DE102016215202A1 - Screw connection with a monitoring device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schraubverbindung (1), gebildet von einem sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Gewinde tragenden Element, insbesondere Schraubenelement (2) und einem Gegenelement (3), mit einer Überwachungseinrichtung (4) zur Überwachung der Integrität der Schraubverbindung (1), umfassend eine Detektionseinrichtung, eingerichtet ein Verdrehen und/oder Verschieben eines der Elemente der Schraubverbindung (1) gegeneinander oder gegenüber einem Bezugselement zu detektieren. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung zumindest einen an einem der Elemente der Schraubverbindung (1) – Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) – angeordneten oder integrierten Geber (14) und einen Sensor (15) zur Detektion des Gebers (14) bzw. einer Geberinformation aufweist, und der Sensor (15) an oder in einer dem Anordnungsbereich (24) des Gebers (14) an einem Element der Schraubverbindung (1) zugeordneten Abdeckung (17) befestigt ist, wobei die Abdeckung (17) mitnahmefest mit einem der Elemente der Schraubverbindung (1) – Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) – verbunden ist.The invention relates to a screw connection (1) formed by a threaded element extending along a longitudinal axis (L), in particular a screw element (2) and a counter element (3), having a monitoring device (4) for monitoring the integrity of the screw connection (1 ), comprising a detection device, configured to detect a rotation and / or displacement of one of the elements of the screw connection (1) against each other or against a reference element. The invention is characterized in that the detection device has at least one encoder (14) arranged or integrated on one of the elements of the screw connection (1) - screw element (2) or counter element (3) - and a sensor (15) for detecting the encoder (14 ) or an encoder information, and the sensor (15) is attached to or in the arrangement region (24) of the encoder (14) on an element of the screw (1) associated with cover (17), wherein the cover (17) entrain with one of the elements of the screw (1) - screw (2) or counter element (3) - is connected.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung, gebildet aus einem Schraubenelement und einem Gegenelement mit einer Überwachungseinrichtung, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer derartigen Schraubverbindung in einem schienengebundenen Fahrzeug.The invention relates to a screw connection, formed from a screw element and a counter element with a monitoring device, in detail with the features of the preamble of
Die Anbindung von Kupplungseinrichtungen an einem Schienenfahrzeug wird unter anderem über Befestigungseinrichtungen in Form von Schraubverbindungen realisiert. Die Kupplungseinrichtung selbst besteht aus einer Vielzahl einzelner Komponenten, die auch mittels Schraubverbindungen miteinander verbunden sind. Zusatzkomponenten werden häufig ebenfalls über Schraubverbindungen mit der Kupplungseinrichtung verbunden. Schraubverbindungen finden ferner auch in der direkten Verbindung von Bauteilen oder der Verspannung von Bauteilen gegeneinander Verwendung. Beispielsweise wird auf die Sicherung einer Zugstange gegenüber einem anderen Bauteil über ein Sicherungselement in Form einer Sicherungsmutter verwiesen. Die Schraubverbindungen umfassen dazu ein Gewinde tragendes Element, welches als Schraubenelement bezeichnet wird und ein Gegenelement, welches beispielsweise als Mutter ausgeführt ist oder von einem Bauteil gebildet ist. Das Schraubenelement kann dabei als Schraube ausgeführt sein, wobei bezüglich der Art und Ausbildung dieser keine Restriktionen bestehen. Denkbar ist jedoch auch die Ausführung als Bolzen mit Gewinde tragendem Teilbereich. Derartige Schraubverbindungen sind sehr hohen Beanspruchungen unterworfen, insbesondere da diese im Kraftfluss der Übertragung von Zug- und Druckkräften dienen und auch anderen Einflüssen, wie Vibrationen ausgesetzt sind. Die Überwachung derartiger Schraubverbindungen erfolgt in der Regel durch optische Inspektionen. Dazu werden beispielsweise Markierungen an einem der Elemente, insbesondere Schraubenelement oder Mutter angeordnet und deren Ausgangslage als Referenzlage gewählt, die in gewissen vordefinierten zeitlichen Abständen inspiziert werden und eine Lageveränderung der beiden Elemente der Schraubverbindung damit anzeigen. Problematisch gestaltet sich dabei die Überwachung von Schraubverbindungen, welche entweder nicht frei zugängig sind, da diese durch andere Bauelemente derart verbaut sind, dass diese nicht einsehbar sind. Ebenfalls problematisch ist die Überwachung von Schraubverbindungen, die zwar frei zugängig sind, jedoch aufgrund der hohen Sicherheitsrelevanz fortlaufend überwacht werden sollten, was mit der manuell erfolgenden optischen Erkennung nicht möglich ist. Auch gestaltet es sich bei einer Vielzahl von Schraubverbindungen aufgrund von deren Anordnung und Ausbildung schwierig, die Überwachung zu automatisieren, da die erforderliche Anordnung von Sensoren nicht ohne weiteres möglich ist bzw. hierzu die Bauteile in der Umgebung derart spezifiziert werden müssen, einen Sensor aufzunehmen. Ein weiteres Problem stellt dabei auch die Möglichkeit einer Nachrüstbarkeit in bereits bestehenden Systemen dar.The connection of coupling devices on a rail vehicle is