WO2022223350A1 - Überwachte feder-baugruppe sowie verfahren zu ihrer herstellung und ihrem betrieb - Google Patents

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WO2022223350A1
WO2022223350A1 PCT/EP2022/059634 EP2022059634W WO2022223350A1 WO 2022223350 A1 WO2022223350 A1 WO 2022223350A1 EP 2022059634 W EP2022059634 W EP 2022059634W WO 2022223350 A1 WO2022223350 A1 WO 2022223350A1
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spring
energy
load
spring assembly
sensor
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PCT/EP2022/059634
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English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Enste
Original Assignee
Federnfabrik Schmid Ag
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/04—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs
    • G01L1/042—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs of helical springs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/04—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs
    • G01L1/044—Measuring force or stress, in general by measuring elastic deformation of gauges, e.g. of springs of leaf springs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload

Definitions

  • the invention relates to resilient components, which usually have only a limited lifespan, since they become non-functional due to fatigue or overload, by changing their suspension behavior or being completely destroyed.
  • a generic spring assembly comprises, on the one hand, the resilient component - hereinafter referred to as spring for short - and a measuring assembly operatively connected thereto with a load sensor, in particular a load sensor fastened to it, a memory unit for temporarily storing the measured data, and a transmitter unit for wireless transmission of the load values measured by the load sensor to a higher-level monitoring unit.
  • the load sensor and/or the transmission unit require energy for their function
  • such a spring assembly also has an energy supply. Since usually both the load sensor and the transmitter unit, as If other components mentioned below that require energy for their function are also operated using electricity, the energy supply is a power supply.
  • this energy supply includes an energy generator, in particular a current generator, in particular as part of the spring assembly.
  • an energy store in particular a battery, can be present, which ensures the energy supply and can be recharged contactlessly, for example by means of induction or by means of electromagnetic radiation, which is converted into electricity by one of the components of the spring assembly can be converted.
  • the load on the spring can be measured continuously over a long period of time or at intervals, so that conclusions can be drawn about the residual force, the probability of failure and the the remaining life of the spring can be drawn.
  • the load is determined by measuring the torsion or bending or extension of the spring using the load sensor, for example using a strain gauge (DMS) or an opto-electrical sensor as the load sensor.
  • DMS strain gauge
  • strain gauges and, to a limited extent, also opto-electrical sensors are very inexpensive and, if they are suitably mechanically protected, have a very long service life and only have to be applied, in particular glued, to the surface of the spring at a suitable point, preferably at such a point where the torsion or flexing or stretching of the spring is greatest during operation.
  • the spring assembly preferably has a data memory in which the measured load values are buffered or generally stored until they are transmitted to the monitoring unit.
  • This is preferably a so-called non-volatile data memory, which is understood to mean a data memory that does not lose its information content even when there is no current, although of course in normal operation the data memory also depends on the energy supply with energy, preferably electricity , is supplied.
  • the spring assembly Since the spring assembly is often installed in places that are difficult to access, it is important that the spring assembly can work independently for as long as possible for the energy supply and for querying measured values.
  • the energy supply of the spring assembly preferably includes a buffer store for energy, preferably a battery that can be recharged without any problems:
  • the reloading can cause an internal energy generator that is part of the spring assembly, or an external energy supplier that supplies energy to the spring assembly without contact, preferably also over a greater distance, for example by means of electromagnetic waves.
  • the energy supplier can also be the data query unit of the superordinate monitoring unit at the same time.
  • the data interrogation unit can be an RFID antenna and the transmitter unit of the spring assembly can be an RFID tag, which uses the RFID antenna to send the information contained in the RFID tag to the interrogation unit on request , but at the same time receives energy via the query signal from the RFID antenna, with which such a buffer battery can be recharged.
  • the transmitter unit can also be a Bluetooth low energy unit or a specially developed communication unit.
  • the energy supplier can also generate electrical energy using other methods, such as the piezoelectric effect or the Peltier effect
  • An internal energy generator in particular an internal current generator, can be a separate part from the other electrically operated components, or can be functionally combined with one of these electrically operated components of the spring assembly.
  • One of the sensors of the spring assembly or the transmission unit could be designed in such a way that it generates electricity through its operation, in particular the stretching or movement of either the energy generator or the spring on which the energy generator is usually attached, is converted into energy or the temperature of the energy generator or the part to which it is attached can be used to generate energy.
  • Such an energy generator can be, for example, a piezo element or a Peltier element, which is known to generate electricity from a temperature, in particular a temperature difference, such a temperature difference being generated, for example, by an insulating housing of the spring assembly can be generated, which causes different temperatures to prevail on the inside and the outside of the enclosure.
  • the Peltier element can also be mounted on the printed circuit board or another support element of the spring assembly and generate electricity from the differences in temperature there.
  • the transmission unit can also be configured to receive data, i.e. be designed as a combined transmission/reception unit, whereby not only energy-yielding electromagnetic waves can be received by the transmission/reception unit and converted into electricity, but control signals can also be sent to the spring assembly, for example control signals for activating the load sensor at a certain point in time or the like.
  • the spring assembly can be further developed by having additional components, in particular additional sensors, and/or at least one LED.
  • the LED can be used to communicate certain statuses to the operator, for example overload on the spring or just the readiness for communication with the spring assembly.
