WO2017045666A1

WO2017045666A1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung lösbarer bolzen-mutterverbindungen

Info

Publication number: WO2017045666A1
Application number: PCT/DE2016/100419
Authority: WO
Inventors: Uwe Staudinger
Original assignee: Manfred Holtkamp Elektronik Gmbh
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2017-03-23
Also published as: DE102015115508A1; DE202016104954U1; EP3350461A1

Abstract

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

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung lösbarer Bolzen-Mutterverbindungen

Bei Maschinen und Anlagen sowie zusammengesetzten Bauteilen im Allgemeinen, zu deren Verbindung Schrauben und Bolzen zum Einsatz kommen, ist ein fester und dauerhafter Sitz der Verbindungselemente oftmals von ausschlaggebendem Interesse. Aus Gründen der Betriebssicherheit ist deren Position zu überwachen. Das gilt insbesondere, wenn eine Lockerung der Verbindungselemente in Folge von Eigenschwingung der Maschinen und Geräte und ihrer Anbauten nicht ausgeschlossen werden kann.

Im Mittelpunkt stehen Schraubverbindungen, die während des Einsatzes oder wegen ihrer exponierten Lage nicht oder nur mit großer Mühe einer Sichtkontrolle unterzogen werden können. Zu denken ist an schwer zugängliche Maschinenteile von Stanzen und Großpressen, von Bauteilen in und an Flugzeugen, Eisenbahnen sowie allen anderen Fahrzeugen, aber auch von verbauten Teilen an und innerhalb von Motoren. Insbesondere zu erwähnen sind die hochbelasteten Schraubflanschverbindungen von Rotorblättern an Windkraftanlagen. Sollten sich deren Verbindungselemente während des Betriebs lösen, wird im Schadensfall ein Rotorblattabwurf beschrieben.

Weit verbreitet zur Sicherung schraubbarer Verbindungen sind neben dem Einsatz von Klebern sogenannte Sicherungsringe, die mittels eines Sicherungsstifts gehalten werden. Zum Einsatz kommen aber auch verschiedenste Unterlegscheiben oder Sicherungsmuttern. Mechanisch verhindern sie ein selbsttätiges Lösen der Verbindungen. Aufgrund der Kraft und Schwingung, die sowohl eine mechanische Belastung für Sicherung als auch Schraubverbindung bedeutet, bleibt es nicht aus, deren Verbindung in regelmäßigen Abständen einer Funktionssichtkontrolle zu unterziehen. Zur erleichterten Erkennung werden die Verbindungselemente dazu farblich markiert. Eine Veränderung des Sitzes wird infolge des Farbbruchs sichtbar. Dennoch setzt das menschliche Fehlverhalten und die stark schwankende Sinneswahrnehmung von Mensch zu Mensch einer zuverlässigen Kontrolle enge Grenzen. Gefordert wird deshalb eine insoweit unabhängige und selbsttätige elektronische Überprüfung der Verbindungselemente.

DE 101 38 261 AI offenbart dazu ein Sensorelement, das die kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkstücken auf seine vorgegebene Anforderung überprüft und feststellt, ob diese ihre Aufgabe im vollen Umfang oder lediglich vermindert oder gar nicht mehr erfüllt. Vorgeschlagen wird ein in den Kraftschluss der Verbindung integriertes drucksensitives Sensorelement. Dieses überwacht die gleichbleibende Kraft ständig oder zu vorgegebenen Zeitpunkten. In bevorzugter Ausführung besteht das Sensorelement aus einer oder mehreren Tellerfedern, die durch die Schraubenkraft zusammenge- presst werden. An den Tellerfedern liegt eine Spule an, die zusammen mit den als Kondensator wirkenden Tellerfedern einen Schwingkreis bildet. Entweder über eine Kabelverbindung oder eine Funkverbindung wird die Erregung des Schwingkreises von außen angestoßen. Bereits kleinste Änderungen des Kapazitätswertes infolge unterschiedlichen Drucks führen zu einer sehr hoch aufgelösten Änderung der zu messenden Eigenfrequenz.

Nachteilig an dieser Erfindung ist die Anordnung des Sensorelements im Kraftschluss der Schraubverbindung, da die auf das Sensorelement wirkenden Kräfte das Messergebnis verfälschen. Zudem wird nicht danach unterschieden, ob sich lediglich die Belastung auf die Schraubverbindung verändert oder ob sich deren Verbindung löst.

