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Die Erfindung betrifft Bauteile der
Antriebs,- Ver- und Entsorgungs-, sowie Dichttechnik die vorzugsweise
aus Gummi oder gummiähnlichen
Werkstoffen oder Kunststoffen bestehen, die mit mikrosystemtechnischen
Elementen versehen sind, die eine berührungsfreie Kommunikation,
Ortung und Identifikation der Bauteile über ein mobiles oder stationäres Schreib-Lese-
oder Messgerät
ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt
weiterhin ein Verfahren zur Integration dieser mikrosystemtechnischen
Elemente an oder in Gummi oder gummiähnlichen Werkstoffen.
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Oftmals ist es erforderlich Gegenstände insbesondere
dem Verschleiß ausgesetrten
Produkte dauerhaft zu kennzeichnen, zu identifizieren und zu überwachen,
um eine langlebige Funktion der Gegenstände und Anlagen zu gewährleisten.
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Erste vielversprechende Ansätze zur
Identifikation und Kommunikation auf der bekannten Barcode Basis
haben nicht den erhofften Erfolg gebracht. Allein der Lesevorgang
je nach Anbringungsort der Barcodes ist im industriellen Einsatrbereich äußerst schwierig,
da die Barcodes oftmals verschmutzt und beschädigt werden oder die zu überwachenden
Bauteile so angeordnet sind, das die Geräte die Barcodes nicht identifizieren
können.
Erschwerend kommt hinzu, dass die erforderlichen Geräte für den täglichen
Einsatz unter rauhen Bedingungen entweder nicht robust genug oder
bei entsprechender Konstruktion unhandlich sowie hochpreisig sind
und deren Bedienung zusätzlichen
Zeitaufwand bedeutet. Daher wurde für die erfindungsgemäßen Bauteile ein
Verfahren entwickelt, welches es ermöglicht Transpondern und/oder
sensorgestützte
Systeme in oder an die erfindungsgemäßen Bauteile zu integrieren,
um die o.g. Nachteile auszuschließen. Der Vorteil gegenüber Barcodes
ist, dass der Transponder, Sensor oder Datenlogger unabhängig vom
Lesewinkel, Licht oder anderen Umwelteinflüssen durch alle nichtmetallischen
Materialien gelesen werden kann, ohne das ein Sichtkontakt zum Schreib/Lese-
oder Messgerät
notwendig wäre.
Die Robustheit gegenüber äußeren Beschädigungen,
die Vorteile der Anbringung und die daraus resultierenden Lese-
und Schreibmöglichkeiten
sind mit derzeit keiner anderen Technik vergleichbar.
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Insbesondere ist diese Technik von
großem Vorteil
bei der Identifikation, Detektion und Ortung von Bauteilen oder
Anlagen an ihrem Einsatzort, als auch der Einsatz dieser Bauteile
mit mikrosystemtechnischen Elementen für die Mess-, Regelungs- und Steuertechnik.
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In der Offenlegungsschrift
DE 100 17 473 A1 der
Phoenix AG wird beispielsweise eine Einrichtung für die Codierung
und Markierung von Gegenständen beschrieben,
die auch in gummiähnlichen
Werkstoffen insbesondere Transportbändern zum Einsatz kommen. Das
dort beschriebene System umfasst jedoch ein Codier- und Markierungssystem,
welche mit Permanentmagneten ausgerüstet sind, die in einer streifenförmigen Matrix
eingebettet sind, wobei die Abtasteinheit (Lesegerät) am statischen
Gegenstand oder alternativ der Gegenstand an der statischen Abtasteinheit
vorbeigeführt
wird. Dieses System ermöglicht
jedoch keine Kommunikations- und Ortungsmöglichkeit im Sinne der erfindungsgemäßen Lösungsvariante.
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Die Patentschrift
DE 196 01 651 A1 Kanalisationsanlage
beschreibt die Anwendung von passiven Markierungschips in einem
Gehäuse
die an der Kanalisationsanlage angeordnet sind. Dieser an der Kanalisationsanlage
angeordnete passive Transponder kann dann von der Erdoberfläche oder
vom Kanalinnern berührungsfrei
gelesen und beschrieben werden.
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Der Nachteil bei dieser Erfindung
ist darin zu sehen, dass bei der Herstellung der Rohre dieser Kanalisationsanlage,
insbesondere bei der Herstellung von Betonrohren diese Markierungschips
nicht während
des Produktionsprozesses eingebaut werden können, sondern nachträglich aufwendig
am Rohr integriert werden müssen.