  • a pollutant sensor can be present, which measures the content of harmful substances on the spring or in the ambient air.
  • an acceleration sensor or position sensor can be present, which measures the acceleration of the spring assembly or the distance covered by it. These values can be used as a trigger signal for measuring the spring load.
  • an analogue/digital converter can be present in order to convert the data, which is usually supplied in analogue form, into a digital signal which can be stored and also sent more easily.
  • measuring amplifier it is also possible to use a measuring amplifier to amplify the usually relatively weak, mostly analog, measuring signals.
  • the design of the spring assembly is particularly simple if different functions can be combined in one component, i.e. functions can be combined:
  • an RFID tag contains current-conducting conductor tracks applied to a rigid or flexible plastic circuit board, usually in a spiral shape.
  • Peltier element which can be included in the spring assembly and can generate electricity due to the temperature differences on its two sides.
  • Sections of these traces or the entire trace could be used on the one hand as a load sensor and / or on the other hand for energy generation are used, the latter, for example, by signals from the query unit are sent to the RFID tag, the even do not aim to query measured values, but only to send energy containing electromagnetic radiation to the RFID tag and ultimately serve to charge or recharge the buffer battery.
  • a DMS used as a load sensor could also be used to generate electricity.
  • this object is achieved in that during operation the loading of the spring is constant or only at intervals, in particular either only on request or triggered by a defined acceleration threshold value or minimum distance covered, which is measured by means of a corresponding sensor, and the measured stress values are sent wirelessly to a monitoring unit.
  • An evaluation unit there informs the operator in advance, if possible, about the approaching end of the service life of the monitored spring, or at least reports the breakage of such a spring very quickly.
  • an evaluation unit can also be integrated into the spring assembly and report critical loads to the higher-level unit. This evaluation unit can also light up an LED on the spring assembly as a warning. In this way, system downtimes can be minimized by replacing one or more installed springs as a preventive measure shortly before the end of their service life. Since the factors influencing the service life such as temperature, pollutants in the environment, level and frequency of the load and its duration can also be taken into account by an evaluation unit, no early exchange of the springs and no unnecessarily frequent downtimes of the corresponding system.
  • the load on the spring is preferably determined based on the deflection of the spring, because this, together with the material characteristics of the spring, is one of the parameters from which conclusions can best be drawn about the remaining spring force and the remaining service life of the spring.
  • the energy-requiring components of the spring assembly are preferably operated with electricity, so that an existing buffer store for energy is usually a battery that can be recharged.
  • the backup battery can be selected to be small and inexpensive, which means that the entire spring assembly can be small and inexpensive, which is of particular advantage for attachment to the spring.
  • Such a buffer memory is either recharged contactlessly from outside the spring assembly, either via induction or by means of electromagnetic radiation, but without such an energy supplier having to be brought too close to the spring assembly.
  • this can be done without relocating from a higher-level monitoring unit, which is usually permanently installed in the vicinity of the spring assembly, and which can include such an energy supplier and/or an interrogation unit that can be functionally combined.
  • the buffer memory can instead or additionally be recharged by means of an internal power generator that is part of the spring assembly, be it via an RFID tag or a passive transponder or other ren power generator that is capable to generate electricity from a movement, a temperature, a temperature difference or an expansion of a component.
  • the measurement of the load on the spring can be carried out at specified points in time, or can only be carried out on request from the outside, which of course greatly reduces the energy requirement for the load sensor and the storage unit for the measured values.
  • Figure 1a a leaf spring package on a vehicle axle with measuring unit
  • Figure 1b a spiral spring with a measuring unit
  • Figure 2a, b the measurement assembly mounted on the surface of a spring in side view
  • FIG. 3 a measurement assembly glued onto a spring viewed from above.
  • FIG. 1a shows, as resilient component 2, a leaf spring assembly on a motor vehicle axle, which, as shown, generally consists of several individual leaf springs 2 that are placed one on top of the other and are curved convexly downwards and are held together by clips.
  • the axle body 19 is fastened running transversely to the direction of extension under the leaf spring assembly, in that there is such a spring assembly in each of the two end regions of the axle body 19 and a wheel 21 is rotatably fastened to each end of the axle body 19.
  • the elongation occurring in this area, for example, of the uppermost spring 2 in this case is determined by the load sensor 3 or the measuring assembly 20 .
  • the movement path of the spring 2 and thus of the measurement assembly 20 can be relevant due to its movement if the measurement assembly 20 includes an energy generator 14 .
  • Figure 1b shows a spiral spring in which the load sensor 3 is applied, in particular glued, to a winding, in particular the inside thereof, of the spiral spring 2, or an entire measuring assembly 20 including the load sensor 3.
  • the measurement module 20 is either permanently or only sporadically wirelessly connected to a monitoring unit 50, which on the one hand includes a query unit 51 for querying the measured values from the measurement module 20, with which it is wireless can get in touch, and which on the other hand generally has an evaluation unit 52 for evaluating the measured values received.
  • a monitoring unit 50 does not necessarily have to be installed on the spring, but can be a mobile device, including a Flandy or tablet or similar, which is only brought close to the spring assembly to read out the data. This will be the case in particular if the spring assembly in your design can work, measure and store measurement data independently for longer.
