WO2011020454A1 - Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer vorspannkraft einer schraubverbindung - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer vorspannkraft einer schraubverbindung Download PDF

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WO2011020454A1
WO2011020454A1 PCT/DE2010/000864 DE2010000864W WO2011020454A1 WO 2011020454 A1 WO2011020454 A1 WO 2011020454A1 DE 2010000864 W DE2010000864 W DE 2010000864W WO 2011020454 A1 WO2011020454 A1 WO 2011020454A1
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WO
WIPO (PCT)
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sensor
biasing force
change
unit
force
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/000864
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker SZENTMIHÁLYI
Original Assignee
Neumayer Tekfor Holding 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 Neumayer Tekfor Holding Gmbh filed Critical Neumayer Tekfor Holding Gmbh
Publication of WO2011020454A1 publication Critical patent/WO2011020454A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
    • G01L5/243—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed using washers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • F16B31/028—Screwed 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

Definitions

  • the invention relates to a device for determining and / or monitoring a biasing force of at least one screw connection. Furthermore, the invention relates to a wheel bearing unit of a
  • Vehicle with at least one wheel hub, with at least one
  • Fastening unit and a nut wherein the fastening unit and the nut form a screw connection.
  • Nuts or systems which monitor the preload force are already known in the prior art, eg DE 1 124 729, DE 44 10 722 A1, DE 198 31 270 B4, DE 198 31 372 C2, DE 198 54 062 C1, DE 101 38 261 A1, DE 10 2004 051 865 B4, WO 2007/068392 A1 or WO 2007/062730 A1.
  • a device for monitoring a wheelset bearing of a rail vehicle is disclosed in the published patent application DE 10 2006 035 703 A1.
  • it is known in the prior art to monitor the air pressure or the temperature of wheels and to transmit the data by radio see eg DE 10 2007 045 109 A1).
  • the invention is based on the object of an easily installed or possibly retrofittable, cost-effective and robust system
  • the object is achieved by the invention by a device for determining and / or monitoring a biasing force of at least one
  • the invention solves the problem by a device for determining and / or monitoring a biasing force of at least one
  • Screw connection with at least one sensor for determining and / or monitoring the biasing force of the screw, wherein the sensor generates data that are dependent on the value of the biasing force and / or a change in the biasing force, with at least one transmitting unit for transmitting the data of the sensor, and at least one energy source, which supplies the sensor and / or the transmitting unit with electrical energy.
  • An embodiment of the device provides that the sensor determines and / or monitors a length and / or a change in length of a fastening unit, and / or that the sensor determines and / or monitors a force and / or force change, and / or that the sensor one
  • Bias pressure and / or a Vorspanndruck determined and / or monitored, and / or that the sensor is a distance and / or a
  • the sensor determines or monitors, for example, the force or pressure resulting from the bias. Alternatively or additionally, the change in length of the bolt or the screw or a distance is determined and / or monitored.
  • An embodiment of the device includes that the sensor detects primary data, which of the biasing force and / or a change in the
  • the sensor evaluates the primary data with respect to a value of the biasing force and / or a change in the biasing force.
  • the sensor thus has in this embodiment already has its own evaluation, which from the actual measurement or raw data information about the biasing force or a change in the
  • the primary data depend on the type of sensor or its measuring principle.
  • An embodiment of the device provides that the sensor detects primary data, which of the biasing force and / or a change in the
  • Preload force dependent and that the transmitting unit transmits the primary data to a central processing unit.
  • the transmitting unit transmits the primary data to a central processing unit.
  • Raw data transmitted by the sensor and the evaluation takes place in a central unit.
  • the central unit can thus be accommodated, for example, in a protected location, so that a robustness of the unit responsible for the evaluation of the raw data can be dispensed with.
  • raw data can also be centrally evaluated by several sensors, which has the advantage that the sensors can be configured correspondingly simpler.
  • the biasing force is thus permanently or preferably only temporarily monitored or determined automatically by the device according to the invention.
  • the measurement / raw data is transmitted to a central unit or specifically the determination of a deviation from one
  • Target value or a change beyond a predefinable limit value is forwarded to the central unit, eg by radio.
  • a programmable microcomputer is provided for the evaluation or for the measurement / monitoring.
  • a circuit with discrete components is possible. However, this refers in particular to a central in the vehicle, ie
  • Preload force is determined.
  • a change in the raw data of the sensor - possibly after a compensation of disturbing variables - is interpreted as a change in the preload force.