Da bei der Betonrohrherstellung extrem hohe Rüttelfrequenzen während des Herstellprozesses
auf die Markierungschips einwirken ist eine aufwendige Kapselung
der Chips erforderlich. Durch diese Kapselung und die Integration
im Betonkörper
der Rohre ist ein orten und lesen der Chips nur mit sehr großen Aufwand
möglich.
Selbst wenn die Markierungschips nachträglich im oder am Rohr ohne
eine aufwendige Kapselung angeordnet werden, ist die Funktionssicherheit
der Chips bedingt durch den Angriff der im Rohr transportierten
flüssigen
oder gasförmigen
Medien nicht dauerhaft sichergestellt. Auch ein nachträgliches
Anbringen der Markierungschips an der Kanalisationsanlage und deren Bauteilen
ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
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Andere Rohrmaterialien wie Guss-
oder Stahlrohre sind aufgrund ihrer metallischen Eigenschaften für den Einsatz
dieser dort beschriebenen Markierungschips nicht geeignet, da ein
lesen oder beschreiben dieser Chips bei direkten Kontakt mit metallischen
Materialien nur bedingt möglich
ist. Auch der Einsatz der Chips während des Herstellungsprozess
von Steinzeug oder Kunststoffrohren ist aufgrund der hohen Temperaturen
beim Herstellprozess nicht möglich.
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Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch,
dass die mikrosystemtechnischen Bauteile in oder an den im Patentanspruch
1 und 2 aufgeführten
Bauteilen aus Gummi oder gummiähnlichen Werkstoffen
oder auch Kunststoffen integriert werden und zwar derart, dass die
handelsübliche
Form und Funktionsfähigkeit
der Bauteile nicht beeinträchtigt werden;
und dass ferner die mikrosystemtechnischen Bauteile durch die Gummi
oder gummiähnlichen
Werstoffe dauerhaft geschützt
sind und bereits während
des Herstellprozesses des Endproduktes integriert werden können. Auch
der Einsatz in der nähe
metallischen Materialien werden somit gelöst.
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Folgend Varianten und Einsatrbereiche
sind hinsichtlich der Einbettung der mikrosystemtechnischen Bauteile
in Gummi oder gummiähnlichen Werkstoffen
vorteilhaft:
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1 zeigt
eine handelsübliche
Dichtung (1) die vorzugsweise in der Rohrglocke (4)
der in der 2 dargestellten
Rohrverbindung integriert ist. In einer Hohlkammer der Dichtung
(1) ist ein Transponder/Sensor oder Datenlogger (2)
vibrationsgeschützt eingebaut.
Der Transponder/Sensor oder Datenlogger ist vorzugsweise in die
Dichtung eingeklebt oder einvulkanisiert oder mit silikonähnlichen
Materialien fixiert. Mittels einer beständigen Farbe ist der Sitz der mikrosystemtechnischen
Bauteile in den Dichtungen von außen markiert. Um eine Ortung
der mikrosystemtechnischen Bauteile auch mit größerer Entfernung zu gewährleisten,
kann im Umfang der Dichtung vorzugsweise auch in einer der Hohlkammern eine
umläufige
Antenne (2a) angeordnet werden. Diese Antenne (2a)
sollte aufgrund der Montagevorspannung der Dichtsysteme am Endprodukt
ziehamonika ähnlich
einbebaut werden, damit bei der Montage der Dichtungen durch die
Vorspannungskräfte
ein abreißen
der Antenne verhindert wird. Eine weitere Ausführungsvariante der Dichtung
mit der Antennenkonstruktion ist in 1a dargestellt
. Hierbei wird eine sogenannte Kupferlitze (1a) in einen Schlitz
(1b) des Dichtungskörpers
eingelegt. Diese aus Kupfer/Stahl/Glasfasern oder sonstigen leitfähigen Materialien
bestehenden Litzen haben den Vorteil, das sie die Vorspannungskräfte die
durch die Montage der Dichtungen am Endprodukt entstehen, ohne Schaden
aufnehmen. Diese sogenannten Litzen werden dann mit dem Transponder
verbunden.
