136 are preferably made of a metal such as copper or a copper alloy.
Es ist ebenso denkbar, dass die leitfähigen Ebenen 136 aus Gold oder einer Goldlegierung bestehen. Die beiden außenliegenden leitfähigen Ebenen 138 sind einer Abschirmung 140 zugeordnet. Vorteilhaft decken diese außenliegenden Ebenen 138 einen möglichst großen Anteil der Ebene ab, insbesondere zumin dest 50 %, vorzugsweise zumindest 75 %, der Ebene, um eine effektive Abschir mung des Sensorelements 106 vor äußeren Störfaktoren, wie beispielsweise elektromagnetischer Strahlung, bereitzustellen. Die beiden außenliegenden Ebe nen 138 sind dabei elektrisch miteinander über ein Abschirmungselement 142 verbunden, das bevorzugt vorzugsweise vollständig entlang oder nahe des äuße ren Randes der leitfähigen Ebenen 136 angeordnet ist. Des Weiteren sind die außenliegenden Ebenen 138 mit dem Massekontakt 114 verbunden. It is also conceivable that the conductive planes 136 consist of gold or a gold alloy. The two outer conductive planes 138 are assigned to a shield 140. These outer planes 138 advantageously cover as large a proportion of the plane as possible, in particular at least 50%, preferably at least 75%, of the plane in order to provide effective shielding of the sensor element 106 from external interference factors such as electromagnetic radiation. The two outer levels 138 are electrically connected to one another via a shielding element 142, which is preferably arranged preferably completely along or near the outer edge of the conductive levels 136. Furthermore, the outer planes 138 are connected to the ground contact 114.
Die zwei innenliegenden leitfähigen Ebenen 144 bilden einen Parallelplatten - Kondensator. Die leitfähigen Ebenen 136 des Parallelplatten- Kondensators sind dabei ringförmig ausgebildet und verlauf kreisförmig um die mittige Öffnung 146 der Messvorrichtung 100. Der innenliegenden Ebenen 144 sind dabei vorzugs weise vollständig innerhalb der Abschirmung 140 angeordnet, um eine Störung der Erfassung der Befestigungsgröße zu vermeiden. Es ist ebenso denkbar, dass die Sensoreinheit 104 mehrere Sensorelemente 106 aufweist. Beispielsweise könnte die Sensoreinheit 104 drei Sensorelemente auf weisen, die ebenfalls als Parallelplatten- Kondensatoren ausgebildet sind, und kreissegmentartig um die mittlere Öffnung 146 verteilt sind. The two inner conductive planes 144 form a parallel plate capacitor. The conductive planes 136 of the parallel plate capacitor are ring-shaped and run circularly around the central opening 146 of the measuring device 100. The inner planes 144 are preferably arranged completely within the shield 140 in order to avoid interference with the detection of the fastening size. It is also conceivable that the sensor unit 104 has a plurality of sensor elements 106. For example, the sensor unit 104 could have three sensor elements, which are also designed as parallel-plate capacitors and are distributed around the central opening 146 in the manner of a segment of a circle.
Des Weiteren weist die Sensoreinheit 104 eine Referenzstruktur 148 auf. Die Re ferenzstruktur 148 besteht ebenfalls aus einem Parallelplatten- Kondensator und ist vollständig innerhalb der Abschirmung 140 angeordnet. Die Referenzstruktur 148 ist im Gegensatz zu dem Sensorelement 106 außerhalb des direkten Kraft pfads angeordnet, sodass die Referenzstruktur im befestigten Zustand nicht di rekt unterhalb des Schraubkopfes bzw. der Mutter 32 der Befestigungsvorrich tung 10 angeordnet ist. Furthermore, the sensor unit 104 has a reference structure 148. The reference structure 148 also consists of a parallel-plate capacitor and is arranged completely within the shield 140. In contrast to the sensor element 106, the reference structure 148 is arranged outside the direct force path, so that the reference structure in the fastened state is not arranged directly below the screw head or the nut 32 of the fastening device 10.
Das Sensorelement 106 und die Referenzstruktur 148 sind mit jeweils einem Kontaktelement 110 der Schnittstelle 108 verbunden, um die erfasste Befesti gungsgröße einer externen Auslesevorrichtung 1000 bereitzustellen. Mittels der Elektronik 118 und/oder der externen Auslesevorrichtung 1000 ist es beispielhaft möglich, basierend auf einer Differenz der beiden erfassten Befestigungsgrößen in Form der Kapazitäten eine Befestigungskraft zu ermitteln. Des Weiteren ist es auch möglich, dass über die erfassten Befestigungsgrößen auch weitere Ein flüsse, wie beispielsweise die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Alterung des Trägermaterials bzw. des Werkstücks, etc. ermittelt werden. The sensor element 106 and the reference structure 148 are each connected to a contact element 110 of the interface 108 in order to provide the detected fastening variable to an external readout device 1000. By means of the electronics 118 and / or the external readout device 1000, it is possible, for example, to determine a fastening force based on a difference between the two recorded fastening variables in the form of the capacitances. Furthermore, it is also possible that other influences, such as the temperature, the humidity, the aging of the carrier material or the workpiece, etc., can also be determined using the recorded fastening parameters.