  • the monitoring unit 50 In order to communicate the results of the evaluation unit 52 to the operator, the monitoring unit 50 also has an output unit 50a, in this case shown as a display on the monitoring unit 50.
  • FIG. 2a shows in a 1 . Design of such a measuring assembly glued to a spring 2:
  • the load sensor 3 for example a DMS or an opto-electrical sensor, is glued to the outer surface of a spring 2 by means of an adhesive layer 16.
  • the load sensor 3 such as a strain gauge or an opto-electrical sensor, can in turn be found on the underside of a conventional electronic circuit board 17 and be connected to it firmly but preferably only at certain points, if possible at only one connection point, which is on its facing away from the top can carry more electrical or electronic components.
  • a transmitter unit 4 in the form of the electrical conductor tracks 18, which are applied to the circuit board 17 and which can represent a transmitter unit 4 such as an RFID transponder or also called an RFID tag, at least together with an electronic circuit, not shown, which is connected to the conductor tracks 18 of the RFID tag.
  • the transmitter unit can also be a Bluetooth low energy unit or a specially developed communication unit.
  • a buffer store 15 for energy, in particular a buffer battery 15, can also be present on circuit board 17.
  • All electrical or electronic components are electrically conductively connected to each other according to their function.
  • a pollutant sensor 13 is also arranged on the circuit board 17 - but not absolutely necessary in this case - on the underside and away from the load sensor 3, which is intended to determine certain pollutants in the immediate vicinity of the Fe 2, and depending on the design can also be in contact with the spring 2.
  • an acceleration sensor 24 can also be present.
  • the pollutant sensor 13 and the acceleration sensor 24 can, of course, be electrically connected to the other electronic designs.
  • a backup battery 15 could possibly be dispensed with if only for a query by the monitoring unit 50 and its query unit 51 using the load sensor 3 and using the supplied by the query unit 51 by the electromagnetic radiation of the query electrical energy would be measured.
  • the measurements by the load sensor 3 should be independent of the time at which the measured values are queried by the monitoring ment unit 50 may be possible and for this purpose a buffer battery 15 is provided, which is recharged, for example, by an energy generator 14, which is preferably also present on the circuit board 17.
  • strain gages or the opto-electrical sensor and electronic circuit board 17 can also not be connected to one another over a wide area, but arranged next to one another according to the side view of FIG Carrier film 23 of the DMS not to be negatively influenced by the surface connection with the rigid and much less stretchable electronic circuit board 17.
  • FIG. 3 shows a measurement assembly 20 in a plan view from above, which includes both a load sensor 3 and a transmission unit 4 in the form of an RFID tag.
  • the latter consists of an electronic circuit 2, which is applied to the electronic circuit board 17, in particular soldered, and with the several con centrically arranged, ring-shaped each almost closed electrical Lei terbahnen 18b, which is also on the electronic circuit board 17 in a known manner and Way can be formed and are connected to an electronic circuit 22 at the respective free ends.
  • the transmitting unit 4 formed from the conductor tracks 18 and the electronic circuit 22 is also designed as a receiving unit and can receive signals via these concentric conductor tracks 18b, which also act as an antenna.
  • the concentric conductor tracks 18 are on the one hand suitable for receiving the query signal and generating energy, which is then temporarily stored in the buffer battery 15 coupled to the electronic circuit 22 .
  • the electronic circuit 22 can also include circuit parts that are suitable for connecting the resistance wire of a DMS and registers its changing voltage values and, in particular, can store them in a data memory 6, which is preferably part of the electronic circuit 22.
  • an opto-electrical sensor can also be used as a stress sensor, which optically detects and registers strains and can store the strain changes in a data memory 6, which is preferably part of the electronic circuit 22.
  • the resistance wire can also be in the form of printed conductors 18 applied to the circuit board 17, for example vapor-deposited.
  • the conductor track 18a of the DMS is in the form of long meandering loops extending in a primary direction, specifically in the central inner free space of the concentrically running conductor tracks 18b of the RFID.
  • the main direction of extension of these meander loops represents the preferred measuring direction of the DMS, so that the entire circuit board 17 is generally longer in this main direction of extension, the first surface direction 11 of the circuit board 17, than in the second surface direction 12, which runs transversely, preferably perpendicularly, thereto.
  • conductor tracks 18 applied to the circuit board 17 should be usable both as a load sensor 3 and/or as an RFID antenna and/or as an energy generator 14, for example at different times.
  • the meandering conductor tracks 18a which are primarily designed as DMS resistance wires, can serve as an antenna for the transmitter/receiver unit 4 like the concentric conductor tracks 18 at times when there is no load measurement.
  • both the traces 18b of the RFID and the traces 18a of the DMS can be used as an energy-generating piezo element if their traces 18a, b are made of a semiconductor such as silicon, which has a piezoelectric effect in the form of power generation under mechanical stress .
  • the current generated by the movement and/or stretching/compression of the spring 2 and analogous movement and stretching or compression of such a piezo element can then be used at least away from the times when these conductor tracks 8a, b have another function, such as an RFID antenna or DMS are to meet, are tapped and thus the buffer battery 15 charged who the.