DE 40 02 259 AI offenbart eine Erfindung zwecks Erkennung des unbefugten Lösens und Abschraubens einer aufgeschraubten Schraubenmutter. Dazu wird der Einsatz einer überwachenden Schraubenmutter vorgeschlagen. Diese besitzt in ihrem Inneren angebracht eine Überwachungseinheit, bestehend aus einem elektrischen Druckkontakt oder einen Drehmomentsenor. Die jeweiligen Signale werden in einem lokalen Kontrollgerät erfasst und können hier abgelesen oder von diesem an eine zentrale Warte weitergeleitet werden.

Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, dass die komplexe Sensorik in einer Schraubenmutter Platz finden muss. Zudem muss das Gewinde des aufnehmenden Bolzens so weit über die Befestigungsmutter hinausragen, dass die Sensormutter noch dauerhaft befestigt werden kann. Wesentlicher Nachteil ist aber die indirekte Aussagekraft des Messergebnisses. Aus der Bewegung der überwachten Mutter wird auf eine Bewegung der zu messenden Befestigungsmutter geschlossen. Eine direkte Erfassung der zu überwachenden Mutter gelingt damit nicht.

WO 2005/021983 AI schlägt eine Sensoreinrichtung zur Feststellung der Lockerung von Schrauben und Muttern vor. Die Anordnung besteht aus einem Detektor, der das Lösen der Bolzen/Schraubverbindungen registriert. Dies geschieht durch Messung einer Lageänderung der Schraube und Schraubenmutter. Die Lageänderung wird relativ von Schraube bzw. Schraubenmutter zum Werkstück erfasst. Dabei wird ein Bezugspunkt außerhalb der Schraubverbindung vorgeschlagen. Eine Klammer ohne Verbindung mit der überwachenden Schraube bzw. Schraubenmutter wird so befestigt, dass sie über der Schraubverbindung den Sensor, die Stromversorgung als auch eine Sendeeinrichtung ausrichtet. Durch eine Lageänderung in Relation zum in der Klammer untergebrachten Sensor wird festgestellt, ob sich die Schraubenmutter oder der Schraubbolzen gelöst haben. In weiterer Ausgestaltung wird die Klammer ersetzt durch eine über den Schraubenkopf gezogene Haube, die unmittelbar auf dem Werkstück aufsetzt.

Der Nachteil dieser Erfindung liegt darin, dass er die Lageänderung stets in Relation zum Werkstück bzw. zur Klammer ermittelt. Soll aber festgestellt werden, ob sich eine Mutter gegen die Zugrichtung vom Gewindebolzen löst, ist die Relation zum Werkstück unmaßgeblich. Bei einer zum Beispiel einachsigen Schraubverbindung kann es vorkommen, dass sich das Werkstück samt der Mutter von der Spindel des Bolzens abdreht, ohne dass sich die Lage von Schraubenmutter und Gewinde zueinander ändert. Somit ist nicht ausgeschlossen, dass das Lockern des Anbauteils unentdeckt bleibt.

In DE 10 2013 218 845 AI wird eine Vorrichtung zur Überwachung einer Flanschverbindung mit einem in form- und/oder kraftschlüssiger Anlage auf einem Bolzenkopf oder eine Bolzenmutter montierten Überwachungskörper offenbart. Prinzipiell beruht die Erfindung auf der Annahme, dass im Fall einer abgerissenen Mutter oder des ebenso überwachten Bolzenkopfes der Überwachungskörper zerstört wird. Diese Beeinträchtigung wird sensorisch erfasst und mittels Signalweiterleitung an die Auswerteeinrichtung geleitet.

Der Nachteil der Vorrichtung liegt darin, dass sie lediglich auf mechanische Beschädigungen von Schraubbolzen und Schraubenmutter reagiert. Windet sich jedoch der Bolzen von der Mutter, ohne die Vorrichtung zu zerstören, reagiert das System nicht. Erst eine mechanische Zerstörung infolge der sich gelösten Flanschverbindung löst den Sensor aus. Eine nicht einwandfrei funktionierende Verbindung gilt es aber im Vorfeld zu erkennen und mit geeigneten Maßnahmen möglichen Zerstörungen vorzubeugen. Eine Prozessüberwachung, die das Lösen der Schraube registriert und meldet, ist mit DE 10 2013 218 845 AI nicht vorgesehen.