realized inter alia via fastening devices in the form of screw. The coupling device itself consists of a plurality of individual components, which are also connected to each other by means of screw. Additional components are often also connected via screw with the coupling device. Screw connections are also used in the direct connection of components or the clamping of components against each other use. For example, reference is made to securing a pull rod relative to another component via a securing element in the form of a lock nut. The screw for this purpose include a threaded element, which is referred to as a screw member and a counter-element, which is designed for example as a mother or is formed by a component. The screw element can be designed as a screw, with respect to the nature and design of this no restrictions exist. Conceivable, however, is the design as a bolt with thread-bearing portion. Such screw are subjected to very high stresses, especially since these serve in the power flow of the transmission of tensile and compressive forces and other influences, such as vibrations are exposed. The monitoring of such screw is usually done by optical inspections. For this purpose, for example, markings are arranged on one of the elements, in particular screw element or nut and their initial position selected as the reference position, which are inspected at certain predefined time intervals and indicate a change in position of the two elements of the screw. The problem is the monitoring of screw connections, which are either not freely accessible, as they are installed by other components such that they are not visible. Also problematic is the monitoring of screw that, although freely accessible, but should be monitored continuously due to the high safety relevance, which is not possible with the manual optical detection. Also, it is difficult with a variety of screw due to their arrangement and design difficult to automate the monitoring, since the required arrangement of sensors is not readily possible or for this, the components in the environment must be specified to receive a sensor. Another problem is the possibility of retrofitting in existing systems.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubverbindung mit einer Überwachungseinrichtung zur kontinuierlichen Überwachung während des Betriebes eines Systems mit einer derartigen Schraubverbindung bereitzustellen. Dabei soll es möglich sein, frühzeitig Veränderungen an der Schraubverbindung zu erkennen und zu signalisieren, um vorbeugende Maßnahmen einleiten zu können. Insbesondere soll eine Schraubverbindung für den Einsatz in und zur Anbindung von Kupplungssystemen von Schienenfahrzeugen derart weiterentwickelt werden, dass eine optimale Überwachung dieser auch bei schwerer Zugängigkeit zur einzelnen Schraubverbindung gegeben ist und die Überwachungseinrichtung mit geringem Aufwand nachrüstbar ist.The invention is therefore based on the object to provide a screw connection with a monitoring device for continuous monitoring during operation of a system with such a screw connection. It should be possible to detect early changes to the screw and signal to initiate preventive measures. In particular, a screw is to be further developed for use in and for connection of coupling systems of rail vehicles such that optimal monitoring of this is given even with difficult accessibility to the individual screw and the monitoring device can be retrofitted with little effort.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 und 14 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of
Eine Schraubverbindung, gebildet von einem sich entlang einer Längsachse erstreckenden Gewinde tragendem Element, insbesondere Schraubenelement und einem Gegenelement und mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Integrität der Schraubverbindung, umfassend eine Detektionseinrichtung, eingerichtet ein Verdrehen und/oder Verschieben eines der Elemente der Schraubverbindung gegeneinander oder gegenüber einem Bezugselement zu detektieren, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung zumindest einen an einem der Elemente der Schraubverbindung – Schraubenelement oder Gegenelement – angeordneten oder integrierten Geber und einen Sensor zur Detektion des Gebers aufweist, und der Sensor an oder in einer dem Anordnungsbereich des Gebers an einem Element der Schraubverbindung zugeordneten Abdeckung befestigt ist, wobei die Abdeckung mitnahmefest mit einem der Elemente der Schraubverbindung – Schraubenelement oder Gegenelement – verbunden ist. A screw connection, formed by a thread-carrying element extending along a longitudinal axis, in particular a screw element and a counter element and having a monitoring device for monitoring the integrity of the screw connection, comprising a detection device, arranged twisting and / or shifting one of the elements of the screw against each other or opposite To detect a reference element, according to the invention is characterized in that the detection device has at least one on one of the elements of the screw - screw or counter element - arranged or integrated transmitter and a sensor for detecting the encoder, and the sensor on or in the arrangement region of the encoder attached to an element of the screw cover is attached, the cover is tamper-proof with one of the elements of the screw - screw element or counter element - is connected t.