  • An alarm is generated, for example, if the change in the primary measured variable exceeds a predefinable limit.
  • Screw connections for example, single or multiple redundant monitored. Alternatively, not all screw these
  • An embodiment of the device provides that the transmitting unit transmits the data of the sensor by radio to a central unit.
  • An embodiment of the device includes that the transmitting unit and the sensor are configured in one piece.
  • An embodiment of the device provides that the transmitting unit encodes the data of the sensor in a transmission with an assignment code to the sensor and / or a mapping code to the measured and / or monitored screw connection.
  • the data - i. the raw data and / or the data regarding the prestressing force or their
  • Change - coded such that e.g. can be displayed at which wheel or concretely in which screw a change in the
  • Energy storage is provided which is charged by the power source.
  • the energy source is a replaceable energy source, which in one embodiment is a battery or a rechargeable battery.
  • An embodiment of the device provides that the energy source gains energy from a movement and converts it into electrical energy.
  • the energy source is attached, for example, to a rotating element.
  • An embodiment of the device includes that the energy source gains energy from a change of the biasing force and converts it into electrical energy. In this embodiment, therefore, the change generates the
  • the invention solves the problem by a wheel bearing unit of a vehicle, with at least one wheel hub, with at least one
  • the wheel hub is characterized in that at least one sensor for determining and / or monitoring a biasing force of the screw is provided.
  • Brake disc opposite side of the wheel hub is mounted.
  • the sensor is thus protected by the wheel hub in the direction of the interior of the vehicle or the drive shaft for the wheel.
  • Brake disc is provided, and that the sensor between the brake disc and wheel hub is mounted.
  • Brake disc is provided, and that the sensor is mounted on the side remote from the wheel hub of the brake disc.
  • the sensor is thus arranged, for example, between the brake disc and the wheel.
  • An embodiment of the wheel hub includes that the sensor is mounted in the region of the screw connection formed by the fastening unit and nut.
  • the sensor is for example at one end of the attachment unit, which is a screw or a bolt, for example, or he sits on one end face of the mother.
  • the sensor is thus, for example, in
  • the senor is thus along the screw connection or in the region of the components forming this screw connection or in a region in which the pretensioning force of the screw connection has an effect or in which it can be detected.
  • An embodiment of the wheel hub provides that the sensor is part of a device according to at least one of the embodiments discussed above.
  • the wheel hub or the vehicle is thus equipped with the above device.
  • the solution of the problem is to provide a self-contained, self-contained and outwardly cable-free, i. essentially designed as a module measuring or monitoring unit.
  • the sensor is positioned between the wheel hub and the fastening bolt and, during operation, measures or monitors the pretensioning force of at least one screw connection or even all screw connections of the wheel hub.
  • the data of the sensor are transmitted to a central unit, preferably in the non-rotating area. This is preferably done by radio. This central unit then alerts the driver if necessary or gives him a hint.
  • the wheel bolts are preferably with a
  • the senor preferably has force transducers whose number of the number of sensors to be measured or closed
  • monitoring wheel fittings corresponds. Furthermore, preferably a Signalauftown-, an evaluation, a transmitting, as well as a
  • Energy supply unit provided. These units or components can be connected to each other independently or appropriately. Thus, submodules can exist or all components are combined into one module. In the design of the components or the entire device is preferably a stable and
  • vibration-resistant structure to pay attention.
  • vibration-resistant structure to pay attention.
  • a heat shield is provided against that from the wheel brake, e.g. Provide brake disc radiated heat.
  • a frame construction is provided for the sensor or for further components of the device, which intercepts mechanical loads.
  • the power supply device consists, for example, of a rechargeable battery or a flywheel generator unit operating on the dynamo principle, the energy of a flywheel, e.g. at the occurrence of speed changes, uses for power generation.
  • the power source may also include, for example, thermocouples (e.g.
  • Peltier elements or piezo elements have.
  • the central unit which serves as a receiver / evaluation unit, for example, reports this to the driver, indicating the relevant wheel and possibly the position of the driver when a preload force loss occurs Screwing in different stages, for example with yellow as a hint and red as a warning.
  • FIG. 1 shows a lateral section through a wheel bearing unit
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle equipped with the monitoring device according to the invention.
  • Fig. 1 shows a wheel bearing unit.