In dieser Ausführungsform werden die Kondensatoren bzw. das Sensorelement 106 und die Referenzstruktur 148 ausgelesen, sobald die Energieversorgungs einheit 124 genügend Energie gespeichert hat bzw. ein Schwellenwert über schritten wird. Die Steuerung erfolgt dabei über die Elektronik 118, welche so wohl mit der Energieversorgungseinheit 124 als auch mit der Sensoreinheit 104 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass das Auslesen der Kondensatoren in vorbestimmten Zeitintervallen, beispielsweise einmal täglich, wöchentlich, monatlich oder jährlich erfolgt. Die erfassten Werte werden vorzugs weise digital über die Schnittstelle 108 bereitgestellt. Die als Kontaktschnittstelle ausgebildete Schnittstelle 108 kann beispielsweise mit einer als Handwerkzeugmaschine 1004 ausgebildeten externen Auslesevor richtung 1000 zum Datenaustausch verbunden werden. Die Verbindung erfolgt dabei beispielsweise über ein Kabel 1006, das mit den Kontaktelementen 110 der Messvorrichtung direkt verbindbar ist. Die Handwerkzeugmaschine 1004 ist beispielhaft als ein Akku-Schrauber ausgebildet. In this embodiment, the capacitors or the sensor element 106 and the reference structure 148 are read out as soon as the energy supply unit 124 has stored enough energy or a threshold value is exceeded. The control takes place via the electronics 118, which are connected both to the energy supply unit 124 and to the sensor unit 104. Alternatively or in addition, it is also conceivable that the capacitors are read out at predetermined time intervals, for example once a day, weekly, monthly or annually. The recorded values are preferably provided digitally via the interface 108. The interface 108 designed as a contact interface can, for example, be connected to an external readout device 1000 designed as a handheld power tool 1004 for data exchange. The connection is made via a cable 1006, for example, which can be directly connected to the contact elements 110 of the measuring device. The handheld power tool 1004 is designed, for example, as a cordless screwdriver.
Zusätzlich ist die Schnittstelle 108 mit einer externen Kommunikationseinheit 150 verbindbar ausgebildet. Die externe Kommunikationseinheit 150 ist beispielhaft als ein RFID-Tag 152 ausgebildet und kann über eine stoffschlüssige Verbin dung, beispielsweise durch Verkleben, mit der Messvorrichtung 100 bzw. der Schnittstelle 108 verbunden werden. Im mit der externen Kommunikationseinheit 150 verbundenen Zustand kann die erfasste Befestigungsgröße einer externen Auslesevorrichtung 1000 wie beispielsweise einem Smartphone über eine draht lose Kommunikation 1010 bereitgestellt werden. Der RFID-Tag kann dabei in ge eigneten Frequenzen, beispielsweise durch die Elektronik 118, verstimmt werden oder es kann der Wert der Befestigungsgröße ausgelesen und in eine digitale In formation umgesetzt werden. Vorteilhaft kann dadurch ein deutlich benutzer freundliches System realisiert werden. Bevorzugt ist die Verbindung zwischen der Messvorrichtung 100 und der externen Kommunikationseinheit 150 derart ausgebildet, dass sie lösbar, insbesondere werkzeuglos lösbar, ist. Die Energie versorgung der externen Kommunikationseinheit 150a erfolgt über die von der Energieversorgungseinheit 124 aufgenommen Energie. In addition, the interface 108 is designed to be connectable to an external communication unit 150. The external communication unit 150 is designed, for example, as an RFID tag 152 and can be connected to the measuring device 100 or the interface 108 via an integral connection, for example by gluing. In the state connected to the external communication unit 150, the detected fastening size can be provided to an external readout device 1000 such as a smartphone via wireless communication 1010. The RFID tag can be detuned at suitable frequencies, for example by the electronics 118, or the value of the fastening size can be read out and converted into digital information. A clearly user-friendly system can advantageously be implemented as a result. The connection between the measuring device 100 and the external communication unit 150 is preferably designed such that it is detachable, in particular detachable without tools. The external communication unit 150a is supplied with energy via the energy consumed by the energy supply unit 124.
Alternativ wäre es ebenso denkbar, dass die externe Kommunikationseinheit 150 als ein SAW-Tag ausgebildet, der eine drahtlose Kommunikation mittels Oberflä chenwellen ermöglicht. Alternatively, it would also be conceivable for the external communication unit 150 to be designed as a SAW tag that enables wireless communication by means of surface waves.