Unter einem Gewinde tragenden Element, insbesondere Schraubenelement wird ein Element verstanden, welches einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden zylindrischen oder hohlzylindrischen Bereich aufweist, welcher zumindest über einen Teilbereich seiner Erstreckung in Längsrichtung mit einem Gewinde ausgebildet ist. Je nach Ausführung und Einsatzzweck ist das Schraubenelement als Schraube, gebildet aus Schraubenkopf und Schaft oder Bolzen oder Gewindestange, welcher zumindest in einem Teilbereich seiner Erstreckung in Längsrichtung ein Gewinde trägt, ausgeführt. Die Funktion des Schraubenelementes kann auch von Funktionskomponenten, beispielsweise einer Zugstange oder einem Zuganker übernommen werden.A thread-carrying element, in particular a screw element, is understood to mean an element which has a cylindrical or hollow-cylindrical region extending along a longitudinal axis, which is formed at least over a partial region of its extension in the longitudinal direction with a thread. Depending on the design and purpose of the screw element is a screw formed from screw head and Shank or bolt or threaded rod which carries a thread in the longitudinal direction at least in a partial region of its extension executed. The function of the screw element can also be taken over by functional components, for example a pull rod or a tie rod.
Unter einem Gegenelement wird ein Bauteil verstanden, welches das zweite Element der mit der Schraubverbindung realisierten Schraubpaarung bildet. Bei diesem kann es sich um ein Sicherungselement in Form einer Mutter oder ein anderes Bauteil handeln, welches ein zum Schraubenelement komplementär ausgebildetes und zum Zusammenwirken mit diesem ausgebildeten Gewinde aufweist.A counter element is understood to be a component which forms the second element of the screw pairing realized with the screw connection. This may be a securing element in the form of a nut or another component, which has a thread complementary to the screw element and designed to cooperate with this thread.
Schraubenelement und Gegenelement tragen jeweils einen Gewindebereich. Dabei weist jeweils eines der Elemente – Schraubenelement oder Gegenelement – ein Außengewinde und das andere – Gegenelement oder Schraubenelement – das dazu komplementäre Innengewinde auf. Screw element and counter element each carry a threaded area. In this case, each one of the elements - screw element or counter element - an external thread and the other - counter element or screw element - the complementary internal thread on.