  • FIG. 3 can show not only a top view of a hard electronic circuit board 17, but also a top view of a thin and elastic carrier film 23, as required for a DMS as a carrier for its conductor tracks 18h .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine federnde Baugruppe (1), die außer dem federnden Bauteil (2), in der Regel einer einfachen Feder (2), eine Mess-Baugruppe (20) mit einem Belastungs-Sensor (3) umfasst, um die Belastung der Feder (2) im Betrieb zu messen und mittels einer drahtlosen Sende-Einheit (4) an eine Überwachungs-Einheit (50) zu senden.

Description

Überwachte Feder-Baugruppe sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und ihrem Betrieb
I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft federnde Bauteile, die in aller Regel nur eine begrenzte Le bensdauer aufweisen, da sie durch Ermüdung oder Überlastung funktionsuntüch tig werden, indem sie ihr Federungsverhalten ändern oder vollständig zerstört werden.
II. Technischer Hintergrund
Der Eintritt der Funktions-Untüchtigkeit einer verbauten Feder führt meist zu ei nem sofortigen Ausfall oder Stillsetzung der gesamten übergeordneten maschi nellen Einheit und kann im schlimmsten Fall zu einem Unfall führen.
Die Stillstandszeit der maschinellen Einheit aufgrund notwendigen Austausches der defekten Feder, die damit verbundenen Reparaturkosten und gegebenenfalls der vorherigen Ersatzteilbeschaffung stellt einen im Vergleich zum Wert der Fe der meist hohen Schaden dar.
Darüber hinaus bedingt der Defekt jeder einzelnen Feder, die ja zu unterschied lichen Zeitpunkten auftreten, wiederum erneut eine solche Stillstandszeit.
Zwar ist in aller Regel die erwartete normale Lebensdauer der Feder unter den Soll-Einsatzbedingungen bekannt, jedoch können sich diese Einsatzbedingun gen in der Praxis ändern, insbesondere eine unerwartete Überlastung auftreten oder aufgetreten sein und insbesondere nicht bemerkt worden sein und dadurch die Soll-Lebensdauer verkürzt worden sein.
III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine möglichst kostengünstige federnde Baugruppe zur Verfügung zu stellen, deren tatsächliche Belastung im Betrieb überprüft wird, vorzugsweise ständig überprüft wird, und daraus der Zeit punkt des voraussichtlichen tatsächlichen Ausfalls des federnden Bauteiles sehr viel genauer vorhergesagt werden kann, die noch verbleibende Kraft der Feder berechnet werden kann und die Ausfallwahrscheinlichkeit im aktuellen Zustand berechnet werden kann. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur kostengünstigen Fierstellung sowie zum Betrieb einer solchen federnden Baugruppe zur Verfügung zu stellen. b) Lösung der Aufgabe Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteil hafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine gattungsgemäße Feder-Baugruppe umfasst zum einen das federnde Bau teil - im Folgenden kurz Feder genannt - sowie eine damit wirkverbundene Mess-Baugruppe mit einem Belastungssensor, insbesondere einen daran befes tigten Belastungssensor, eine Speichereinheit zum Zwischenspeichern der ge messenen Daten, sowie eine Sendeeinheit zum drahtlosen Versenden der vom Belastungs-Sensor gemessenen Belastungs-Messwerte an eine übergeordnete Überwachungs-Einheit.
Da der Belastungs-Sensor und / oder die Sende-Einheit für ihre Funktion Energie benötigen, besitzt eine solche Feder-Baugruppe auch eine Energieversorgung. Da in aller Regel sowohl der Belastungs-Sensor als auch die Sende-Einheit, als auch weitere im Folgenden genannten, für ihre Funktion Energie benötigenden, Komponenten mittels elektrischem Strom betrieben werden, ist die Energiever sorgung eine Stromversorgung.
Im Folgenden wird nur noch von elektrischem Strom als benutzter Energieform gesprochen, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken.
Erfindungsgemäß umfasst diese Energieversorgung einen Energie-Erzeuger, insbesondere einen Strom-Erzeuger, insbesondere als Bestandteil der Feder- Baugruppe.
Zusätzlich oder stattdessen kann ein Energie-Speicher, insbesondere eine Bat terie, vorhanden sein, die die Energie-Versorgung sicherstellt, und die kontaktlos nachladbar ist, beispielsweise mittels Induktion oder mittels elektromagnetischer Strahlung, die von einer der Komponenten der Feder-Baugruppe in elektrischen Strom umgewandelt werden kann.
Auf diese Art und Weise kann die Belastung der Feder über lange Zeit kontinu ierlich oder in zeitlichen Abständen gemessen werden, sodass aus der Größe der Belastung der Feder, der Häufigkeit der Belastung und / oder der Dauer der Belastung Rückschlüsse auf die Restkraft, die Ausfallwahrscheinlichkeit und die Rest-Lebensdauer der Feder gezogen werden können.
Dies wird insbesondere automatisch von einer Auswerte-Einheit geleistet, die zu sammen mit der übergeordneten Überwachungs-Einheit ausgebildet sein kann oder ein Teil der Überwachungseinheit sein kann, sodass - vorzugsweise über eine Ausgabe-Einheit - dem Bediener mitgeteilt werden kann, welche Kraft die Feder noch hat, und wann oder ob die Rest-Lebensdauer der überwachten Feder endet oder ob ein Bruch der Feder stattgefunden hat. Vorzugsweise wird die Belastung ermittelt, indem die Torsion oder Biegung oder Dehnung der Feder gemessen wird mittels des Belastungs-Sensors, beispiels weise mittels eines Dehnmessstreifens (DMS) odereinem opto-elektrischen Sen sor als Belastungs-Sensor.