US 2009/0207008A1 offenbart eine Vorrichtung mittels eines Magnetens und Hallsen- sonsors. Vorgeschlagen wird, dass der Hallsensor getragen oder eingebettet ist im Bolzen oder der Mutter, entsprechend wird der Magnet getragen oder eingebettet in der Mutter bzw. im Bolzen. Ist der Magnet im oder auf dem Bolzen befestigt, sieht die Erfindung den korrespondierenden Sensor in oder auf der Befestigungsmutter vor. Die vom Sensor ermittelte Wegdifferenz "D" misst eine Lageänderung des Sensors entlang des Bolzens hin. "D" beschreibt im Falle des Lösens der sensortragenden Mutter eine zunehmende und im Falle eines weiteren Anziehens der Mutter eine abnehmende Entfernung parallel zur Mittelachse des Bolzens.

Der Nachteil der Erfindung liegt auf der Hand. Sie sieht als Befestigungselement eine sensortragende Mutter vor. Bei der Mutter handelt es sich damit um ein spezielles Bauteil. Dieses muss nicht nur die Befestigung sicherstellen; es beinhaltet oder trägt zugleich die Sensorik. Das Bauteil überwacht sich damit selbst. Ein Ausfall des Sensors erfordert entweder einen Austausch des Befestigungselemts oder Änderungen an der sensortragenden Mutter. Mit der doppelten Aufgabenwahrnehmung sind an dieses Bauteil besondere konstruktive Anforderungen zu stellen.

DE 10 2009 043 267 AI beansprucht ein Verschraubungsmittel mit einer Mutter, welches die Überwachung bzw. Messung einer Vorspannkraft erlaubt. Vorgesehen ist dazu eine zusätzliche Bohrung in der Mutter, in die ein beweglicher Stift eingelassen ist. Dieser steht in Kontakt zur Auflage, zur Unterlegscheibe oder mit dem oberen Ende des Bolzens selbst.

Nach der Erfindung ist das befestigende Element, die Mutter, ebenfalls modifiziert. Der Nachteil besteht darin, dass die nach dieser Erfindung vorgesehene zusätzliche Bohrung auf die Stabilität der Mutter von Einfluss ist. Ebenfalls von Nachteil ist, dass der Sensor stirnseitig zwischen Mutter und Bauteil liegt.

US 2010 0163333 AI offenbart eine Drehpositionserfassungsvorrichtung. Auf einem drehbaren Gewinde ist eine magnetische oder magnettragende Mutter befestigt. Damit diese die Drehbewegung der Spindel nicht mitvollzieht, ist sie seitlich arretiert. Dreht sich der Bolzen im Gewinde der Mutter, erfährt diese in axialer Richtung des Bolzens eine vertikale Lageänderung. Diese wird von einem seitlich angebrachten Sensor registriert. Die Erfindung sieht ferner vor einen zweiten Magneten, der in der Spitze des Bolzens eingelassen ist. Ihm gegenüber ist ein Sensor vorgesehen, der lediglich die Lageänderung des im Bolzen eingelassenen Magnetfeldes erkennt.

Der Nachteil dieser Erfindung liegt darin, dass sie eine relative Änderung von Mutter zu Bolzen nur über eine Verrechnung von zwei unabhängigen Sensorergebnissen schafft. Dazu wird die lineare Lageänderung im Verhältnis zur Rotation berücksichtigt. Die Vorrichtung ist deshalb auch nicht zur Überwachung lösbarer Bolzen- Mutterverbindungen vorgesehen, zumal die Mutter durch einen Begrenzungsstift an ihrer Drehung gehindert ist.

WO 2005/021983 offenbart ein Detektorsystem für Bolzen-ZMutterverbindungen, bestehend aus einer über die Mutter gestülpte Kappe und einer äußeren Schutzkuppel. Die Schutzkuppel ist an ihrer Basis - beispielhaft erwähnt ist eine Felge - befestigt, wodurch ein unbeabsichtigtes Lösen verhindert wird. Im Außenmantel der Mutterkappe sind radial vom Bolzen abstehende Führungselemente angeordnet, die zwar eine radiale Bewegung erlauben, hingegen eine axiale Bewegung zwischen der Kappe und der Schutzkuppel verhindert. Dreht sich die innere, auf der Mutter sitzende Kappe, bewegen sich die oben in der Kappe angebrachten Metall streifen auf die Detektorbolzen zu. Im Falle eines Kontaktes von Metall streifen und Detektorbolzen wird ein Lösen der Mutter signalisiert.