Mitnahmefest im Sinne der Erfindung bedeutet, dass eine Befestigung, Fixierung oder Verbindung derart erfolgt, dass die Verbindung frei von der Möglichkeit einer Relativbewegung der beiden zu verbinden Bauteile, insbesondere zwischen Abdeckung und einem der Elemente der Schraubenverbindung erfolgt.Carrying in the sense of the invention means that an attachment, fixation or connection is made such that the connection is free from the possibility of relative movement of the two components to be connected, in particular between the cover and one of the elements of the screw connection.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass durch das Vorsehen einer Abdeckung eine einfach vornehmbare frei wählbare Positionierung von Sensoren mit geringem Aufwand ermöglicht wird. Die Anordnung der erforderlichen Sensoren kann dabei unabhängig von der Ausgestaltung der Umgebung der Schraubverbindung erfolgen. Die Anordnung eines Sensors in oder an einer der Schraubverbindung zugeordneten und mit einem Element dieser verbundenen Abdeckung bietet den Vorteil der Schaffung einer Überwachungseinrichtung, welche zum einen einfach in bestehenden Systemen, Aggregaten oder Baueinheiten nachrüstbar ist und ferner auch eine fortlaufende Überwachung im Betrieb des jeweiligen Bauteiles erlaubt. Da die Abdeckung in der Regel nicht besonders bauraumeinnehmend ausgebildet sein muss, kann diese auch für Schraubverbindungen zum Einsatz gelangen, welche nicht frei zugängig sind.The solution according to the invention offers the advantage that the provision of a cover makes it possible to position sensors in a simply selectable way and to select them with little effort. The arrangement of the required sensors can be carried out regardless of the configuration of the environment of the screw. The arrangement of a sensor in or on one of the screw associated and connected to an element of this cover offers the advantage of creating a monitoring device, which is easy to retrofit in existing systems, units or assemblies and also a continuous monitoring during operation of the respective component allowed. Since the cover usually does not have to be particularly space-consuming, this can also be used for screw, which are not freely accessible.
Bezüglich der Ausbildung der Abdeckung besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese ist vorzugsweise derart ausgebildet, den Anordnungsbereich des Gebers in Umfangsrichtung um die Längsachse des Schraubelementes betrachtet und in Längsrichtung zumindest über den Erstreckungsbereich des Anordnungsbereiches des Gebers unter Ausbildung eines Abstandes zum Geber zu umschließen. Mit dieser Ausführung wird der Geber vor Umwelteinflüssen geschützt. Regarding the design of the cover there are a number of possibilities. This is preferably designed so as to observe the arrangement region of the encoder in the circumferential direction about the longitudinal axis of the screw element and to enclose in the longitudinal direction at least over the extension region of the arrangement region of the transmitter while forming a distance to the encoder. This version protects the encoder from environmental influences.
In Abhängigkeit der geometrischen Ausgestaltung der Abdeckung und/oder des gewählten Materials bietet diese ferner den Vorteil, die Schraubverbindung und die wesentlichsten Komponenten der Überwachungseinrichtung – Geber und Sensor – gegenüber Umwelteinflüssen abzuschirmen. Daher werden vorzugsweise Abdeckungen gewählt, die eine Kapselung des Anordnungsbereiches für den Geber und den Sensor bieten. Dies ist insbesondere in Einsatzfällen, wie Kupplungseinrichtungen von schienengebundenen Fahrzeugen von Vorteil, da diese neben Witterungseinflüssen auch häufig nicht optimalen Umgebungseinflüssen, wie Staub etc. ausgesetzt sind.Depending on the geometric design of the cover and / or the selected material, this also has the advantage of shielding the screw connection and the most essential components of the monitoring device - encoder and sensor - against environmental influences. Therefore, covers are preferably selected which provide encapsulation of the arrangement area for the encoder and the sensor. This is particularly advantageous in applications such as coupling devices of rail vehicles, since these are often exposed to weather conditions, not optimal environmental influences such as dust, etc.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist dazu die Abdeckung von einem einseitig offenen und zumindest einen Innenraum zur Aufnahme des Anordnungsbereiches des Gebers am Schraubenelement oder dem Gegenelement und des Sensors ausbildenden kappenartigen Element gebildet, welches am öffnungsseitigen Endbereich einen Verbindungsbereich zur Verbindung mit dem Schraubenelement oder dem Gegenelement aufweist. In an advantageous embodiment, the cover of a one-sided open and at least one interior for receiving the arrangement region of the encoder on the screw member or the counter element and the sensor forming cap-like member is formed, which has a connection region for connection to the screw member or the counter element at the opening end portion ,
Die mitnahmefeste Verbindung zwischen Abdeckung und einem Element der Schraubverbindung – Schraubenelement oder Gegenelement ist vorzugsweise als eine Verbindung oder Kombination von Verbindungen ausgewählt aus der nachfolgenden Gruppe von Verbindungen ausgebildet:
- – als stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Klebverbindung;
- – als kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Pressverbindung;
- – als formschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Bajonett- oder Rastverbindung.