  • the wheel hub 11 is shown, which has a wheel (not shown here) and a side facing the drive shaft. On the side facing the wheel is the
  • Brake disk 13 applied. Through the brake disc 13 and the hub 11, a fixing unit 10 - a screw or a bolt - passed.
  • the bias of the screw connection of fastening unit 10 and nut 14 is monitored or measured by a sensor 1.
  • the sensor 1 measures, for example, the pressure between the wheel hub 11 and the shoulder of the Fixing unit 10. This can be done for example via a piezoelectric element or a capacitor. Alternatively, the length difference is measured or monitored by the sensor 1.
  • the sensor 1 thus generates raw data, eg pressure values, electrical voltage values or length values.
  • the sensor 1 transmits the raw data to a transmitting unit 2, which in turn transmits it to the central unit 5 by radio.
  • the transmitting unit 2 transmits, for example, first an identifier for the measuring point or for the associated
  • the raw data is superimposed upon transmission with the tag (e.g., frequency modulation or selection of a carrier frequency on which the raw data is modulated).
  • tag e.g., frequency modulation or selection of a carrier frequency on which the raw data is modulated.
  • the senor 1 independently evaluates the raw data and, if appropriate, compares the values obtained with predetermined limit values.
  • the sensor 1 and the transmitting unit 2 form a one-piece, e.g. together in a housing
  • the senor 1 and the transmitting unit 2 are preferably supplied with electrical energy by an energy source 3.
  • Energy source 3 is constructed, for example, similar to a dynamo or the temperature difference between one of the brake disc
  • Peltier element converted into electricity.
  • lower screw - are the power source 3
  • Energy storage 4 the transmitting unit 2 and the sensor 1 designed in one piece.
  • the sensor 1 is designed such that a change of the biasing force generates energy, for example by generating an electrical voltage or by releasing a cocked spring.
  • sensor 1 and power source 3 coincide.
  • the energy source 3 charges an energy store 7 here. This may be necessary, for example, in the event that the sensor 1 for the Measurement has only a low power consumption, the transmitting unit 2, however, requires significantly more energy for transmitting the presence of a change in the biasing force.
  • the sensor 1 can also be placed between the wheel hub 11 and the brake disk 13 or between the brake disk 13 and the wheel (not shown here). Alternatively, the sensor is seated on the screw or the bolt 10 or on the nut 14.
  • Fig. 2 shows schematically a vehicle with four wheels 20, which are each equipped with a measuring / monitoring device described above. However, only the transmission units 2 are shown here for the sake of clarity.
  • the transmitting units 2 transmit the data they receive from the sensor or the respective sensors to a central unit 5, which evaluates or processes the data in one embodiment and which in another embodiment the data, possibly with an assignment to the respective wheel or transmitted to the individual screw to the driver of the vehicle, so if necessary triggers an alarm or gives a warning.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft einer Schraubverbindung, mit einem Sensor (1) zur Bestimmung und/ oder Überwachung der Vorspannkraft der Schraubverbindung, wobei der Sensor (1) Daten erzeugt, die vom Wert der Vorspannkraft und/oder von einer Änderung der Vorspannkraft abhängig sind, mit einer Sendeeinheit (2) zum Übertragen der Daten des Sensors (1), und mit einer Energiequelle (3), welchen den Sensor (1) und/oder die Sendeeinheit (2) mit elektrischer Energie versorgt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft einer Schraubverbindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft mindestens einer Schraubverbindung. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Radlagereinheit eines
Fahrzeugs, mit mindestens einer Radnabe, mit mindestens einer
Befestigungseinheit und einer Mutter, wobei die Befestigungseinheit und die Mutter eine Schraubverbindung bilden.