In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Messvorrichtung 100 gezeigt. Die Messvorrichtung 100a entspricht im Wesentlich der zuvor beschriebenen Messvorrichtung 100 und unterscheidet sich durch die Ausbildung der Schnitt stelle 108a und der externen Kommunikationseinheit 150a. Die Schnittstelle 108a als ein Sensorknoten ausgebildet ist, der geeignete Kon takte zur Verbindung mit der externen Kommunikationseinheit 150a, beispiels weise in Form eines Bluetooth Beacons 154a, aufweist. Zur werkzeuglos lösba ren Verbindung der externen Kommunikationseinheit 150a mit der Messvorrich tung 100a weist die Messvorrichtung 100a eine mechanische Schnittstelle 156a auf. Die mechanische Schnittstelle 156a ist teilweise einstückig mit dem Grund körper 102a der Messvorrichtung 100a ausgebildet und umfasst mehrere Rast arme 158a, die zur kraft und formschlüssigen Verbindung mit einem Gehäuse 160a der externen Kommunikationseinheit 150a ausgebildet sind. Die Rastarme 158a greifen dabei in korrespondierende Ausnehmungen (nicht dargestellt) an der Außenseite des Gehäuses 160 der externen Kommunikationseinheit 150a ein. Das Bluetooth Modul der externen Kommunikationseinheit 150a ist auf einer Leiterplatte innerhalb des Gehäuses 160 angeordnet, um dies vorteilhaft zu schützen. An alternative embodiment of the measuring device 100 is shown in FIG. 2. The measuring device 100a essentially corresponds to the measuring device 100 described above and differs in the design of the interface 108a and the external communication unit 150a. The interface 108a is designed as a sensor node which has suitable contacts for connection to the external communication unit 150a, for example in the form of a Bluetooth beacon 154a. For the connection of the external communication unit 150a to the measuring device 100a, which can be detached without tools, the measuring device 100a has a mechanical interface 156a. The mechanical interface 156a is partially formed in one piece with the base body 102a of the measuring device 100a and comprises a plurality of latching arms 158a, which are designed for a non-positive and positive connection to a housing 160a of the external communication unit 150a. The latching arms 158a engage in corresponding recesses (not shown) on the outside of the housing 160 of the external communication unit 150a. The Bluetooth module of the external communication unit 150a is arranged on a printed circuit board within the housing 160 in order to protect this advantageously.
Wie bereits im vorherigen Ausführungsbeispiel erfolgt die Energieversorgung der externen Kommunikationseinheit 150a über die von der Energieversorgungsein heit 124a aufgenommen Energie. Die Energieversorgungseinheit 124a umfasst wie zuvor ein Energieaufnahmeelement 128a und ein Energiespeicherelement 126a. As in the previous exemplary embodiment, the external communication unit 150a is supplied with energy via the energy taken up by the energy supply unit 124a. As before, the energy supply unit 124a comprises an energy absorption element 128a and an energy storage element 126a.
Das Energieaufnahmeelement 124a beispielhaft zur Umwandlung eines elektro magnetischen Signals in Form einer Funkwelle oder einer Radiowelle ausgebil det. Das Energieaufnahmeelement 128a ist auf der Oberfläche der Messvorrich tung 100a angeordnet. Die externe Energieversorgungseinheit 1100a kann dabei beispielsweise als ein RFID-Sendegerät oder als ein GSM-Sendegerät ausgebil det sein. The energy absorption element 124a is an example of the conversion of an electromagnetic signal in the form of a radio wave or a radio wave. The energy absorption element 128a is arranged on the surface of the measuring device 100a. The external energy supply unit 1100a can for example be designed as an RFID transmitter or as a GSM transmitter.
In Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Messvorrichtung 100 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Messvorrichtung 100b unterscheidet sich dabei von der zuvor beschriebenen Messvorrichtung 100 insbesondere durch die Ausbildung der Schnittstelle 108b. Die Schnittstelle 108b umfasst zwei mal vier Kontaktelemente 110b in Form von Steckerbuchsen 162b, die mit der Sensoreinheit 104b verbunden sind. Dabei sind jeweils vier Steckerverbinder 162b mit dem Sensorelement 106b und vier Steckerverbinder 162b mit der Refe renzstruktur 148b verbunden. Die Steckerverbinder 162b sind vorzugsweise als MMCX (micro-miniature coaxial) Steckerverbinder ausgebildet. Die Steckerver binder 162b sind nach außen gerichtet, um einen möglichst kompakten Aufbau der Messvorrichtung 100b zu realisieren. FIG. 3 shows a further alternative embodiment of the measuring device 100 in a perspective view. The measuring device 100b differs from the previously described measuring device 100 in particular in the design of the interface 108b. The interface 108b comprises two by four contact elements 110b in the form of plug sockets 162b, which are connected to the sensor unit 104b. There are four plug connectors each 162b is connected to the sensor element 106b and four plug connectors 162b are connected to the reference structure 148b. The plug connectors 162b are preferably designed as MMCX (micro-miniature coaxial) plug connectors. The plug connectors 162b are directed outwards in order to achieve the most compact possible construction of the measuring device 100b.