Nachteil dieser Erfindung ist der hohe mechanische Aufwand bestehend aus zwei ineinander laufenden Kappen und die nicht minder hohe Anfälligkeit von Detektorbolzen und Metallstreifen. Die Erfindung erfasst keine relative Bewegung von Bolzen zu Mutter, sondern stellt auf das Verhältnis von Mutter zur Basis der Verwendungsstelle ab. Mithin beschränkt sie den Einsatz auf jene Verbindungen, bei denen die Mutter auf einen mit der Basis der Verwendungsstelle fest verbundenen Bolzen aufgeschraubt ist. Ein Lösen des Bolzens, bei einer zum Beispiel durch Korrosion, Verschmutzung oder dergleichen festsitzenden Mutter wird nicht registriert werden.

WO 2013/053758 AI offenbart eine Mutterkappe mit integriertem Sensor, der die Drehbewegung einer Mutter erfasst. Die Mutter steht mit dem Sensor über Drähte in Verbindung. Ein wesentlicher Nachteil dieser Erfindung liegt darin, dass stets nur eine Drehung der Mutter erfasst wird. Ein Lösen des Bolzens bei festsehender Mutter wird nicht detektiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die relative Axial Verdrehung von Bolzengewinde und Schraubenmutter bevorzugt während des laufenden Betriebs zu erfahren und zur Überwachung an eine Stelle zur Ausgabe von Messgrößen zu leiten, ohne die Tragfähigkeit der Bolzenverbindung zu beeinflussen.

Erreicht wird das Ziel durch eine Vorrichtung und ein Verfahren nach der Erfindung.

Die nachfolgende Beschreibung differenziert zwischen Schraubenmutter und Buchse. Der Oberbegriff für beides ist Mutter (1). Die Schraubenmutter weist ein Innengewinde auf, das sich auf ein Außengewinde drehbar befestigen lässt. Die Buchse hingegen wird ohne Gewinde über einen Bolzen (2) gestülpt. Sie weist kein Innengewinde auf. Sie wird auf andere Weise am Bolzen (2) fixiert. Dies kann zum Beispiel erfolgen über eine Feststellschraube oder einen Splint, welcher quer zur Axialrichtung durch die Buchse geführt an den Bolzen (2) anliegend oder in diesen eingreifend befestigt wird.

Der Schraubbolzen weist ein Schraubengewinde auf. Ihm gleichbedeutend wird der Begriff Schraube verwandt. Der Unterschied von Schraube und Schraubbolzen besteht darin, dass sich die Schraube zum Beispiel über den Schraubenkopf (13) drehen lässt. Für den Schraubenbolzen gilt das nicht. Er ist fest montiert. Daneben gibt es den gewindelosen Bolzen. Dieser kommt ohne Schraubgewinde aus, kann aber auch mit Nuten und anderen Vertiefungen versehen sein, um einen verbesserten Kraftschluss der Feststellschraube zu gewährleisten. Sowohl der gewindelose Bolzen als auch der mit einem Gewinde versehene Schraubbolzen und die Schraube werden unter dem Oberbegriff Bolzen (2) zusammengefasst.

Eine Grundidee des erfinderischen Verfahrens ist es, die relative Drehbewegung von Mutter (1) und Bolzen (2) zu erfassen. Diese wird als Indikator dafür verstanden, ob die Verbindung fest sitzt. Dabei ist die Erfindung nicht auf die Feststellung einer Drehbewegung begrenzt. In bevorzugter Ausführung steht auch der sich ändernde Drehwinkel als ein Ergebnis der kontinuierlichen Messung zur Verfügung. Das Messergebnis kann dabei analog erfasst oder in digitaler Form ermittelt werden. Die dadurch technisch bedingten Unterbrechungen einer kontinuierlichen Messung sind aufgrund der engen Taktung zu vernachlässigen. Sie unterscheiden sich nicht wesentlich von der analogen Datenerfassung. Der drehwinkelabhängigen Messgrößenerfassung liegt folgender Gedanke zugrunde: Wenn sich eine Mutter zu lösen beginnt, ist die Statik der Maschine nicht sofort gefährdet. Aufgrund hinreichender Sicherheitszuschläge kann es je nach dem Grad der festgestellten Änderung von Mutter (1) zu Bolzen (2) von Vorteil sein, die Maschine mangels konkreter Gefahr noch weiter laufen zu lassen oder sie kontrolliert herunterzufahren und nicht überstürzt einen teuren Notstopp einzuleiten.

Nach der Erfindung wird ein Magnet (3) mit dem Bolzen (2) befestigt. Dies kann mittels eines dauerhaften Klebers geschehen. Es ist aber auch möglich, dass im Bolzen eine Aussparung vorgesehen ist, in die der Magnet eingeklickt und/oder eingeschoben wird. In weiterer bevorzugter Ausgestaltung wird der Magnet (3) mittels einer Trägereinheit (6) angebracht.