Im Stand der Technik werden insbesondere LKW-Radverschraubungen noch immer ohne ein permanentes Kontrollsystem ausgeführt. Daher ist es erforderlich, die Vorspannkraft zyklisch zu überprüfen, was anhand von bestenfalls mit einem Drehmomentschlüssel händisch an jeder Verschraubung durchzuführendem Nachziehen zu bewerkstelligen ist. Eine solche händische Überprüfung ist zeitaufwändig und umständlich. Sie ist überdies abhängig von der Sorgfalt des Fahrers, sowie von der Genauigkeit und dem Zustand der für die Überprüfung verwendeten Werkzeuge. Im Stand der Technik sind bereits Muttern oder Systeme bekannt, welche die Vorspannkraft überwachen, z.B. DE 1 124 729, DE 44 10 722 A1, DE 198 31 270 B4, DE 198 31 372 C2, DE 198 54 062 C1, DE 101 38 261 A1 , DE 10 2004 051 865 B4, WO 2007/068392 A1 oder WO 2007/062730 A1. Eine Vorrichtung zur Überwachung eines Radsatzlagers eines Schienenfahrzeugs ist offenbart in der Offenlegungsschrift DE 10 2006 035 703 A1. Weiterhin ist es im Stand der Technik bekannt, den Luftdruck oder die Temperatur von Rädern zu überwachen und die Daten per Funk zu übertragen (siehe z.B. DE 10 2007 045 109 A1). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht zu installierendes oder eventuell nachrüstbares, kostengünstiges und robustes System
vorzuschlagen, welches die Vorspannkraft automatisch, permanent und zuverlässig ermittelt und vorzugsweise bei einer Abweichung von einem Sollwert eine Warnung erzeugt.
Die Aufgabe wird von der Erfindung durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft mindestens einer
Schraubverbindung und durch eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs gelöst.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft mindestens einer
Schraubverbindung, mit mindestens einem Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung der Vorspannkraft der Schraubverbindung, wobei der Sensor Daten erzeugt, die vom Wert der Vorspannkraft und/oder von einer Änderung der Vorspannkraft abhängig sind, mit mindestens einer Sendeeinheit zum Übertragen der Daten des Sensors, und mit mindestens einer Energiequelle, welchen den Sensor und/oder die Sendeeinheit mit elektrischer Energie versorgt.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Sensor eine Länge und/oder eine Längenänderung einer Befestigungseinheit bestimmt und/oder überwacht, und/oder dass der Sensor eine Kraft und/oder eine Kraftänderung bestimmt und/oder überwacht, und/oder dass der Sensor einen
Vorspanndruck und/oder eine Vorspanndruckänderung bestimmt und/oder überwacht, und/oder dass der Sensor einen Abstand und/oder eine
Abstandsänderung bestimmt und/oder überwacht. Der Sensor bestimmt bzw. überwacht somit beispielsweise die Kraft oder den Druck, der sich durch die Vorspannung ergibt. Alternativ oder ergänzend wird die Längenänderung des Bolzens oder der Schraube oder ein Abstand bestimmt und/oder überwacht. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass der Sensor Primärdaten erfasst, welche von der Vorspannkraft und/oder einer Änderung der
Vorspannkraft abhängig sind, und dass der Sensor die Primärdaten in Bezug auf einen Wert der Vorspannkraft und/oder einer Änderung der Vorspannkraft auswertet. Der Sensor verfügt somit in dieser Ausgestaltung bereits über eine eigene Auswerteeinheit, welche aus den eigentlichen Mess- oder Rohdaten Informationen über die Vorspannkraft oder über eine Änderung der
Vorspannkraft extrahiert. Die Primärdaten hängen dabei von der Art des Sensors bzw. von dessen Messprinzip ab.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Sensor Primärdaten erfasst, welche von der Vorspannkraft und/oder einer Änderung der
Vorspannkraft abhängig sind, und dass die Sendeeinheit die Primärdaten an eine Zentraleinheit überträgt. In dieser Ausgestaltung werden nur die
Rohdaten des Sensors übertragen und die Auswertung findet in einer zentralen Einheit statt. Die zentrale Einheit kann somit beispielsweise an einem geschützten Ort untergebracht sein, so dass auf eine Robustheit der für die Auswertung der Rohdaten zuständigen Einheit verzichtet werden kann. Überdies können so auch von mehreren Sensoren Rohdaten zentral ausgewertet werden, was den Vorteil bringt, dass die Sensoren entsprechend einfacher ausgestaltet werden können.
Vorteilhafterweise wird somit von der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Vorspannkraft permanent oder vorzugsweise nur temporär automatisch überwacht bzw. ermittelt. Die Mess-/Rohdaten werden an eine zentrale Einheit übertragen oder speziell die Feststellung einer Abweichung von einem
Sollwert oder einer Änderung über einen vorgebbaren Grenzwert hinaus wird an die zentrale Einheit, z.B. per Funk weitergeleitet. In der Zentraleinheit oder in dem Sensor ist für die Auswertung bzw. für die Messung/Überwachung beispielweise ein programmierbarer Mikrocomputer vorgesehen. Alternativ ist eine Schaltung mit diskreten Bauelementen möglich. Dies bezieht sich jedoch insbesondere auf eine zentral im Fahrzeug, d.h.