In den Figuren 4 bis 9b sind weitere Ausführungsformen der Messvorrichtung 100 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Die Schnittstellen 108c bis 108h sind dabei stets als Kontaktschnittstelle ausgebildet, die verbindbar mit ei ner nicht dargestellten externen Kommunikationseinheit ist. Des Weiteren weisen sämtliche Messvorrichtung 100c bis 100h eine optionale Energieversorgungsein heit 124c bis 124h auf. In FIGS. 4 to 9b, further embodiments of the measuring device 100 are shown in a schematic side view. The interfaces 108c to 108h are always designed as contact interfaces which can be connected to an external communication unit, not shown. Furthermore, all measuring devices 100c to 100h have an optional energy supply unit 124c to 124h.
Die Messvorrichtung 100c gemäß Fig. 4 weist einen Grundkörper 102c auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36c der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung 100c weist ein Übertragungselement 164c auf, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung 100c wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße umzuwandeln. Das Übertragungselement 164c ist beispielhaft als ein elastisches Element 166c ausgebildet, das eine gummiartige Hülle aufweist, die mit einem insbesondere zähflüssigem Fluid gefüllt ist. Alternativ wäre auch ein fluidgefüllter Ballon denk bar. Durch das elastische Element 166c wird die physikalische Eingangsgröße in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Drucks und oder Verformung bzw. verlängerte Strecke des Übertragungselements 164c umgewandelt. Die physikalische Ausgangsgröße wird von der Sensoreinheit 104c der Messvorrich tung 100c erfasst und als Befestigungsgröße der Schnittstelle 108c bereitgestellt. Die Sensoreinheit 104c ist hierfür beispielhaft zur Erfassung des Drucks ausge bildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Sensoreinheit 104c ein Sensorelement 106c in Form einer Brückenschaltung mit vier Widerständen aufweist, wobei insbesondere nur einer oder zwei der Widerstände ihren Wert durch die Verbiegung bzw. den Druck ändern. Alternativ könnte die Verformung beispielsweise durch ein Sensorelement 106c in Form eines optischen Sensors wie einer Kamera erfasst werden. Die Messvorrichtung lOOd gemäß Fig. 5 weist einen Grundkörper 102d auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36d der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung lOOd weist ein Übertragungselement 164d auf, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung 100c wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Lichtsignals umzuwandeln. Das Übertragungselement 164d ist beispielhaft als eine lichtleitende Schicht 168d ausgebildet. Alternativ wäre auch ein in einer Schicht eingebetteter Lichtleiter denkbar. Durch die lichtleitende Schicht 168d wird die physikalische Eingangsgröße bzw. die verursachte Quetschung in eine physikalische Ausgangsgröße Form einer Lichttransmission durch das Übertra gungselement 164d umgewandelt. Insbesondere ist die lichtleitende Schicht 168d derart ausgebildet, dass sich die Lichttransmission durch das Übertra gungselement 164d in Abhängigkeit der aufgebrachten Kraft ändert. Die physika lische Ausgangsgröße wird von der Sensoreinheit 104d der Messvorrichtung lOOd erfasst und als Befestigungsgröße der Schnittstelle 108d bereitgestellt. Die Sensoreinheit 104d ist hierfür beispielhaft zur Erfassung der Lichttransmission ausgebildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Sensoreinheit 104d ein Sensorelement 106d in Form ei eines optischen Sensors wie einer Ka mera oder eine Photodiode aufweist. Um die Messung zu verbessern kann an ein oder mehreren Stellen über eine Lichtquelle (nicht dargestellt) ein Lichtsignal in das transparente Übertragungselement 164d eingebracht werden. The measuring device 100c according to FIG. 4 has a base body 102c which is integrally formed with the washer 36c of the fastening device 10. The measuring device 100c has a transmission element 164c, which is designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100c in the fastened state starting from the fastening device 10, into a physical output variable. The transmission element 164c is designed, for example, as an elastic element 166c, which has a rubber-like sheath that is filled with a particularly viscous fluid. Alternatively, a fluid-filled balloon would also be conceivable. The elastic element 166c converts the physical input variable into a physical output variable in the form of a pressure and / or deformation or extended distance of the transmission element 164c. The physical output variable is detected by the sensor unit 104c of the measuring device 100c and provided as a fastening variable for the interface 108c. The sensor unit 104c is designed for this purpose, for example, to detect the pressure. This can be implemented, for example, in that the sensor unit 104c has a sensor element 106c in the form of a bridge circuit with four resistors, in particular only one or two of the resistors changing their value due to the bending or the pressure. Alternatively, the deformation could be detected, for example, by a sensor element 106c in the form of an optical sensor such as a camera. The measuring device 100d according to FIG. 5 has a base body 102d which is formed in one piece with the washer 36d of the fastening device 10. The measuring device 100d has a transmission element 164d which is designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100c in the fastened state starting from the fastening device 10 into a physical output variable in the form of a light signal. The transmission element 164d is designed, for example, as a light-conducting layer 168d. Alternatively, a light guide embedded in a layer would also be conceivable. The light-conducting layer 168d converts the physical input variable or the pinching caused into a physical output variable in the form of light transmission through the transmission element 164d. In particular, the light-conducting layer 168d is designed in such a way that the light transmission through the transmission element 164d changes as a function of the force applied. The physical output variable is detected by the sensor unit 104d of the measuring device 100d and made available as a fastening variable for the interface 108d. The sensor unit 104d is designed for this purpose, for example, to detect the light transmission. This can be implemented, for example, in that the sensor unit 104d has a sensor element 106d in the form of an optical sensor such as a camera or a photodiode. In order to improve the measurement, a light signal can be introduced into the transparent transmission element 164d at one or more points via a light source (not shown).