In einfachster Ausgestaltung wird über den Bolzen (2) eine Haube (4) gestülpt. Diese reicht bis hinunter auf die Mutter (1) und geht mit dieser eine kraftschlüssige Verbindung ein. Jede Drehbewegung der Mutter (1) wird somit direkt auf die Haube (4) übertragen. Dadurch vollzieht die Haube (4) dieselbe Drehbewegung wie die Mutter (1). Entgegen ihrem offenen Ende ist in der Haube (4) ein magnetsensitiver Sensor (8) verbaut. Dieser reagiert auf eine Lageänderung des durch den Magneten (3) beschriebenen Magnetfeldes. In bevorzugter Ausführung ist neben dem Sensor (8) auch weitere Elektronik (9) in der Haube untergebracht. Hierbei handelt es sich um Temperatur- und/oder Bewegungsfühler und/oder um Sende-/Empfangseinrichtung und/oder um eine Stromversorgung.

Aufgrund der verwindungssteifen Verbindung von Haube (4) und Mutter (1) registriert der Sensor (8) jede relative Drehbewegung von Bolzen (2) zu Mutter (1). Beim Erreichen eines kritischen Wertes lässt sich eine automatische Abschaltung einleiten. Ebenso kann ein Stopp der Anlage veranlasst sein, wenn sprunghaft veränderte Werte registriert werden. Diese können ihre Ursache haben in einem Materialbruch oder in einer mechanischen Beschädigung von Kabel und Elektronik. Somit eignet sich die Erfindung auch dazu, um mechanische Fehlfunktionen von Bolzen (2) und Mutter (1) zu erkennen.

In bevorzugter Ausgestaltung wird auf das überstehende Ende des Bolzens eine Trägereinheit (6) kraftschlüssig befestigt. Sie nimmt den Magneten (3) auf. Die Trägereinheit (6) ist so ausgestaltet, dass auf ihr der Sensorträger (7) frei drehbar gelagert ist. Auf dem Sensorträger (7) ist in bevorzugter Ausgestaltung neben dem Sensor (8) auch eine Stromversorgung und in weiterer bevorzugter Ausgestaltung auch eine Sende- /Empfangsvorrichtung untergebracht. Ebenfalls können hier Temperatur- und Bewegungsfühler untergebracht sein. Ausgehend vom axialen Mittelpunkt ist am äußeren Rand des Sensorträgers (7) ein Mitnehmer (10) vorgesehen. In bevorzugter Ausführung entspricht dieser in seiner Draufsicht in Form und Durchmesser der zu kontrollierenden Mutter (1).

Mittels eines Distanzstücks (11) wird die Drehbewegung der Mutter (1) auf den Sensorträger (7) übertragen. Dazu wird das Distanzstück (11) einerseits kraftschlüssig mit der Mutter (1) verbunden, andererseits erfasst es kraftschlüssig den Mitnehmer (10).

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist der Mitnehmer (10) austauschbar. Er kann damit unterschiedliche Durchmesser und Formen annehmen, ohne dass der Sensorträger (7) ausgetauscht werden muss.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung besteht das Distanzstück (11) aus einem verwin- dungssteifen längenvariablen Formteil. Vorgeschlagen wird dazu ein in Falten gelegtes Element (Fig. 7), das vergleichbar einer Ziehharmonika gestreckt oder gestaucht werden kann.

Vorgeschlagen werden ferner untereinander kraftschlüssig verbindbare Distanzstücke (Fig. 6 und Fig. 6a), die in ihrer Höhe als auch dem Innendurchmesser variieren können und für unterschiedliche Mutter (1)- Bolzen- (2)verbindung zusammengestellt werden können.

Die Übertragung der Drehwinkeländerung von Mutter (1) zum Sensor (8) kann auch mittels sogenannter Distanzwinkel (Fig. 8) erfolgen. Diese greifen einerseits in eine Aussparung (15) des Mitnehmers (10) und werden in bevorzugter Ausführung durch eine Schraube (16) festgestellt, andererseits sitzen sie kraftschlüssig auf der Mutter (1) auf. Ebenso werden Aussparungen im Mitnehmer vorgeschlagen, durch die die Distanzwinkel geführt und mit dem Sensorträger verbindbar sind. In einfacher Ausgestaltung sind auch Lochblechstreifen vorgesehen (Fig. 11), die einerseits mit der Mutter und andererseits mit dem Sensorträger bzw. Mitnehmer verbindbar sind. Die Erfindung wird in folgenden Ausführungsbeispielen näher ausgeführt. Fig. 1 zeigt das Grundprinzip.