entfernt von den Rädern bzw. von deren mechanischer Belastung
angebrachte Zentraleinheit. Für die Auswertung sind beispielsweise
Datenverarbeitungsprogramme abgespeichert, mit deren Hilfe die
Sensordaten selbsttätig erfasst und aus diesen Aussagen über die
Vorspannkraft ermittelt wird. In einer alternativen Variante wird eine Änderung der Rohdaten des Sensors - ggf. nach einer Kompensation von störenden Größen - als Änderung der Vorspannkraft interpretiert. Ein Alarm wird beispielweise erzeugt, wenn die Änderung der primären Messgröße einen vorgebbaren Grenzwert übersteigt. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass der Sensor die
Vorspannkraft genau einer Schraubverbindung bestimmt und/oder überwacht, oder dass der Sensor die Vorspannkraft mehr als einer Schraubverbindung bestimmt und/oder überwacht. Pro Rad sind vorzugsweise ausgehend von der Anzahl der zu überwachenden Schraubverbindungen und ausgehend von der Anzahl der pro Sensor überwachten Sensoren entsprechend viele Sensoren vorzusehen. Dabei werden pro Rad alle dort vorhandenen
Schraubverbindungen beispielsweise einfach oder mehrfach redundant überwacht. Alternativ werden nicht alle Schraubverbindungen dieser
Überwachung unterzogen.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Sendeeinheit die Daten des Sensors per Funk an eine Zentraleinheit überträgt. Eine solche
Funkübertragung vermeidet den Verkabelungsaufwand und erlaubt auch ein Nachrüsten. Eine Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass die Sendeeinheit und der Sensor einteilig ausgestaltet sind.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Sendeeinheit die Daten des Sensors bei einer Übertragung mit einem Zuordnungscode zum Sensor und/oder einem Zuordnungscode zur vermessenen und/oder überwachten Schraubverbindung kodiert. In dieser Ausgestaltung werden die Daten - d.h. die Rohdaten und/oder die Daten bzgl. der Vorspannkraft oder deren
Änderung - derartig kodiert, dass z.B. angezeigt werden kann, bei welchem Rad oder konkret bei welcher Verschraubung eine Änderung der
Vorspannkraft aufgetreten ist.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens ein
Energiespeicher vorgesehen ist, welcher von der Energiequelle geladen wird. Somit wird beispielsweise am Messort die Energie für die Messung bzw.
Auswertung oder Übertragung per Funk direkt erzeugt. In einer alternativen Ausgestaltung handelt es sich bei der Energiequelle um eine austauschbare Energiequelle, welche in einer Ausgestaltung eine Batterie oder ein wieder aufladbarer Akku ist.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Energiequelle aus einer Bewegung Energie gewinnt und in elektrische Energie umwandelt.
Hierfür ist die Energiequelle beispielsweise an einem rotierenden Element angebracht.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung beinhaltet, dass die Energiequelle aus einer Änderung der Vorspannkraft Energie gewinnt und in elektrische Energie umwandelt. In dieser Ausgestaltung erzeugt somit die Änderung der
Vorspannung eine Energie, welche z.B. zum Senden des Signals, dass sich die Vorspannkraft geändert hat, ausreicht. In einer Ausgestaltung fallen daher Sensor und Energiequelle zusammen, da allein schon das Auftreten der Energie ein Zeichen für die Änderung der Vorspannkraft ist.
Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, mit mindestens einer Radnabe, mit mindestens einer
Befestigungseinheit und einer Mutter, wobei die Befestigungseinheit und die Mutter eine Schraubverbindung bilden. Die Radnabe ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft der Schraubverbindung vorgesehen ist.
Eine Ausgestaltung der Radnabe sieht vor, dass mindestens eine
Bremsscheibe vorgesehen ist, und dass der Sensor auf der von der
Bremsscheibe abgewandten Seite der Radnabe angebracht ist. Der Sensor befindet sich damit durch die Radnabe geschützt in Richtung Innenraum des Fahrzeugs bzw. der Antriebswelle für das Rad.
Eine Ausgestaltung der Radnabe beinhaltet, dass mindestens eine
Bremsscheibe vorgesehen ist, und dass der Sensor zwischen Bremsscheibe und Radnabe angebracht ist.