Die Messvorrichtung lOOe gemäß Fig. 6 weist einen Grundkörper 102e auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36e der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung lOOe weist zwei Übertragungselemente 164e auf, die dazu ausgebildet sind, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung lOOe wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Magnetfelds umzuwandeln. Eines der Übertragungselemente 164e ist als ein Magnetelement 170e zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet. Das Magnetelement kann beispielsweise wie aufgeführt als ein Permanentmagnet 172e ausgebildet sein. Alternativ wäre auch denkbar, dass das Magnetelement 170e beispielsweise als ein Elektromagnet bzw. eine Spule ausgebildet ist. Das als Magnetelement 170e ausgebildete Übertragungselement 164e ist derart an geordnet, dass das erzeugte Magnetfeld sich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit dem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung 10 und/oder dem wei teren Übertragungselement 164e, das als eine Schicht 174e ausgebildet ist, die das Magnetfeld basierend auf der auf sie wirkenden Kraft beeinflusst und/oder verdrängt, überlappt. Die Schicht 174e kann beispielweise als eine ferromagneti sche Schicht ausgebildet sein, deren Feldleitfähigkeit vom Druck abhängig ist. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Schicht 174e als ein ferromagnetisches „Shape Memory Alloy“ ausgebildet ist, das bei einem vordefinierten Druck seine Kristallkonfiguration derart ändert, damit es ab diesem Schwellenwert von Mag netfeld-leitend auf Magnetfeld-verdrängend umschaltet. Vorteilhaft können über die verschiedenen Schichten 174e sowohl quantitative Messungen als auch zu verlässige qualitative Messungen durchgeführt werden. Die physikalische Aus gangsgröße wird von der Sensoreinheit 104e der Messvorrichtung lOOe erfasst und als Befestigungsgröße der Schnittstelle 108e bereitgestellt. Die Sensorein heit 104e ist hierfür beispielhaft zur Erfassung des Magnetfelds ausgebildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Sensoreinheit 104e ein Senso relement 106e in Form eines Magnetfeldsensors wie einem Hall-Sensor aufweist. Um die Messung zu verbessern kann die Sensoreinheit mehrere Hall-Sensoren aufweisen. The measuring device 100e according to FIG. 6 has a base body 102e which is formed in one piece with the washer 36e of the fastening device 10. The measuring device 100e has two transmission elements 164e which are designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100e in the fastened state starting from the fastening device 10 into a physical output variable in the form of a magnetic field. One of the transmission elements 164e is designed as a magnetic element 170e for generating a magnetic field. The magnetic element can, for example, be designed as a permanent magnet 172e as mentioned. Alternatively, it would also be conceivable that the magnetic element 170e is designed, for example, as an electromagnet or a coil. The Transmission element 164e designed as a magnetic element 170e is arranged in such a way that the generated magnetic field is at least partially, preferably completely, with the force path of the fastening device 10 and / or the other transmission element 164e, which is designed as a layer 174e, which is based on the magnetic field influenced by the force acting on them and / or displaced, overlaps. The layer 174e can, for example, be designed as a ferromagnetic layer whose field conductivity is dependent on the pressure. Alternatively, it would also be conceivable that the layer 174e is designed as a ferromagnetic “Shape Memory Alloy” which changes its crystal configuration at a predefined pressure in such a way that it switches from magnetic field conducting to magnetic field displacing from this threshold value. Both quantitative measurements and reliable qualitative measurements can advantageously be carried out via the various layers 174e. The physical output variable is detected by the sensor unit 104e of the measuring device 100e and provided as a fastening variable for the interface 108e. For this purpose, the sensor unit 104e is designed, for example, to detect the magnetic field. This can be implemented, for example, in that the sensor unit 104e has a sensor element 106e in the form of a magnetic field sensor such as a Hall sensor. In order to improve the measurement, the sensor unit can have several Hall sensors.