- - As cohesive connection, preferably in the form of an adhesive bond;
- - As a positive connection, preferably in the form of a press connection;
- - As a positive connection, preferably in the form of a bayonet or locking connection.
In besonders vorteilhafter Ausbildung ist die mitnahmefeste Verbindung zwischen Abdeckung und einem Element der Schraubverbindung – Schraubenelement oder Gegenelement – als lösbare Verbindung ausgeführt. Dies erlaubt bei Bedarf einen Zugang zur Schraubverbindung frei von einer Zerstörung der Abdeckung oder der Verbindung und die Wiederverwendung der Abdeckung sowie des an oder in dieser angeordneten Sensors.In a particularly advantageous embodiment, the tamper-resistant connection between the cover and an element of the screw - screw element or counter element - designed as a detachable connection. This allows, if necessary, access to the screw connection free of destruction of the cover or the connection and the reuse of the cover and of the sensor arranged on or in this.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Überwachungseinrichtung erfolgt die Befestigung des einzelnen Gebers an einem der Elemente der Schraubverbindung – Schraubenelement oder Gegenelement – und/oder des Sensors an oder in der Abdeckung lösbar. Der Vorteil besteht auch hier in der Austauschbarkeit, insbesondere, wenn auf Überwachungssysteme nach anderem physikalischen Prinzip umgestellt werden soll oder bei Defekt. Unlösbare Verbindungen werden insbesondere dann gewählt, wenn es beim Austausch nicht auf die Wiederverwendbarkeit ankommt.In a particularly advantageous embodiment of the monitoring device, the attachment of the individual encoder on one of the elements of the screw - screw element or counter element - and / or the sensor is on or in the cover solvable. The advantage here is also in the interchangeability, especially if it is to be switched to monitoring systems for other physical principle or defect. Inseparable compounds are chosen in particular if it does not depend on the reusability in the exchange.
Bezüglich der Art der verwendeten Geber und Sensoren und der Verfahren zum Detektieren bestehen keine Restriktionen. Vorzugsweise werden kontaktlos wirkende Geber/Sensoreinheiten eingesetzt. Die Anforderungen an die Maßgenauigkeit bei der Positionierung der jeweiligen Sensoren in der Abdeckung sind dann nicht so hoch.There are no restrictions on the type of sensors and sensors used and the methods of detection. Preferably contactless donors / sensor units are used. The requirements for dimensional accuracy in the positioning of the respective sensors in the cover are then not so high.
In einer ersten Ausführung ist der Geber als optischer Geber ausgebildet, insbesondere als an einem Element der Schraubverbindung – Schraubenelement oder Gegenelement – angebrachte Markierung, ein Farbrad oder eine Farbskala und der Sensor von einem optischen Sensor gebildet.In a first embodiment of the encoder is designed as an optical encoder, in particular as attached to an element of the screw - screw element or counter element - mounted mark, a color wheel or a color scale and the sensor of an optical sensor.
In einer zweiten Ausführung ist der Sensor zur kontaktlosen Detektion des Gebers auf der Basis des Feldes eingerichtet, wobei der Geber und der Sensor vorzugsweise gemäß einer der nachfolgend genannten Ausführungen ausgebildet sind:
- – der Geber einen Permanentmagneten zur Bereitstellung eines magnetischen Feldes und der Sensor einen Magnetfeldsensor umfasst;
- – der Sensor eine Spule zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes und der Geber ein Element zur Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes umfasst;
- – der Sensor eine Spannungsquelle und der Geber ein dielektrisches Element umfasst.
- The transmitter comprises a permanent magnet for providing a magnetic field and the sensor comprises a magnetic field sensor;
- - The sensor comprises a coil for providing an electromagnetic field and the encoder comprises an element for influencing the electromagnetic field;
- - The sensor comprises a voltage source and the encoder comprises a dielectric element.