Eine Ausgestaltung der Radnabe sieht vor, dass mindestens eine
Bremsscheibe vorgesehen ist, und dass der Sensor auf der von der Radnabe abgewandten Seite der Bremsscheibe angebracht ist. Der Sensor ist somit beispielsweise zwischen Bremsscheibe und Rad angeordnet.
Eine Ausgestaltung der Radnabe beinhaltet, dass der Sensor im Bereich der durch die Befestigungseinheit und Mutter gebildeten Schraubverbindung angebracht ist. Der Sensor befindet sich beispielweise an einem Ende der Befestigungseinheit, die z.B. eine Schraube oder ein Bolzen ist, oder er sitzt an einer Stirnseite der Mutter. Der Sensor ist somit beispielsweise in
Verbindung mit den Radschrauben platziert.
Allgemein befindet sich der Sensor somit längs der Schraubverbindung oder im Bereich der diese Schraubverbindung bildenden Bauteile oder in einem Bereich, in welchem sich die Vorspannkraft der Schraubverbindung auswirkt bzw. in welchem sie detektierbar ist.
Eine Ausgestaltung der Radnabe sieht vor, dass der Sensor Bestandteil einer Vorrichtung nach mindestens einer der oben besprochenen Ausgestaltungen ist. Die Radnabe bzw. das Fahrzeug ist somit mit der obigen Vorrichtung bestückt.
Im Folgenden werden einige Grundgedanken und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung noch einmal diskutiert.
Die Lösung der Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer abgeschlossenen, autark arbeitenden und nach außen hin kabelfreien, d.h. im Wesentlichen als Modul ausgestalteten Mess- bzw. Überwachungseinheit. Der Sensor wird in einer Ausgestaltung zwischen Radnabe und Befestigungsbolzen positioniert und misst bzw. überwacht im Betrieb die Vorspannkraft mindestens einer Verschraubung oder auch aller Verschraubungen der Radnabe. Die Daten des Sensors werden an eine, vorzugsweise im nicht rotierenden Bereich angebrachte Zentraleinheit übertragen. Dies geschieht vorzugsweise über Funk. Diese Zentraleinheit alarmiert dann ggf. den Fahrer oder gibt ihm einen Hinweis. Dabei sind die Radbolzen vorzugsweise mit einer
Übergangspassung eingepresst, so dass Veränderungen in der Vorspannkraft registrierbar sind. Der Sensor verfügt vorzugsweise in einer Ausgestaltung über Kraftaufnehmer, deren Anzahl der Anzahl der vom Sensor zu vermessenden bzw. zu
überwachenden Radverschraubungen entspricht. Weiterhin sind vorzugsweise eine Signalaufnehmer-, eine Auswerte-, eine Sende-, sowie eine
Energieversorgungseinheit vorgesehen. Diese Einheiten oder Komponenten können dabei eigenständig oder passend miteinander verbunden sein. Es können somit Teilmodule bestehen oder alle Komponenten werden zu einem Modul zusammengefasst. Bei der Ausgestaltung der Komponenten bzw. der gesamten Vorrichtung ist vorzugsweise auf einen stabilen und
erschütterungsfesten Aufbau zu achten. Vorzugsweise sind daher die
Komponenten einzeln oder insgesamt vergossen. Weiterhin sollte der Aufbau möglichst flach und vom Durchmesser her möglicht nicht größer als die benachbarte Radnabe sein. Gegebenenfalls ist ein Hitzeschutz gegen die von der Radbremse, z.B. Bremsscheibe abgestrahlte Wärme vorzusehen.
In einer Umsetzung ist eine Rahmenkonstruktion für den Sensor oder für weitere Komponenten der Vorrichtung vorgesehen, welche mechanische Belastungen abfängt. Die Energieversorgungseinrichtung besteht beispielsweise aus einer wieder aufladbaren Batterie oder einer Schwungradgenerator-Einheit, welche nach dem Dynamoprinzip arbeitend, die Energie eines Schwungrades, z.B. beim Auftreten von Drehzahländerungen, zur Stromerzeugung nutzt. Weiterhin sind jegliche Arte von autarker Energieerzeugung und -speicherung möglich. Die Energiequelle kann jedoch beispielsweise auch Thermoelemente (z.B.
Peltierelemente) oder Piezoelemente aufweisen.
Die zentrale Einheit, welche beispielsweise als Empfänger-/Auswerteeinheit dient, meldet bei Auftreten eines Vorspannkraftverlustes diesen dem Fahrer unter Angabe des betreffenden Rades und eventuell der Position der Verschraubung in verschiedenen Stufen, beispielsweise mit gelb als Hinweis und rot als Warnung.