Solche Dehnmessstreifen und bedingt auch opto-elektrische Sensoren sind sehr kostengünstig und besitzen bei entsprechend mechanisch geschützter Unterbrin gung eine sehr lange Lebensdauer, und müssen lediglich auf der Oberfläche der Feder an einer geeigneten Stelle aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, werden, vorzugsweise an einer solchen Stelle, an denen die Torsion oder Biegung oder Dehnung der Feder im Betrieb am stärksten ist.
Damit keine Belastungswerte verloren gehen, wenn nicht gleichzeitig eine Da tenübermittlung stattfindet, besitzt die Feder-Baugruppe vorzugsweise einen Da tenspeicher, in dem die Belastungs-Messwerte zwischengespeichert oder gene rell gespeichert werden bis zur Übermittlung an die Überwachungs-Einheit. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten nicht-flüchtigen Datenspei cher, worunter ein Datenspeicher verstanden wird, der auch im stromlosen Zu stand seinen Informationsgehalt nicht verliert, obwohl natürlich im Normalbetrieb der Datenspeicher ebenfalls von der Energie-Versorgung mit Energie, vorzugs weise elektrischem Strom, versorgt wird.
Da die Feder-Baugruppe häufig an schlecht zugänglichen Stellen montiert ist, ist es wichtig, dass für die Energie-Versorgung ebenso wie für die Abfrage von Messwerten die Feder-Baugruppe über möglichst lange Zeit autark arbeiten kann.
Vorzugsweise umfasst die Energie-Versorgung der Feder-Baugruppe einen Puf fer-Speicher für Energie, vorzugsweise eine Batterie, die problemlos nachgela den werden kann: Das Nachladen kann ein interner Energie-Erzeuger bewirken, der Bestandteil der Feder-Baugruppe ist, oder ein externer Energie-Lieferant, der an die Feder-Bau gruppe kontaktlos Energie liefert, vorzugsweise auch über eine größere Entfer nung, beispielsweise mittels elektromagnetischer Wellen.
Der Energie-Lieferant kann auch gleichzeitig die Daten-Abfrage-Einheit der über geordneten Überwachungs-Einheit sein. So kann die Daten-Abfrage-Einheit eine RFID-Antenne sein und die Sende-Einheit der Feder-Baugruppe ein RFID-Tag, der auf Anfrage mittels der RFID-Antenne die in dem RFID-Tag enthaltenen In formationen an die Abfrage-Einheit sendet, aber gleichzeitig über das Abfrage- Signal der RFID-Antenne Energie erhält, mit der eine solche Puffer-Batterie nachgeladen werden kann.
Die Sendeeinheit kann auch eine Bluetooth-Low-Energy-Einheit oder eine spezi fisch entwickelte Kommunikationseinheit sein.
Auch kann der Energielieferant mittels der anderer Verfahren elektrische Energie erzeugen., etwa piezoelektrischer Effekt oder Peltier-Effekt
Ein interner Energie-Erzeuger, insbesondere interner Strom-Erzeuger, kann ein von den übrigen elektrisch betriebenen Komponenten separates Teil sein, oder mit einem dieser elektrisch betriebenen Komponenten der Feder-Baugruppe funktionsvereinigt sein.
So könnte einer der Sensoren der Feder-Baugruppe oder auch die Sende-Einheit so ausgebildet sein, dass sie durch ihren Betrieb Strom erzeugt, wobei insbeson dere die Dehnung oder Bewegung entweder des Energie-Erzeugers oder der Fe der, an dem der Energie-Erzeuger meistens befestigt ist, in Energie umgewandelt wird oder auch die Temperatur des Energie-Erzeugers oder des Teiles, an dem er befestigt ist zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Ein solcher Energie-Erzeuger kann beispielsweise ein Piezo-Element oder ein Peltier-Element sein, welches bekannterweise aus einer Temperatur, insbeson dere einer Temperatur-Differenz, Strom erzeugt, wobei eine solche Temperatur- Differenz beispielsweise durch eine isolierende Einhausung der Feder-Bau gruppe erzeugt werden kann, die bewirkt, dass auf der Innenseite und der Au ßenseite der Einhausung unterschiedliche Temperaturen herrschen. Auch kann das Peltier-Element auf der Leiterplatte oder einem anderen Trägerelement der Federbaugruppe angebracht sein, und aus den dort vorhandenen Temperatur unterschieden Strom erzeugen.
Vorzugsweise kann die Sende-Einheit auch zum Empfangen von Daten ausge bildet sein, also als kombinierte Sende-/Empfangs-Einheit ausgebildet sein, wodurch nicht nur energieliefernde elektromagnetische Wellen von der Sende- /Empfangs-Einheit aufgenommen und in Strom umgewandelt werden können, sondern auch Steuersignale an die Feder-Baugruppe gesandt werden können, beispielsweise Steuersignale zum Aktivieren des Belastungs-Sensors zu einem bestimmten Zeitpunkt oder Ähnliches.