In einer ersten Variante wird eine magnetische Bestimmung durchgeführt. Dazu kann der Geber einen Permanentmagneten zur Bereitstellung eines magnetischen Feldes und der Sensor einen Magnetfeldsensor umfassen. Der Magnetfeldsensor kann aktiv ausgeführt sein, beispielsweise als Hall-Sensor, oder passiv, etwa als Reed-Kontakt. Das magnetische Feld kann einfach und sicher detektiert werden, solange der Sensor am Geber angebracht ist. In einer weiteren Ausführungsform kann ein magnetisches Leitelement vorgesehen sein, um das Magnetfeld im Bereich des Sensors zu formen, sodass es im Bereich des Sensors verstärkt ist, solange keine Auflösung stattgefunden hat.In a first variant, a magnetic determination is performed. For this purpose, the encoder may comprise a permanent magnet for providing a magnetic field and the sensor may comprise a magnetic field sensor. The magnetic field sensor can be made active, for example as a Hall sensor, or passively, for example as a reed contact. The magnetic field can be easily and reliably detected as long as the sensor is attached to the encoder. In a further embodiment, a magnetic guide element may be provided to shape the magnetic field in the region of the sensor, so that it is amplified in the region of the sensor, as long as no dissolution has taken place.
In einer zweiten Variante wird eine induktive Bestimmung durchgeführt. Dabei kann der Sensor eine Spule zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes und der Geber ein Element zur Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes umfassen. Insbesondere kann der Geber ein weichmagnetisches Element umfassen, um das elektromagnetische Feld zu formen, sodass die Feldstärke im Bereich des Sensors oder eine Stromaufnahme der Spule in Anwesenheit des Gebers beeinflusst sein können. Üblicherweise wird die Spule mit einem Wechselstrom angesteuert, wobei die Spannungsquelle vom Sensor umfasst oder extern realisiert werden kann. Das elektromagnetische Feld wird bevorzugt auf der Basis eines durch die Spule fließenden Stroms oder einer an der Spule anliegenden Spannung bestimmt. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch auch ein dedizierter Sensor zur Bestimmung des elektromagnetischen Feldes vorgesehen sein.In a second variant, an inductive determination is performed. In this case, the sensor may comprise a coil for providing an electromagnetic field and the encoder an element for influencing the electromagnetic field. In particular, the encoder may comprise a soft magnetic element to form the electromagnetic field, so that the field strength in the region of the sensor or a current consumption of the coil may be influenced in the presence of the encoder. Usually, the coil is driven with an alternating current, wherein the voltage source comprises the sensor or can be realized externally. The electromagnetic field is preferably determined on the basis of a current flowing through the coil or a voltage applied to the coil. In further embodiments, however, a dedicated sensor for determining the electromagnetic field may also be provided.
In einer dritten Variante erfolgt eine kapazitive Bestimmung, wobei der Sensor bevorzugt eine Spannungsquelle und der Geber ein dielektrisches Element umfasst. Zwischen dem Sensor und dem Geber besteht dabei ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke durch das dielektrische Element beeinflusst und insbesondere verstärkt werden kann. Wird der Geber vom Sensor getrennt, so kann insbesondere eine Änderung der Kapazität zwischen Anschlüssen der Spannungsquelle erfolgen, die mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung bestimmt werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann vom Sensor umfasst sein oder extern bereitgestellt werden.In a third variant, a capacitive determination takes place, the sensor preferably comprising a voltage source and the encoder comprising a dielectric element. There is an electric field between the sensor and the transmitter whose field strength can be influenced and in particular amplified by the dielectric element. If the transmitter is disconnected from the sensor, in particular a change in the capacitance between terminals of the voltage source can take place, which can be determined by means of a suitable evaluation device. The evaluation device can be comprised by the sensor or provided externally.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist ein weiterer Sensor in Form eines Magnetfeldsensors zur absoluten Lagebestimmung der Elemente der Schraubverbindung zueinander vorgesehen. According to a particularly advantageous development, a further sensor in the form of a magnetic field sensor for absolute position determination of the elements of the screw connection is provided to one another.