Fig. 2 zeigt die über den Bolzen (2) gestülpte Haube (4).

Das Werkstück (12), bei dem es sich auch um einen Teil der Anlage handeln kann, wird zwischen Mutter (1) und Schraubenkopf (13) bekniffen. Dadurch erfährt das Werkstück (12) eine lösbare Verbindung. Der Bolzen (2) kann aber auch fest verschweißt sein. Mit der Mutter (1) werden dann Anbauteile fixiert. Auf dem Bolzen (2) ist ein Magnet (3) befestigt. Dieser kann aber auch ganz oder teilweise in den Bolzen (2) eingelassen oder als dessen Teil ausgebildet sein.

Über den Bolzen wird eine Haube (4) gestülpt. Diese trägt in ihrem oberen Bereich einen Sensor (8). In bevorzugter Ausgestaltung ist hier die Stromversorgung und eine Sende-/Empfangseinheit als weitere Elektronik (9) untergebracht. Die Haube (4) reicht im montierten Zustand bis auf die Mutter (1) und geht mit dieser eine kraftschlüssige Verbindung ein (Fig. 2). Der Sensor (8) erfasst so die relative Lage zum Magneten (3). Das Lösen der Mutter (1) geht mit einer relativen Lageänderung im Verhältnis zum Bolzen (2) einher. Ändert sich die Lage von Mutter (1) zu Bolzen (2), indem sich etwa die Mutter (1) oder der Bolzen (2) dreht oder sich beide im unterschiedlichen Verhältnis zueinander bewegen, wird die Lageänderung vom Sensor (8) registriert. Insoweit spricht man von einer horizontalen Lageänderung. Gemeint ist damit eine Drehwinkelverschiebung von Magnet (3) zur Position des Sensors (8).

In bevorzugter Ausführung erfasst der Sensor (8) auch eine horizontale Lageänderung. Hierunter versteht man eine Verringerung oder Vergrößerung des Abstands von Sensor (8) zu Magnet (3). Dies kann Folge einer sich aus unterschiedlichsten Gründen lösenden Mutter (1) sein. Aufgrund des Schraubengewindes dreht die Mutter auf den Bolzen und verringert so den Abstand von Mutter (1) zu Magnet (3). Da der Sensor (8) in der Haube (4) eine Verbindung zur Mutter (1) aufweist, ändert sich gleichsam das Verhältnis von Sensor (8) zu Magnet (3). Im Falle einer sich lösenden Mutter (1) vergrößert sich dieser. Der gleiche Effekt stellt sich ein, wenn sich die Haube (4) unbeabsichtigt von der Mutter (1) löst. Der Sensor (8) registriert in bevorzugter Ausführung eine relative horizontale und vertikale Lageänderung. Von einer absoluten Lageänderung spricht man, wenn sich die gesamte Vorrichtung in seiner Lage verändert. Dies geschieht zum Beispiel bei einem sich drehenden Windrad. Die um die Achse des Windrades angebrachte Vorrichtung bewegt sich mit dem Rotorblatt und vollzieht insoweit eine absolute Lageänderung. In bevorzugter Ausführung kann auch diese Bewegung von einem Sensor registriert werden.

Es ist nicht auszuschließen, dass Temperaturschwankungen zur Ausdehnung der Materialien führen und dadurch eine Lageänderung im Verhältnis von Magnet (3) zu Sensor (8) bewirken. In weiterer Ausführung ist dazu ein Temperaturfühler vorgesehen. Durch die Weitergabe der Information lässt sich eine infolge der Temperaturschwankungen erwartete Lageänderung berechnen und vorhersagen. Durch den Vergleich von gemessener Lageänderung und errechneter Lageänderung kann man darauf schließen, ob diese temperaturbedingt oder als Ursache auf eine sich gelöste Mutter- (1) zu Bolzen- (2) Verbindung zurückzuführen ist.