Auch ein sogenannter passiver Transponder benötigt keine eigene Energie-Ver sorgung und liefert auf Abfrage in ihm abgelegte Daten, wobei die Energie zum Versenden der Daten lediglich mittels des Abfrage-Signals übermittelt wird.
Die Feder-Baugruppe lässt sich weiterbilden, indem sie weitere Komponenten, insbesondere weitere Sensoren, und/oder wenigstens eine LED, aufweist. Mittels der LED können dem bediene bestimmte Zustände kommuniziert werden, bei spielsweise Überlast an der Feder oder auch nur die Bereitschaft zur Kommuni kation mit der Feder-Baugruppe.
Dies könnte zum einen ein Temperatur-Sensor sein, mit dessen Hilfe die Tem peratur der Feder oder der Luft um die Feder herum gemessen werden kann, was von Interesse ist, da die Temperatur einen erheblichen Einfluss auf die Le bensdauer einer Feder - worunter in aller Regel eine Feder aus Metall verstan den wird - hat. Aus dem gleichen Grund kann ein Schadstoff-Sensor vorhanden sein, der den Gehalt der für die Feder schädliche Stoffe an der Feder oder in der Umgebungs luft misst.
Aus dem gleichen Grund kann ein Beschleunigungs-Sensor oder Positions-Sen sor vorhanden sein, welcher die Beschleunigung der Federbaugruppe oder den von ihr zurückgelegten Weg misst. Diese Werte können als Auslösesignal für die Messung der Federbelastung genutzt werden.
Ferner kann ein Analog-/Digital-Wandler vorhanden sein, um die meist in analo ger Form gelieferten Daten in ein digitales Signal umzuwandeln, welches leichter gespeichert und auch versandt werden kann.
Mittels einer Messverstärkers ist es ferner möglich, die in der Regel relativ schwa chen, meist analogen, Messsignale zu verstärken.
Der Aufbau der Feder-Baugruppe ist dann besonders einfach, wenn verschie dene Funktionen in einem Bauteil zusammengelegt werden können, also funkti onsvereinigt werden können:
Als Beispiel enthält ein RFID-Tag auf einer starren oder flexiblen Kunststoff-Pla tine aufgebrachte ström leitende Leiterbahnen, meist in spiraliger Form.
Ebenfalls als Beispiel dient hier ein Peltier-Element, welches in der Federbau gruppe enthalten sein kann und aufgrund der Temperaturunterschiede an seinen beiden Seiten Strom erzeugen kann.
Abschnitte dieser Leiterbahnen oder auch die gesamte Leiterbahn könnte einer seits als Belastungs-Sensor benutzt werden und / oder andererseits für die Ener gie-Erzeugung benutzt werden, letzteres beispielsweise, indem Signale von der Abfrage-Einheit an den RFID-Tag gesandt werden, die gar nicht das Abfragen von Messwerten zum Ziel haben, sondern lediglich der Versendung von Energie beinhaltenden elektromagnetischen Strahlen an den RFID-Tag und damit letzt endlich dem Aufladen oder Nachladen der Puffer-Batterie dienen.
Auch ein als Belastungs-Sensor verwendeter DMS könnte zur Strom-Erzeugung benutzt werden.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben einer Feder-Baugruppe, die insbeson- dere wie zuvor beschrieben ausgebildet ist, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass im Betrieb die Belastung der Feder ständig oder auch nur zeitlich beab- standet, insbesondere entweder nur auf Anfrage, oder ausgelöst durch einen de finierten Beschleunigungs-Schwellwert oder zurückgelegten Mindest-Weg, wel cher mittels eines entsprechenden Sensors gemessen wird, gemessen werden und die gemessenen Belastungs-Messwerte drahtlos an eine Überwachungs- Einheit gesendet werden.
Eine dortige Auswerte-Einheit informiert den Bediener möglichst vorab über das nahende Ende der Lebensdauer der überwachten Feder oder meldet zumindest den Bruch einer solchen Feder sehr schnell. Alternativ kann auch eine Auswer teeinheit in der Federbaugruppe integriert sein und kritische Belastungen an die übergeordnete Einheit melden. Diese Auswerteeinheit kann auch eine an der Fe derbaugruppe vorhandene LED dann als Warnhinweis aufleuchten lassen. Dadurch können Ausfallzeiten von Anlagen minimiert werden, indem vorbeu gend, kurz vor Erreichen der Lebensdauer einer oder mehrerer verbauter Federn, diese ausgetauscht werden, bei mehreren verbauten Federn möglichst nicht nur eine, sondern eine ganze Gruppe oder alle Federn. Da hierbei auch die die Lebensdauer beeinflussenden Faktoren wie Temperatur, Schadstoffe in der Umgebung, Höhe und Häufigkeit der Belastung sowie deren Dauer von einer Auswerte-Einheit mitberücksichtigt werden können, erfolgt kein zu früher Austausch der Federn und keine unnötig häufige Stillstandszeit der ent sprechenden Anlage.
Die Belastung der Feder wird vorzugsweise anhand der Biegung der Feder er mittelt, weil dies im Zusammenspiel mit den Materialkennwerten der Feder einer der Parameter ist, aus dem sich am besten Rückschlüsse auf die Rest-Federkraft und die Rest-Lebensdauer der Feder ziehen lassen.