Die Messvorrichtung lOOe gemäß Fig. 7 weist einen Grundkörper 102f auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36f der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung lOOf weist ein Übertragungselemente 164f auf, die dazu ausgebildet sind, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung lOOf wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Wirbelstroms bzw. einer Induktivität umzuwandeln. Das Übertragungselemente 164f ist als eine Spule 176f zur Induzierung eines Wirbelstroms in der Befesti gungsvorrichtung 10 ausgebildet. Abhängig von der Kraftkopplung der Befesti gungsvorrichtung 10 ändert sich das Antwortsignal und damit die physikalische Ausgangsgröße, das von der Sensoreinheit 104f gemessen wird. Das Sensorele ment 106f kann dabei die Erregerspule 176f umfassen. Die Kraftkopplung der Befestigungsvorrichtung 10 ergibt sich aus den zwischen den einzelnen Teilen, beispielsweise der Mutter 32 und der Messvorrichtung lOOf, wirkenden Kräften. Die Messvorrichtung 100g gemäß Fig. 8 weist einen Grundkörper 102g auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36g der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung 100g weist ein Übertragungselement 164g auf, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung 100g wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße umzuwandeln. Die Sensoreinheit 104g umfasst ein Sensorelement 106g, das als ein passives Sensorelement ausgebildet ist. Beispielhaft ist das Sensorelement 106g dazu ausgebildet, eine Befestigungsgröße in Form einer Kraft zu erfassen. Das Senso relement 106g kann beispielhaft als ein Kondensator der, der über eine Wider standsänderung die Befestigungsgröße erfasst. Das Übertragungselement 164g ist als eine Verstärkungsschicht 176g ausgebildet, die elektrisch leitfähig ist und mittels geeigneter Strukturen druckabhängig eine Änderung des Widerstands des Sensorelements 106g verstärkt. Alternativ wäre auch denkbar, dass bei einer an deren Ausgestaltung der Sensoreinheit 104g bzw. des Sensorelements 106g das Übertragungselement 164g bzw. das Verstärkungselement 176g anders ausge bildet ist. Beispielsweise wäre ebenso denkbar, dass das Verstärkungselement 176g die Änderung eines Stroms in Abhängigkeit der angelegten Kraft verstärkt. The measuring device 100e according to FIG. 7 has a base body 102f which is formed in one piece with the washer 36f of the fastening device 10. The measuring device 100f has a transmission element 164f which are designed to convert a physical input variable in the form of a force that acts on the measuring device 100f in the fastened state from the fastening device 10 into a physical output variable in the form of an eddy current or an inductance . The transmission element 164f is designed as a coil 176f for inducing an eddy current in the fastening device 10. Depending on the force coupling of the fastening device 10, the response signal and thus the physical output variable, which is measured by the sensor unit 104f, changes. The sensor element 106f can include the excitation coil 176f. The force coupling of the fastening device 10 results from the forces acting between the individual parts, for example the nut 32 and the measuring device 100f. The measuring device 100g according to FIG. 8 has a base body 102g which is constructed in one piece with the washer 36g of the fastening device 10. The measuring device 100g has a transmission element 164g which is designed to convert a physical input variable in the form of a force, which in the fastened state acts on the measuring device 100g from the fastening device 10, into a physical output variable. The sensor unit 104g comprises a sensor element 106g, which is designed as a passive sensor element. For example, the sensor element 106g is designed to detect a fastening variable in the form of a force. The sensor element 106g can be used, for example, as a capacitor that detects the attachment size via a change in resistance. The transmission element 164g is designed as a reinforcement layer 176g which is electrically conductive and, by means of suitable structures, amplifies a change in the resistance of the sensor element 106g as a function of pressure. Alternatively, it would also be conceivable that in a different configuration of the sensor unit 104g or the sensor element 106g, the transmission element 164g or the reinforcement element 176g is designed differently. For example, it would also be conceivable that the reinforcement element 176g amplifies the change in a current as a function of the applied force.