Bezüglich der Ausgestaltung von Schraubenelement und Gegenelement besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. In einer ersten Variante ist das Gegenelement von einer Mutter gebildet und der Geber vorzugsweise am Schaftende, insbesondere der Stirnseite des Schaftes des Schraubenelementes angeordnet, wobei die Abdeckung mit der Mutter mitnahmefest verbunden ist. Eine zweite Variante ist dadurch charakterisiert, dass das Schraubenelement von einer Schraube und das Gegenelement von einem ein Innengewinde aufweisenden Grundkörper gebildet ist, wobei der Geber am Schraubenkopf, insbesondere der Stirnseite oder dem Außenumfang angeordnet ist und die Abdeckung mit dem Grundkörper verbunden ist. Eine dritte mögliche Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Geber an einem Gegenelement in Form einer Mutter oder einem Grundkörper befestigt ist und die Abdeckung am Schraubenelement. Alle Ausführungen bieten den Vorteil, die Abdeckung mit integriertem oder angebrachtem Sensor als Gesamteinheit aufsteckbar gestalten zu können. Diese kann beispielsweise als vormontierte Baueinheit bereitgestellt werden.With regard to the configuration of screw element and counter element there are a plurality of possibilities. In a first variant, the counter-element is formed by a nut and the transmitter is preferably arranged on the shaft end, in particular the end face of the shank of the screw element, wherein the cover is connected with the mother taker-proof. A second variant is characterized in that the screw element is formed by a screw and the counter element by a female thread having a base body, wherein the encoder is arranged on the screw head, in particular the front side or the outer periphery and the cover is connected to the base body. A third possible variant is characterized in that the encoder is attached to a counter element in the form of a nut or a base body and the cover on the screw member. All versions have the advantage of being able to design the cover with an integrated or attached sensor as a complete unit. This can be provided for example as a preassembled unit.
In einer weiteren Weiterbildung umfasst die Überwachungseinrichtung zumindest einen weiteren Sensor zur Überwachung der Umgebung der Schraubverbindung. Derartige Sensoren können ebenfalls auf einfache Art und Weise von der Abdeckung aufgenommen oder an dieser angeordnet werden. Die Abdeckung kann dazu beispielsweise zusätzlich vorbereitete Aufnahme- bzw. Anordnungsbereiche für weitere Sensoren aufweisen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist zur standardisierten Ausführung von Abdeckungen die Abdeckung derart ausgebildet, eine Vielzahl vorbereiteter Anordnungsbereiche aufzuweisen. Diese können dann je nach Anordnung der Geber und Zuordnung zu diesem in montierter Stellung von den Sensoren belegt werden.In a further development, the monitoring device comprises at least one further sensor for monitoring the environment of the screw connection. Such sensors can also be easily received by the cover or arranged on this. The cover can do this, for example additionally prepared receiving or arrangement areas for further sensors. According to a particularly advantageous embodiment, the cover is designed so as to have a plurality of prepared arrangement areas for the standardized embodiment of covers. These can then be occupied by the sensors depending on the arrangement of the encoder and assignment to this in mounted position.
Die Energieversorgung des einzelnen Sensors kann lokal durch eine Batterie oder einen Akku und/oder durch die elektrische Versorgung des Zuges beim Einsatz in einer Zugkupplung oder durch die elektrische Versorgung eines Systems erfolgen. Die Energieversorgung kann ferner durch Energie Harvesting erfolgen.The power supply of the individual sensor can be done locally by a battery or a rechargeable battery and / or by the electrical supply of the train when used in a traction coupling or by the electrical supply of a system. The energy supply can also be done by energy harvesting.