Die Vorteile sind, dass es sich um eine permanente, automatische,
fahrerunabhängige, platzsparende und ggf. nachrüstbare Überwachung der Radverschraubungen handelt. Dadurch ergeben sich eine Erhöhung der Verkehrssicherheit, sowie ein Wegfall der zyklischen und fehlerbehafteten Überprüfung des Vorspannzustandes durch den Fahrer. Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 : einen seitlichen Schnitt durch eine Radlagereinheit, und Fig. 2: eine schematische Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs.
Die Fig. 1 zeigt eine Radlagereinheit. Zu sehen ist die Radnabe 11 , welche eine dem - hier nicht dargestellten - Rad und eine der Antriebswelle zugewandte Seite aufweist. Auf der dem Rad zugewandten Seite ist die
Bremsscheibe 13 aufgebracht. Durch die Bremsscheibe 13 und die Radnabe 11 ist eine Befestigungseinheit 10 - eine Schraube oder ein Bolzen - hindurchgeführt. Die Befestigungseinheit 10 und eine - hier nur angedeutete und vor allem nicht festgezogene - Mutter 14 bilden eine Schraubverbindung, welche die zuvor genannten Elemente miteinander verbindet bzw. fixiert und welche im angezogenen Zustand unter Vorspannung steht.
Die Vorspannung der Schraubverbindung aus Befestigungseinheit 10 und Mutter 14 wird von einem Sensor 1 überwacht bzw. gemessen. Der Sensor 1 misst beispielweise den Druck zwischen der Radnabe 11 und dem Absatz der Befestigungseinheit 10. Dies kann beispielsweise über ein piezoelektrisches Element oder einen Kondensator erfolgen. Alternativ wird durch den Sensor 1 der Längenabstand gemessen bzw. überwacht. Der Sensor 1 generiert somit Rohdaten, z.B. Druckwerte, elektrische Spannungswerte oder Längenwerte. In der hier gezeigten Variante übermittelt der Sensor 1 die Rohdaten an eine Sendeeinheit 2, welche sie wiederum an die Zentraleinheit 5 per Funk überträgt. In einer Ausgestaltung überträgt die Sendeeinheit 2 beispielsweise zuerst eine Kennung für die Messstelle bzw. für die zugehörige
Schraubverbindung und dann die Rohdaten. In einer alternativen
Ausgestaltung werden die Rohdaten bei der Übertragung mit der Kennung überlagert (z.B. Frequenzmodulation oder Wahl einer Trägerfrequenz, auf welche die Rohdaten aufmoduliert sind).
In einer alternativen Ausgestaltung wertet der Sensor 1 die Rohdaten selbständig aus und vergleicht die gewonnenen Werte ggf. mit vorgegebenen Grenzwerten. In einer weiteren Ausgestaltung bilden der Sensor 1 und die Sendeeinheit 2 ein einteiliges, z.B. gemeinsam in einem Gehäuse
angeordnetes Modul. Der Sensor 1 und die Sendeeinheit 2 werden von einer Energiequelle 3 vorzugsweise mit elektrischer Energie versorgt. Die
Energiequelle 3 ist dabei beispielsweise ähnlich einem Dynamo aufgebaut oder die Temperaturdifferenz zwischen einem der Bremsscheibe
zugewandten oder einem von ihr abgewandten Bereich wird mit einem
Peltierelement in elektrischen Strom umgewandelt. In einer alternativen Variante - untere Schraubverbindung - sind die Energiequelle 3, der
Energiespeicher 4, die Sendeeinheit 2 und der Sensor 1 einteilig ausgestaltet. In einer Variante ist der Sensor 1 derartig ausgestaltet, dass eine Änderung der Vorspannkraft Energie erzeugt, indem beispielsweise eine elektrische Spannung erzeugt oder indem eine gespannte Feder freigelassen wird. Somit fallen Sensor 1 und Energiequelle 3 zusammen.