Die energie-benötigenden Komponenten der Feder-Baugruppe wie Belastungs- Sensor oder Sende-Einheit werden vorzugsweise mit elektrischem Strom betrie ben, sodass ein vorhandener Puffer-Speicher für Energie in der Regel eine Bat terie ist, die nachgeladen werden kann.
Durch die Nachladbarkeit kann die Puffer-Batterie klein und kostengünstig ge wählt werden, und dadurch die gesamte Feder-Baugruppe klein und kostengüns tig ausfallen, was für die Anbringung an der Feder von besonderem Vorteil ist.
Ein solcher Puffer-Speicher wird dabei entweder von außerhalb der Feder-Bau gruppe kontaktlos nachgeladen, sei es über Induktion oder mittels elektromagne tischer Strahlung, jedoch ohne dass ein solcher Energie-Lieferant allzu nahe an die Feder-Baugruppe herangeführt werden muss. Insbesondere kann dies ohne Verlagerung von einer in der Regel in der Nähe der Feder-Baugruppe fest mon tierten übergeordneten Überwachungs-Einheit erfolgen, die einen solchen Ener gie-Lieferanten und / oder eine Abfrage-Einheit, die funktionsvereinigt sein kön nen, beinhalten kann.
Der Puffer-Speicher kann stattdessen oder zusätzlich auch mittels eines internen Strom-Erzeugers nachgeladen werden, der Bestandteil der Feder-Baugruppe ist, sei es über einen RFID-Tag oder einen passiven Transponder oder einem ande ren Strom-Erzeuger, der in der Lage ist, aus einer Bewegung, einer Temperatur, einer Temperatur-Differenz oder einer Dehnung eines Bauteiles Strom zu erzeu gen. Dabei kann die Messung der Belastung der Feder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt werden, oder nur auf Abfrage von außen durchgeführt werden, was natürlich den Energie-Bedarf für den Belastungs-Sensor und die Speicher-Ein heit für die Messwerte stark reduziert. c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1a: ein Blattfeder-Paket an einer Kfz-Achse mit Mess-Einheit,
Figur 1b: eine Spiralfeder mit Mess-Einheit,
Figur 2a, b: die auf der Oberfläche einer Feder aufgebrachte Mess-Baugruppe in der Seitenansicht,
Figur 3: eine Mess-Baugruppe aufgeklebt auf einer Feder in der Aufsicht von oben.
Figur 1a zeigt als federndes Bauteil 2 eine Blattfeder-Baugruppe an einer Kraft fahrzeug-Achse, die in der Regel wie dargestellt aus mehreren aufeinander ge legten, und konvex nach unten gekrümmten einzelnen Blattfedern 2 besteht, die durch Klammern zusammengehalten werden. Dabei ist der Achskörper 19 in Qu errichtung zur Erstreckungsrichtung unter der Blattfeder-Baugruppe verlaufend befestigt, indem in jedem der beiden Endbereiche des Achskörpers 19 ein sol ches Feder-Paket vorhanden ist und an den Enden des Achskörpers 19 je ein Rad 21 drehbar befestigt ist.
Dabei sind zwei Stellen dargestellt, an denen der Belastungs-Sensor 3 oder die gesamte Mess-Baugruppe 20 an einer der Federn 2 des Feder-Paketes befestigt sein kann:
IO Einmal etwa in der Mitte zwischen den endseitigen Befestigungspunkten des Fe der-Paketes, also an der gleichen Stelle, an der sich darunter der Achs-Körper 19 befindet, deshalb vorzugsweise auf der Oberseite des Feder-Paketes. In der Regel sollen dies die Stellen sein, an denen die höchste Zugbelastung des Ma terials auftritt, da die Materialermüdung oder Materialzerstörung an dieser Stelle der höchsten Belastung auch für die Schädigung der Feder bis hin zum Bruch ursächlich ist.
Bei Einfederung in der vertikalen Richtung wird die in diesem Bereich beispiels weise auftretende Dehnung der in diesem Fall obersten Feder 2 vom Belastungs- Sensor 3 oder die Mess-Baugruppe 20 ermittelt.
Der Bewegungsweg der Feder 2 und damit der Mess-Baugruppe 20 kann jedoch aufgrund seiner Bewegung relevant sein, wenn die Mess-Baugruppe 20 einen Energie-Erzeuger 14 umfasst.
Figur 1b zeigt eine Spiralfeder, bei der der Belastungs-Sensor 3 auf einer Win dung, insbesondere deren Innenseite, der Spiralfeder 2 aufgebracht, insbeson dere aufgeklebt, ist, oder auch eine ganze Mess-Baugruppe 20 einschließlich des Belastungs-Sensors 3.