Die Messvorrichtung 100h gemäß Fig. 9a weist einen Grundkörper 102h auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36h der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung 100h weist wie in den Ausführungsformen zuvor eine Sensoreinheit 104h, eine Energieversorgungseinheit 124h und eine Schnitt stelle 108h. Des Weiteren weist die Messvorrichtung 100h bzw. die Sensorein heit 104h ein Anregungselement 180h zur mechanischen und/oder elektrischen Anregung der Befestigungsvorrichtung 10 und ein Sensorelement 106h auf, wo bei das Sensorelement 106h dazu ausgebildet ist, eine Befestigungsgröße in Ab hängigkeit der Antwort auf die Anregung zu erfassen. Das Anregungselement 180h ist beispielhaft als ein Piezoelement 182h ausgebildet. Das Anregungsele ment 180h ist vorzugsweise auf einer dem zu befestigenden Bauteil 12 zuge wandten Seite der Messvorrichtung 100h bzw. der Unterlegscheibe 36h angeord net. Das Piezoelement 182h kann als Schicht bzw. Beschichtung oder als eine Scheibe ausgebildet sein. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. Wechselspannung kann mittels des Anregungselements eine Kraft bzw. eine Vib ration zur Anregung der Befestigungsvorrichtung 10, des Schwerlastbauteils 12 und/oder des Werkstücks 18 erzeugt und in den Kraftpfad eingekoppelt werden. Das Anregungselement 180h kann zumindest teilweise einstückig mit dem Sen sorelement 106h ausgebildet sein, sodass auch die Erfassung der Befestigungs größe zumindest teilweise über das Piezoelement 182h erfolgt. Zeitgleich zur An regung kann die Kapazität gemessen werden, bzw. zeitversetzt die Rückstellkraft elektrisch als Strompuls erfasst werden, woraus sich Rückschlüsse auf das Be festigungssystem schließen lassen. Je nach dynamischer Anregung lassen sich auch Rückschlüsse aus der umliegenden Befestigungsmatrix ziehen, bspw. durch Resonanzen und/oder Reflexionen mechanischer Schwingungen. The measuring device 100h according to FIG. 9a has a base body 102h which is constructed in one piece with the washer 36h of the fastening device 10. As in the previous embodiments, the measuring device 100h has a sensor unit 104h, an energy supply unit 124h and an interface 108h. Furthermore, the measuring device 100h or the sensor unit 104h has an excitation element 180h for mechanical and / or electrical excitation of the fastening device 10 and a sensor element 106h, where the sensor element 106h is designed to determine an attachment variable depending on the response to the excitation capture. The excitation element 180h is designed, for example, as a piezo element 182h. The excitation element 180h is preferably arranged on a side of the measuring device 100h or the washer 36h facing the component 12 to be fastened. The piezo element 182h can be designed as a layer or coating or as a disk. By applying an electrical voltage or AC voltage can be used to generate a force or a vibration to excite the fastening device 10, the heavy-duty component 12 and / or the workpiece 18 by means of the excitation element and be coupled into the force path. The excitation element 180h can be formed at least partially in one piece with the sensor element 106h, so that the detection of the fastening variable also takes place at least partially via the piezo element 182h. At the same time as the excitation, the capacitance can be measured, or the restoring force can be recorded electrically as a current pulse with a time delay, from which conclusions can be drawn about the fastening system. Depending on the dynamic stimulation, conclusions can also be drawn from the surrounding fastening matrix, for example through resonances and / or reflections of mechanical vibrations.
Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass das Anregungselement 180h dazu ausgebildet ist, eine Impedanzmessung durchzuführen. Das Anregungselement 180h kann hierfür beispielhaft als ein Kondensator ausgebildet sein, wobei die Spannung im Kondensator mit unterschiedlichen Frequenzen umgeladen wird und in die Befestigungsmatrix bzw. die Befestigungsvorrichtung 10 und das Werkstück 18 einstrahlt. Ein Sensorelement 106h erfasst eine Befestigungsgröße durch die Antwort, das heißt die Geschwindigkeiten der Umladung, wie beispiels weise mittels einer Frequenz- oder Phasenverschiebung, des Systems Konden sator und Umgebung. Hierdurch können Rückschlüsse auf vorhandene Ionen, Hohlräume oder auch Risse in der Umgebung gezogen werden. Alternatively or additionally, it is conceivable that the excitation element 180h is designed to carry out an impedance measurement. For this purpose, the excitation element 180h can be designed, for example, as a capacitor, the voltage in the capacitor being recharged at different frequencies and radiating into the fastening matrix or the fastening device 10 and the workpiece 18. A sensor element 106h detects a fastening variable through the response, that is, the speeds of the charge reversal, for example by means of a frequency or phase shift, the system capacitor and the environment. This allows conclusions to be drawn about existing ions, cavities or also cracks in the environment.
In Fig. 9b ist ein System aus zwei Messvorrichtung 100h, die jeweils mit einer Befestigungsvorrichtung 10 zur Befestigung eines Schwerlastbauteils 12 verbun den sind in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Das Anregungselement 180h kann zusätzlich als Schlag- oder Schallgeber eingesetzt werden. Ebenfalls ist denkbar, dass das Anregungselement 180h der einen Messvorrichtung 100h zur Impedanzmessung der weiteren Messvorrichtung 100h eingesetzt wird. Vor teilhaft sind dabei beide Messvorrichtung 100h bzw. die Schnittstellen 108h der Messvorrichtungen 100h mit jeweils einer externen Kommunikationseinheit wie zuvor beschrieben verbunden, sodass die Messvorrichtung 100h drahtlos mitei nander kommunizieren und Daten untereinander austauschen können. In Fig. 9b is a system of two measuring devices 100h, which are each verbun with a fastening device 10 for fastening a heavy-duty component 12 are shown in a schematic side view. The excitation element 180h can also be used as an impact or sound generator. It is also conceivable that the excitation element 180h of the one measuring device 100h is used to measure the impedance of the further measuring device 100h. Advantageously, the two measuring devices 100h or the interfaces 108h of the measuring devices 100h are each connected to an external communication unit as described above, so that the measuring device 100h can wirelessly communicate with one another and exchange data with one another.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Messvorrichtung für eine Befestigungsvorrichtung (10), mit einem Grundkörper (102), mit einer Sensoreinheit (104), die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Befesti gungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle (108), die mit der Sensoreinheit (104) verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrichtung (1000) die zu mindest eine Befestigungsgröße bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (108) elektrisch verbindbar mit einer drahtlosen Kommunikationsein heit (150) oder direkt mit der externen Auslesevorrichtung (1000) verbindbar ist. 1. Measuring device for a fastening device (10), with a base body (102), with a sensor unit (104), which is designed to detect at least one fastening quantity, with an interface (108) that communicates with the sensor unit (104) is connected and designed to provide at least one attachment size to an external readout device (1000), characterized in that the interface (108) can be electrically connected to a wireless communication unit (150) or directly to the external readout device (1000).