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Bei der in der 2 dargestellten
Zeichnung ist beim einschieben des Rohrspitrendes (5) in
die Rohrglocke (4) der Transponder/Sensor oder Datenlogger
(2) so angeordnet, dass die mikrosystemtechnischen Bauteile
nicht im komprimierten Bereich der Dichtung liegen. Eine Zerstörung dieser
empfindlichen Bauteile ist somit ausgeschlossen. Eine weitere Möglichkeit
der Anordnung der mikrosystemtechnischen Bauteile an Dichtungen
(1) ergibt sich aus der Positionierung der Transponder/Sensoren
oder Datenloggern (3) im Bereich der Verankerungsfüße der Dichtungen.
Auch hier können
die Bauteile vorzugsweise in vorgefertigten Taschen angebracht werden.
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Sollten Dichtungen ohne Hohlkammer
zum Einsatz kommen können
die mikrosystemtechnischen Bauteile auch im Kompressionsteil der
Dichtung angeordnet werden. Hierbei sind die mikrosystemtechnischen
Bauteile durch eine stabile Kapselung so auszubilden, dass eine
Zerstörung
durch Kommpressionsdruck nicht erfolgt. Die Transponder oder Sensoren
könnten
für diesen
Anwendungsfall mit einer zerstörungsunempfindlichen
Kunststoffhülle umgeben
sein die dann in die Dichtung eingelegt werden kann.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit
nur die Antennenkonstruktion (2a) in den Dichtungskörper einzubringen.
Die mikrosystemtechnischen Elemente werden dann außerhalb
des Dichtsystems am Endprodukt angeordnet und mit der Antenne in
der Dichtung verbunden.
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3 zeigt
eine Anordnung der mikrosystemtechnischen Bauteile in oder an Kabelumhüllungen.
Hierbei sind in der Kabelhülle
(7) Transponder/ Sensoren oder Datenlogger (8)
angeordnet. Beispielhaft ist in der Zeichnung eine Kabelmuffe (8)
dargestellt. In der Kabelhülle
(7) sind hierbei Transponder/Sensoren oder Datenlogger
(8) angeordnet, die berührungsfrei
geortet, identifiziert beschrieben oder gelesen werden können. Wartungsarbeiten
an diesen Muffenverbindungen lassen sich somit leicht dokumentieren
und sind nachvollziehbar am Produkt hinterlegbar. Auch Kabel- und
Leitungsverläufe
insbesondere im Erdreich lassen sich über dieses System leicht von
der Oberfläche
aus orten. Von der Erdobertläche
kann beispielsweise mit einem Lesegerät über induktive Spannung der
Transponder in der Kabelverbindung geortet werden. Der Transponder
sendet nun seine Daten an das Lesegerät zurück. Somit lassen sich wichtige
Informationen der erdüberdeckten
Kabel ohne ein aufgraben und freimachen der eigentlichen Kabelstränge von
der Erdobertläche
abrufen. Dieses ist besonders dann sinnvoll, wenn bei Bauarbeiten,
Kabelverläufe
gesucht werden müssen. Informationen über das
Kabel und seine Funktionen lassen sich somit berührungsfrei auslesen und bewerten,
ohne das sich hierbei jemand in Gefahr begeben muss. Beschädigungen
an Kabelanlagen durch z.B. Bauarbeiten lassen sich somit an der
beschädigten
Stelle im Transponder dokumentieren und sind für den Betreiber der Kabelanlage
dauerhaft abrufbar.
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Diese bietet ein Optimum an Sicherheit
für die
Wartung und den Betrieb der Kabelanlagen.
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Der Einsatz dieser Systeme ist auch
im Wohnungs- und Gewerbebau denkbar. Viele für die Sicherheit und den Betrieb
von Gebäuden
verlegten Kabeln ist abhängig
von intensiven Wartungen. Diese erfindungsgemäßen Systeme ermöglichen
die Identifikation der zur Wartung gehörenden Bauteile sowie die Dokumentation
der ausgeführten
Arbeiten am Produkt. Somit lassen sich Fehler durch falsche Wartungsarbeiten
an falsch zugeordneten Kabelsystemen vermeiden.
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4 zeigt
einen Kolben der mit verschiedenen Dichtsystemen ausgestattet ist.
Im einzelnen sind dargestellt:
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- – 10
Abstreifer
- – 11
Stangendichtung
- – 12
Stangenführung
- – 13
O-Ringdichtung
- – 14
O-Ringdichtung
- – 15
Kolbendichtung
- – 16
Kolbenführung
- – 17
O-Ringdichtung
- – 18
Transponder/Sensor od. Datenlogger
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Wie an allen bereits beschrieben
Dichtsystemen können
auch an diesen Dichtungen die mikrosystemtechnischen Bauteile angeordnet
werden. Insbesondere können
angeordnete Sensoren den Anpressdruck der Dichtungen messen und
berührungsfrei
die Daten an ein außerhalb
stehendes Mess- und Regelsystem übermitteln.