Die Energiequelle 3 lädt hier einen Energiespeicher 7 auf. Dies kann beispielsweise für den Fall erforderlich sein, dass der Sensor 1 für die Messung nur einen geringen Energiebedarf hat, die Sendeeinheit 2 jedoch für das Übertragen des Vorliegens einer Änderung der Vorspannkraft deutlich mehr Energie benötigt. Der Sensor 1 kann auch zwischen Radnabe 11 und Bremsscheibe 13 platziert sein oder zwischen Bremsscheibe 13 und dem - hier nicht dargestellten - Rad. Alternativ sitzt der Sensor auf der Schraube oder dem Bolzen 10 oder auf der Mutter 14.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit vier Rädern 20, welche jeweils mit einer zuvor beschriebenen Mess-/Überwachungsvorrichtung ausgerüstet sind. Dabei sind hier jedoch für die Übersichtlichkeit nur die Sendeeinheiten 2 dargestellt. Die Sendeeinheiten 2 übertragen die Daten, die sie vom Sensor bzw. den jeweiligen Sensoren erhalten, an eine Zentraleinheit 5, welche in einer Ausgestaltung die Daten auswertet bzw. verarbeit und welche in einer anderen Ausgestaltung die Daten, ggf. mit einer Zuordnung zum jeweiligen Rad bzw. zur einzelnen Verschraubung an den Fahrer des Fahrzeugs übermittelt, also ggf. einen Alarm auslöst oder einen Warnhinweis gibt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft mindestens einer Schraubverbindung,
mit mindestens einem Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung der Vorspannkraft der Schraubverbindung,
wobei der Sensor Daten erzeugt, die vom Wert der Vorspannkraft und/oder von einer Änderung der Vorspannkraft abhängig sind,
mit mindestens einer Sendeeinheit zum Übertragen der Daten des Sensors, und
mit mindestens einer Energiequelle, welchen den Sensor und/oder die Sendeeinheit mit elektrischer Energie versorgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor eine Länge und/oder eine Längenänderung einer
Befestigungseinheit bestimmt und/oder überwacht,
und/oder
dass der Sensor eine Kraft und/oder eine Kraftänderung bestimmt und/oder überwacht,
und/oder
dass der Sensor einen Vorspanndruck und/oder eine
Vorspannungsdruckänderung bestimmt und/oder überwacht,
und/oder
dass der Sensor einen Abstand und/oder eine Abstandsänderung bestimmt und/oder überwacht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor Primärdaten erfasst, welche von der Vorspannkraft und/oder einer Änderung der Vorspannkraft abhängig sind, und
dass der Sensor die Primärdaten in Bezug auf einen Wert der Vorspannkraft und/oder einer Änderung der Vorspannkraft auswertet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor Primärdaten erfasst, welche von der Vorspannkraft und/oder einer Änderung der Vorspannkraft abhängig sind, und
dass die Sendeeinheit die Primärdaten an eine Zentraleinheit überträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor die Vorspannkraft genau einer Schraubverbindung bestimmt und/oder überwacht,
oder
dass der Sensor die Vorspannkraft mehr als einer Schraubverbindung bestimmt und/oder überwacht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeeinheit die Daten des Sensors per Funk an eine Zentraleinheit überträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit die Daten des Sensors bei einer Übertragung mit einem Zuordnungscode zum Sensor und/oder einem Zuordnungscode zur
vermessenen und/oder überwachten Schraubverbindung kodiert.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Energiespeicher vorgesehen ist, welcher von der
Energiequelle geladen wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Energiequelle aus einer Bewegung Energie gewinnt und in
elektrische Energie umwandelt,
und/oder
dass die Energiequelle aus einer Änderung der Vorspannkraft Energie gewinnt und in elektrische Energie umwandelt.
10. Radlagereinheit eines Fahrzeugs,
mit mindestens einer Radnabe,
mit mindestens einer Befestigungseinheit und einer Mutter,
wobei die Befestigungseinheit und die Mutter eine Schraubverbindung bilden, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung einer
Vorspannkraft der Schraubverbindung vorgesehen ist.
11. Radlagereinheit nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Bremsscheibe vorgesehen ist, und
dass der Sensor auf der von der Bremsscheibe abgewandten Seite der Radnabe angebracht ist.
12. Radlagereinheit nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Bremsscheibe vorgesehen ist, und
dass der Sensor zwischen Bremsscheibe und Radnabe angebracht ist.
13. Radlagereinheit nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Bremsscheibe vorgesehen ist, und
dass der Sensor auf der von der Radnabe abgewandten Seite der
Bremsscheibe angebracht ist.
14. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor im Bereich der durch die Befestigungseinheit und Mutter gebildeten Schraubverbindung angebracht ist.
15. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor Bestandteil einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
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