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (104) ein passives Sensorelement aufweist. 2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the sensor unit (104) has a passive sensor element.
3. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sensoreinheit (104) ein Übertragungselement (164c) aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in eine physikalische Aus gangsgröße zu wandeln, wobei die Befestigungsgröße basierend auf der physikali schen Ausgangsgröße von dem Sensorelement (106) erfasst wird. 3. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor unit (104) has a transmission element (164c) which is designed to convert a physical input variable into a physical output variable, the attachment variable based on the physical rule Output variable is detected by the sensor element (106).
4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Über tragungselement (164c) derart elastisch ausgebildet ist, dass über eine Verformung des Übertragungselements (164c) die Befestigungsgröße erfassbar ist. 4. Measuring device according to claim 3, characterized in that the transmission element (164c) is designed to be elastic in such a way that the fastening size can be detected via a deformation of the transmission element (164c).
5. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, dass das Übertragungselement (164d) derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine optische Eigenschaft des Übertragungselements (164d) in Abhängigkeit der physi kalischen Eingangsgröße ändert. 5. Measuring device according to one of claims 3 or 4, characterized in that the transmission element (164d) is designed such that at least one optical property of the transmission element (164d) changes as a function of the physical input variable.
6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (164e) derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine magnetische Eigenschaft in Abhängigkeit der physikalischen Eingangsgröße ändert. 6. Measuring device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the transmission element (164e) is designed such that at least one magnetic property changes as a function of the physical input variable.
7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (164g) derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine elektrische Eigenschaft in Abhängigkeit der physikalischen Eingangsgröße ändert. 7. Measuring device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the transmission element (164g) is designed such that at least one electrical property changes as a function of the physical input variable.
8. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schnittstelle (108) zumindest ein mechanisches Verbindungs element zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit der drahtlosen Kommuni kationseinheit (150) aufweist. 8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the interface (108) has at least one mechanical connection element for non-positive and / or positive connection with the wireless communication unit (150).
9. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sensoreinheit (104) und die Schnittstelle (108) beabstandet zu einander angeordnet sind, wobei das Sensorelement (106) radial innenliegend und die Schnittstelle (108) radial außenliegend angeordnet ist. 9. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor unit (104) and the interface (108) are arranged at a distance from one another, the sensor element (106) being arranged radially inward and the interface (108) being arranged radially outward.
10. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schnittstelle (108) mit dem Sensorelement (106) über ein elekt risches Verbindungselement verbunden ist. 10. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the interface (108) is connected to the sensor element (106) via an electric connecting element.
11. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Messvorrichtung (100) eine Abschirmung (140) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Sensorelement (106) und/oder das Verbindungselement ab zuschirmen. 11. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (100) has a shield (140) which is designed to shield the sensor element (106) and / or the connecting element.
12. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Messvorrichtung (100) eine Referenzstruktur (148) insbeson dere zum Abgleich mit Umweltparametern aufweist. 12. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (100) has a reference structure (148) in particular for comparison with environmental parameters.
13. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schnittstelle (108) zumindest zwei Kontaktelemente (110) auf weist, die jeweils dazu ausgebildet sind, zumindest eine Befestigungsgröße bereitzu stellen. 13. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the interface (108) has at least two contact elements (110), which are each designed to provide at least one fastening size.
14. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Grundkörper (102) als eine ringförmige Scheibe, als eine Lei terplatte, als eine Mutter (32) oder als eine Unterlegscheibe (36) ausgebildet ist. 14. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the base body (102) is designed as an annular disc, as a Lei terplatte, as a nut (32) or as a washer (36).
15. System, aufweisend eine Messvorrichtung (100) nach einem der vorhergehen den Ansprüche und einer drahtlosen Kommunikationseinheit (150), wobei die drahtlose Kommunikationseinheit (150) stoffschlüssig oder kraft- und/oder formschlüssig mit der Messvorrichtung (100) verbunden ist. 15. System comprising a measuring device (100) according to one of the preceding claims and a wireless communication unit (150), wherein the wireless communication unit (150) is connected to the measuring device (100) in a materially or non-positively and / or form-fitting manner.
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