Somit können
Ermüdungserscheinungen
an diesen Dichtsystemen frühzeitig erkannt
werden. Kostenintensive Folgeschäden durch
ermüdende
Dichtmaterialien an beweglichen Bauteilen (z.B. Kolben, etc.) sind
hierdurch vermeidbar.
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Weitere Einsatzgebiete bietet das
erfindungsgemäße System
z.B. bei:
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- – Hydraulikschläuchen
In
der Wandung der Hydraulikschläuche
eingebettet werden dieselben Vorteile wie bereits bei den Kabelsystemen
beschrieben erzielt.
- – Dichtungen
für Fenster
und Türen
Dichtungen
für Fenster
und Türen,
die dafür
Sorge tragen das Räume
dauerhaft dicht abgeschlossen sein müssen (z.B. ein Versuchslabor
mit gefährlichen
Stoffen) können
mit diesen mikrosystemtechnischen Bauteilen ausgerüstet werden. Aktivierbare
Dichtsysteme ließen
sich über
integrierte Sensoren auf ihren Anpressdruck hin überprüfen. Ebenso könnten Sicherheitsdienste
beim überprüfen von
Türen und
Fenstern ihre Daten im Transponder der zu überwachenden Dichtelemente
hinterlegen.
- – Schläuche
Schläuche durch
die z.B. umweltgefährdende Medien
transportiert werden, könnten
in ihrem Schlauchmantel die mikrosystemtechnischen Bauteile, zur
Identifikation, Wartung und Kommunikation enthalten. Im Gefahrfall
könnte
dann schnell z.B. durch die Feuerwehr erkannt werden, welche Medien
in diesen Schläuchen
transportiert werden.
- – Dichtungen
für Tübbinge
Der
Einsatz von Tübbingen
aus Betonfertigteilen ist besonders beliebt im Tunnelbau. Auch diese Fertigteile
müssen
durch aufwendige Dichtsysteme dauerhaft gegen vielfältige Einflüsse gedichtet werden.
Da gerade durch Tunnelsysteme viele Menschen transportiert werden
ist hier ein aufwendiges Überwachungs- – und Sicherheitssystem
unumgänglich.
Die erforderlichen Wartungs- und Kontrollsysteme können auch
hier durch die integrierten mikrosystemtechnischen Bauteile in den
Dichtungen erfolgen.
- – Dichtungen
im Straßenbereich
Fugenbänder und
Gleitlager
Im Straßenbau
werden oftmals Fugenbänder
als Anschluss- und Dichtsysteme eingebaut. Speziell hier könnten in
den Fugen- und Dichtbändern
integrierte mikrosystemtechnische Elemente vorzugsweise Transponder
und Sensoren sowie Datenlogger zur Verkehrsüberwachung und auch zur Verkehrsregelung
eingesetzt werden. In Kraftfahrzeugen integrierte Lesegeräte könnten diese mikrosystemtechnischen
Bauteile in den Fugenbändern
berührungsfrei
lesen und die Daten entsprechend weiter verarbeiten.
- – Dichtungen
im Schienenverkehrsbereich
Auch im Schienenverkehrsbereich
werden vielfältige
Dichtsysteme eingesetzt, die einer ständigen aufmerksamen Wartung
unterliegen. Auch hier lassen sich die in den Dichtungen integrierten
mikrosystemtechnischen Bauteile zur Identifikation, Kommunikation
und Wartung ideal nutzen.
- 6. Bauteile der Antriebstechnik (z.B. Keilriemen)
Bauteile
der Antriebstechnik unterliegen vielfältigen Beanspruchungen und
müssen
daher oft auf ihre Betriebstauglichkeit hin überprüft werden. Dieses ist oftmals
nur unter großen
Aufwand möglich
ist, da komplette Maschinen oder Anlagen zu deren Wartung außer Betrieb
genommen werden müssen.
Hierfür
bietet sich die erfindungsgemäße Technologie
hervorragend an, da eine berührungsfreie
Identifikation und Prüfung
dieser Keilriemen auch während
des Betriebes möglich
ist.