Die vom Sensor (8) registrierten Daten werden mittels einer Elektronik (9) aufbereitet und dann über eine Kabelverbindung zur Verwendung weitergeleitet. Über dieses Kabel kann in beide Richtungen ein Datenaustausch erfolgen. In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt die Signalübertragung durch eine Funkverbindung, die in weiterer bevorzugter Ausgestaltung als Sende-/Empfangseinrichtung ausgebildet ist. Durch den Empfang von Daten ist ein Kalibrieren des Sensors (8) möglich. In weiterer Ausgestaltung ist der Sensor (8) selbstkalibrierend.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung. Der Magnet (3) ist auf einer Trägereinheit (6) befestigt oder in diese ganz oder teilweise eingelassen. Der obere Teil der einteiligen Trägereinheit (6) wird als Magnetträger (17) bezeichnet, der untere Teil als Kappe (14). Die Trägereinheit (6) lässt sich mit dem oberen Ende des Bolzens (2) verbinden. In bevorzugter Ausführung kann die Kappe (14) mit einem Innengewinde versehen sein. Durch eine Drehbewegung lässt sich die Trägereinheit (6) mit dem Gewinde des Bolzens (2) verschrauben. Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführung. Sie weist auf eine mehrteilige Trägereinheit hin. Diese besteht aus einer Kappe (14) und dem Magnetträger (17). Die Kappe (14) verfügt in bevorzugter Ausführung über ein Verbindungselement (18). Korrespondierend dazu weist der Magnetträger (17) das Gegenstück (19) auf. Durch eine Kopplung von Magnetträger (17) und Kappe (14) entsteht so eine mehrteilige Trägereinheit. Über die Kappe (14) lässt sich die mehrteilige Trägereinheit mit dem Bolzen (2) verbinden. In bevorzugter Ausführung wird eine Schraubverbindung vorgeschlagen.

Fig. 5 zeigt einen Sensorträger (7). Dieser nimmt den magnetsensitiven Sensor (8) auf. Der Sensorträger (7) kann austauschbar mit einem Mitnehmer (10) bestückt und kraftschlüssig verbunden werden. Fig. 5a zeigt den Mitnehmer (10) in Draufsicht. Er weist eine sechseckige Form auf. In bevorzugter Ausführung besitzt er die Form und Maße der Mutter (1). Sollten sich die Maße der Mutter (1) je nach Einsatzzweck ändern, lässt sich der Mitnehmer (10) ohne Austausch des Sensorträgers (7) wechseln.

Der Sensorträger (7) lässt sich mit dem Magnetträger (17) frei drehbar verbinden. In bevorzugter Ausführung greift der Sensorträger (7) mit seiner Arretierung (20) in eine umlaufende Führung (21) des Magnetträgers (17).

In bevorzugter Ausführung ist im Sensorträger (7) die Elektronik (9), und/oder die Stromversorgung und/oder eine Sende-/Empfangseinrichtung und/oder zusätzliche Sensoren für Temperatur und Bewegung untergebracht.

Fig. 6 zeigt zwei ineinander gesteckte Distanzstücke (11/l la). Fig. 6a stellt zwei Distanzstücke (11/l la) in Ansicht dar. Das untere der beiden Distanzstücke (I Ia) setzt kraftschlüssig auf der Mutter (1) auf. Zugleich dient es als Träger des zweiten Distanzstücks (I Ia). Je nach Länge des Bolzens (2) können so mehrere Distanzstücke (11) ineinandergreifend kombiniert werden. Zumindest das oberste Distanzstück (11) weist eine Geometrie auf, die in Form und Außenmaß der äußeren Größe des Mitnehmers (10) entspricht. So lässt sich das oberste Distanzstück (11) kraftschlüssig über den Mitnehmer (10) stülpen und mit der Mutter (1) oder einem darunter liegenden Distanzstück (I Ia) kraftschlüssig verbinden. Vollzieht die Mutter (1) im Verhältnis zum Bolzen (2) eine Drehbewegung, wird diese über ein oder mehrere Distanzstücke (11/l la) auf den Mitnehmer (10) übertragen. Damit kommt es zu einer relativen Lageänderung des Sen- sors (8) zum Magneten (3).

Fig. 7 offenbart ein Falt-Di stanz stück (22), dass sich ähnlich einer Ziehharmonika auseinanderziehen lässt. Es setzt einerseits kraftschlüssig auf der Mutter (1) auf, andererseits umschließt es kraftschlüssig den Mitnehmer (10). Eine Drehbewegung wird so von der Mutter (1) auf den Mitnehmer (10) übertragen und vom Sensor (8) registriert.

Fig. 8 zeigt die kraftschlüssige Übertragung der Drehbewegung von Mutter (1) auf den Mitnehmer (10) über Distanzwinkel (23). Fig. 8a stellt den Mitnehmer (10) in Draufsicht dar. Die Distanzwinkel (23) liegen einerseits auf der Mutter (1) auf und greifen andererseits in eine Aussparung (15) des Mitnehmers (10). In bevorzugter Ausführung lassen sich die Distanzwinkel (23) gegen den Mitnehmer (10) mit einer Schraube (16) feststellen.