Der Sensor kann insbesondere zum Anschluss an eine elektrische Auswerteeinrichtung eingerichtet sein, indem der Sensor ein Signal bereitstellt, das auf eine Abweichung vom Sollzustand der Schraubverbindung (Lageänderung zwischen Schraubenelement und Gegenelement in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung) hinweist. Die Auswerteinrichtung kann Bestandteil einer Steuerung sein oder aber in ein übergeordnetes Steuer- und/oder Regelsystem für die Baugruppe, in welcher die Überwachung der Schraubverbindung erfolgt, integriert sein.The sensor can be set up in particular for connection to an electrical evaluation device in that the sensor provides a signal which indicates a deviation from the nominal state of the screw connection (change in position between screw element and counter element in the longitudinal direction and / or circumferential direction). The evaluation device may be part of a controller or else be integrated into a higher-level control and / or regulating system for the module in which the monitoring of the screw connection takes place.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer vorbeschriebenen Schraubverbindung mit Überwachungseinrichtung mit in oder an einer Abdeckung angeordneten Sensor gemäß einem der Ansprüche in einer Kupplungseinrichtung, insbesondere Mittelpufferkupplung eines schienengebundenen Fahrzeuges zum Verbinden und/oder zum Verspannen von Bauteilen der Kupplungseinrichtung miteinander, der Anbindung der Kupplungseinrichtung an ein schienengebundenes Fahrzeug und/oder dem Verbinden von Anschlussbauteilen mit der Kupplungseinrichtung. Der Einsatz in schienengebundenen Fahrzeugen ermöglicht eine fortlaufende und automatisierte Überwachung und Erkennung von Relativbewegungen der Elemente der Schraubverbindungen zueinander auch im Betrieb des Fahrzeuges. Die aufwendige manuelle Kontrolle kann entfallen und es kann relativ schnell auf einen sich anbahnenden Defekt sicherheitsrelevanter Verbindungen reagiert werden.Particularly advantageous is the use of a above-described screw with monitoring device arranged in or on a cover sensor according to one of claims in a coupling device, in particular central buffer coupling of a rail vehicle for connecting and / or clamping of components of the coupling device with each other, the connection of the coupling device to a rail-bound vehicle and / or the connection of connection components with the coupling device. The use in rail vehicles allows a continuous and automated monitoring and detection of relative movements of the elements of the screw to each other even during operation of the vehicle. The complex manual control can be omitted and it can be relatively quickly responding to an impending failure of safety-relevant compounds.
Ein besonders vorteilhafter Einsatzfall stellt die Überwachung einer Schraubverbindung dar, bei welcher das Schraubelement von einer Zugstange und das Gegenelement von einer Sicherungsmutter gebildet sind.A particularly advantageous application is the monitoring of a screw connection, in which the screw element is formed by a pull rod and the counter element by a lock nut.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below with reference to figures. It details the following:
Die
- – einer einen Zustand oder Eigenschaft des
Gebers 14 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe - – einer eine Lage des
Gebers 14 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe; - – einer die Signalstärke des
Gebers 14 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe.
- - one of a state or property of the
dealer 14 at least indirectly characterizing size - - one a position of the
dealer 14 at least indirectly characterizing size; - - one the signal strength of the
encoder 14 at least indirectly characterizing size.
Der Sensor ist mit
Um bei frei herausragendem Ende des Schraubenelementes
Vorzugsweise ist die Abdeckung
Das kappenartige Element
Eine von einem kappenartigen Element
Die Anordnung des Sensors
Bezüglich der Ausbildung des Gebers
Verdeutlicht die
Die
Die
Demgegenüber verdeutlicht die
Die
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schraubverbindung screw
- 22
- Schraubenelement screw element
- 33
- Gegenelement counter-element
- 44
- Überwachungseinrichtung monitoring device
- 55
- Schaft shaft
- 66
- Mutter mother
- 77
- Bauelement module
- 88th
- Bauelement module
- 99
- Durchgangsöffnung Through opening
- 1010
- Durchgangsöffnung Through opening
- 1111
- Stirnseite front
- 1212
- Stirnseite front
- 1313
- Stirnfläche am Endbereich des Schraubenelementes/Schaftes End face at the end region of the screw element / shank
- 1414
- Geber giver
- 1515
- Sensor sensor
- 1616
- Innenumfang inner circumference
- 1717
- Abdeckung cover
- 1818
- kappenartiges Element cap-like element
- 1919
- Innenraum inner space
- 19.1, 19.219.1, 19.2
- Innenraum inner space
- 2020
- Endbereich end
- 2121
- Verbindung connection
- 2222
- Boden ground
- 2323
- Durchgangsöffnung Through opening
- 2424
- Anordnungsbereich arrangement region
- 2525
- Auswerteinrichtung evaluation
- 2626
- Verbindungsbereich connecting area
- 2727
- Stirnfläche Schraubenkopf Face screw head
- 2828
- Anschluss connection
- 2929
- Durchgangsöffnung am Gegenelement Through opening on the counter element
- 3030
- Schraubenkopf screw head
- 3131
- Bereich Area
- 3232
- Stirnseite front
- 3333
- weiterer Geber other donors
- 3434
- Sensor sensor
- LL
- Längsachse longitudinal axis
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-
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-
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