- – Dehnungsfugen
und Dichtungsbänder
Dehnungsfugen
und Dichtbänder
sind in den verschiedensten Bauteilen integriert und müssen dauerhaft
gewartet und überprüft werden.
Auch hier bietet sich der Einsatz integrierter Transponder optimal
an.
- – Sonstige
Einsatzgebiete
Dichtungen an verschleißempfindlichen Bauteilen wie
z.B. Motoren, oder Dichtungen für
sicherheitsrelevante Bauteile z.B. in Fahrzeugen, Flugzeugen etc.
können
mit dieser Technologie ausgerüstet
werden. Bei jeder Inspektion oder sicherheitstechnischen Überprüfung müsste dann
das Wartungspersonal über
ein mitgeführtes
mobiles Gerät,
das zu überprüfende Bauteil
identifizieren. Erst die einwandfreie Identifikation ermöglicht auch
die optimale Wartung und Pflege der mittlerweile vielfältigen Bauteilesysteme.
Verwechselungen können
ausgeschlossen werden und somit ein hohes Maß an Sicherheit garantiert
werden.
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Die aufgeführten Beispiele können alle
mit den heutzutage üblichen
Datenverarbeitungssystemen verwaltet und bearbeitet werden.
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Beispielhaft für alle aufgeführten Anwendungen
sei hier noch einmal die Funktionsweise der integrierten mikrosystemtechnischen
Bauteile in Dichtsystemen und deren weitere Datenverarbeitung beschrieben
Alle in oder an den vorbezeichneten Gegenständen und in den Patentansprüchen aufgeführten Bauteile
können
mit mikrosystemtechnischen Elementen ausgerüstet werden und berührungsfrei durch
mobile oder stationäre
Schreib/Lese,- sowie Messgeräte
geortet, beschrieben oder gelesen werden.
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Ist beispielsweise ein Transponder
in oder an einer Dichtung integriert, kann über ein mobiles oder stationäres Schreib/Lesegerät der dem
Bauteil zugeordnete Code aus dem Transponder gelesen werden. Das
gleiche Gerät
sendet nun über
die herkömmlichen Übertragungswege
diesen Code an einen stationären
Server. Im Server sind nun alle dem Code zugeordneten bauteilspezifischen
Daten und Wartungspläne
für das
zugangberechtigte Bedienungs- oder Wartungspersonal zugänglich.
Die z.B. für
die Wartung dieses Bauteils erforderlichen Daten werden nun vom
Server an das Bedienungspersonal übermittelt. Somit ist sichergestellt
das nur die Wartungsarbeiten die auch über die Bauteilcodeidentifikation
bestätigt
wurden, durchgeführt
werden. Nach Beendigung der Arbeiten am zu wartenden Bauteil muss
nun das Wartungspersonal über
das mobile Schreibgerät
die ordnungsgemäße Ausführung der Arbeiten
im Transponder des zu wartenden Bauteils bestätigen.
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Auch die Ortung der zu wartenden
Bauteile ist über
ein GPS-Modul, das an dem mobilen Schreib-/Lesegerät angeordnet
werden kann, einfach möglich. Über GPS-Daten wird der Standpunkt des
mobilen Gerätes
und seines Bedieners (Wartungspersonal) geortet. Dem Wartungspersonal
kann somit vom Anlagenbetreiber der zu wartende Bauteilcode mit
seinen Standortkoordinaten übermittelt
werden. Das mobile Gerät
führt nun
das Wartungspersonal in die nähe
des zu watenden Bauteils. Über
die im Transponder hinterlegte Bauteilidentifizierung kann nun über das
mobile Schreib-/Lesegerät
das Bauteil identifiziert werden. Somit ist eine schnelle Bauteilortung
und auch die Wartung einfach möglich.
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Zusammenfassung
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Die Erfindung befasst sich mit der
Lösung zur
Einbringung und Anordnung von mikrosystemtechnischen Elementen in
Gummi- oder gummiähnlichen
sowie kunststoffähnlichen
Werkstoffen. Insbesondere die Integration dieser mikrosystemtechnischen
Elemente an Dichtungen/Elastomeren von Ver,- und Entsorgungssystemen,
Kabel,- sowie Schlauchsystemen und Bauteilen der Antriebstechnik
sind Bestandteil dieser Erfindung. Weiterhin ist ein Verfahren zur
berührungslosen
Kommunikation zwischen den Bauteilen mit mikrosystemtechnischen Elementen
und dem Anlagenbediener, Bestandteil dieser Erfindung.