Fig. 9 zeigt eine Detailansicht eines Distanzwinkels (23). Um diesen in der Länge einkürzen zu können, weist er Sollbruchstellen (24) auf. In bevorzugter Ausführung umschließt der Distanzwinkel (23) die Mutter (1) über eine Ecke in Gestalt eines geschlossenen Winkelstücks (5).

Haube (4), Distanzstück (11/1 la), Falt-Distanzstück (22) und Distanzwinkel (23) vermitteln den Kraftschluss von Mutter zu Sensor. Sie werden auch Verbindungsmittel genannt.

Bezeichnerliste

1 Mutter 16 Schraube

2 Bolzen 17 Magnetträger

3 Magnet 18 Verbindungselement

4 Haube 19 Gegenstück

5 geschlossener Winkel 20 Arretierung

6 Trägereinheit 21 Führung

7 Sensorträger 22 Falt-Distanzstück

8 Sensor 23 Distanzwinkel

9 Elektronik 24 Sollbruchstelle

10 Mitnehmer

11/lla Distanzstück

12 Werkstück/Maschinenteil

13 Schraubenkopf

14 Kappe

15 Aussparung im Mitnehmer

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Überwachung lösbarer Bolzen-/Mutterverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende eines Bolzens (2) ein Magnet (3) und über dem Magneten (3) ein magnetsensitiver Sensor (8) angeordnet ist, der mit der Mutter (1) über ein Verbindungsmittel kraftschlüssig verbindbar ist.

2. Vorrichtung wie Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) teilweise oder ganz in den Bolzen (2) eingelassen ist.

3. Vorrichtung wie Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) als Teil des Bolzens (2) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung wie Nr. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) mittels einer mit dem Bolzen (2) verbindbaren Trägereinheit (6) befestigt ist.

5. Vorrichtung wie Nr. 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) ganz oder teilweise in die Trägereinheit (6) eingelassen ist.

6. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (6) mit einem Innengewinde versehen auf den Bolzen (2) aufschraubbar ist.

7. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (6) aus einer Kappe (14) und einem Magnetträger (17) bildbar ist.

8. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) in einer Haube (4) angeordnet ist, die bis auf die Mutter (1) reicht und mit dieser in kraftschlüssiger Verbindung steht.

9. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass in der Haube (4) eine Stromversorgung unterbringbar ist.

10. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass in der Haube (4) eine SendeVEmpfangseinheit unterbringbar ist.

11. Vorrichtung wie Nr. 1 bis Nr. 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (7) mit dem Magnetträger (17) drehbar verbindbar ist und über ein oder mehrere Distanzstücke (11/l la) mit der Mutter (1) in kraftschlüssiger Verbindung steht.

12. Vorrichtung wie Nr. 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (7) mit seiner Arretierung (20) in eine umlaufende Führung (21) des Magnetträgers (17) greift.

13. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (7) mit einem austauschbaren Mitnehmer (10) versehbar ist.

14. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensorträger (7) eine Stromversorgung unterbringbar ist.

15. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensorträger (7) eine Sende-/Empfangseinheit unterbringbar ist.

16. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Mutter (1) und Sensorträger (7) durch ein Falt-Di stanz stück (22) herstellbar ist.

17. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Mutter (1) und Sensorträger (7) durch ein oder mehrere Distanzwinkel (23) herstellbar ist.

18. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzwinkel (23) Sollbruchstellen (24) zum Einkürzen aufweist.

19. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzwinkel (23) die Mutter (1) über Eck in Gestalt eines geschlossenen Winkels umschließt.

20. Vorrichtung wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung von Mutter (1) und Sensorträger (7) über Lochblechstreifen erfolgt, die an der Mutter (1) und/oder am Sensorträger (7) anbringbar sind.

21. Verfahren zur Bestimmung der Lage und Lageänderung von Bolzen (2) zu Mutter (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8), angeordnet über einem am oberen Ende des Bolzens (2), der mit der Mutter (1) über ein Verbindungselement kraftschlüssig verbindbar ist, den Drehwinkel und/oder eine Drehwinkeländerung von Mutter (1) zu Bolzen (2) ermittelt und als elektrische Information zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.

22. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) die vertikale Lageänderung von Bolzen (2) zu Mutter (1) erfasst und als elektrische Informationen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.

23. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) die absolute Lageänderung der Vorrichtung erfasst und als elektrische Informationen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt.

24. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Informationen mittels einer Sende-/Empfangseinrichtung übertragen werden.

25. Verfahren wie zuvor, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsübertragung von und zur Sende-/Empfangseinrichtung kabellos erfolgt.