In all diesen Fällen steht die Mess-Baugruppe 20 mit einer Überwachungs-Ein heit 50 entweder dauernd oder auch nur sporadisch drahtlos in Verbindung, die einerseits eine Abfrage-Einheit 51 zum Abfragen der Messwerte von der Mess- Baugruppe 20 umfasst, mit der sie drahtlos in Verbindung treten kann, und die andererseits in der Regel eine Auswerte-Einheit 52 zum Auswerten der empfan genen Messwerte besitzt. Solch eine Überwachungseinheit 50 muss nicht zwin gend an der Feder installiert sein, sondern kann ein mobiles Gerät, auch ein Flandy oder Tablet o.ä., sein, welches nur zum Auslesen der Daten in die Nähe der Federbaugruppe gebracht wird. Dies wird insbesondere dann der Fall sein, wenn die Federbaugruppe in Ihrer Konzeption länger autark arbeiten, messen und Messdaten speichern kann.
Um die Ergebnisse der Auswerte-Einheit 52 dem Bediener mitzuteilen, besitzt die Überwachungs-Einheit 50 auch eine Ausgabe-Einheit 50a, in diesem Fall dar gestellt als Display an der Überwachungs-Einheit 50.
Figur 2a zeigt in einer 1 . Bauform eine solche Mess-Baugruppe aufgeklebt auf einer Feder 2:
Der Belastungs-Sensor 3, beispielsweise ein DMS oder ein opto-elektrischer Sensor, ist mittels einer Klebeschicht 16 auf der Außenfläche einer Feder 2 auf geklebt.
Der Belastungs-Sensor 3 wie etwa ein DMS oder ein opto-elektrischer Sensor kann sich seinerseits an der Unterseite einer üblichen Elektronik-Platine 17 be finden und mit dieser fest aber vorzugsweise nur punktuell, möglichst an nur einer Verbindungsstelle, verbunden sein, die auf ihrer davon abgewandten Oberseite weitere elektrische oder elektronische Komponenten tragen kann.
Bei einer großflächigen Verbindung würde sich die begrenzte Dehnbarkeit und Biegsamkeit der Platine 17 nachteilig auf das Messergebnis auswirken.
Hier ist beispielsweise eine Sende-Einheit 4 etwa in Form der elektrischen Lei terbahnen 18 vorhanden, die auf der Platine 17 aufgebracht sind, und die eine Sende-Einheit 4 wie etwa ein RFID-Transponder oder auch RFID-Tag genannt, darstellen können, zumindest zusammen mit einer nicht dargestellten elektroni schen Schaltung, die mit den Leiterbahnen 18 des RFID-Tag verbunden ist.
Die Sendeeinheit kann auch eine Bluetooth-Low-Energy-Einheit oder eine spezi fisch entwickelte Kommunikationseinheit sein. Auf der Platine 17, insbesondere ebenfalls auf der vom Belastungs-Sensor 3 ab gewandten Oberseite, kann weiterhin ein elektronischer Datenspeicher 6, ein vorzugsweise nicht flüchtiger Datenspeicher s, vorhanden sein als auch ein Ana- log-/Digital-Wandler 7 und/oder ein Messverstärker 8 sowie eine elektronische Schaltung 22, die auch als Auswerteeinheit arbeiten kann.
Auch ein Pufferspeicher 15 für Energie, insbesondere eine Puffer-Batterie 15, kann auf der Platine 17 vorhanden sein.
Alle elektrischen oder elektronischen Komponenten sind gemäß ihrer Funktion elektrisch leitend miteinander verbunden.
An der Platine 17 ist - in diesem Fall aber nicht zwingend erforderlich - an der Unterseite und abseits des Belastungs-Sensors 3 auch ein Schadstoff-Sensor 13 angeordnet, der bestimmte Schadstoffe in der unmittelbaren Umgebung der Fe der 2 ermitteln soll, und je nach Bauform auch mit der Feder 2 in Kontakt stehen kann.
Weiterhin kann auch ein Beschleunigungssensor 24 vorhanden sein.
Auch der Schadstoff-Sensor 13 und der Beschleunigungssensor 24 Können na türlich mit den übrigen elektronischen Bauformen elektrisch verschaltet sein.
Eine Puffer-Batterie 15 wäre u.U. verzichtbar, wenn nur bei einer Abfrage durch die Überwachungs-Einheit 50 und deren Abfrage-Einheit 51 mittels des Belas tungs-Sensors 3 und unter Verwendung der von der Abfrage-Einheit 51 durch die elektromagnetische Strahlung der Abfrage gelieferte elektrische Energie gemes sen würde.
Vorzugsweise sollen die Messungen durch den Belastungs-Sensor 3 jedoch un abhängig von dem Zeitpunkt der Abfrage von Messwerten durch die Überwa- chungs-Einheit 50 möglich sein und hierfür wird eine Puffer-Batterie 15 vorgese hen, die beispielsweise durch einen Energie-Erzeuger 14, der vorzugsweise ebenfalls auf der Platine 17 vorhanden ist, nachgeladen wird.
Vorzugsweise können DMS oder der opto-elektrische Sensor und Elektronik-Pla tine 17 auch nicht flächig miteinander verbunden sein, sondern gemäß der Sei tenansicht der Figur 2b nebeneinander angeordnet sein, um die leichte Dehn barkeit der aus Kunststoff wie etwa Acryl, Phenol oder Polyamid bestehenden Trägerfolie 23 des DMS nicht durch die flächige Verbindung mit der starren und weit weniger dehnbaren Elektronik-Platine 17 negativ zu beeinflussen.
Figur 3 zeigt in der Aufsicht von oben eine Mess-Baugruppe 20, die sowohl einen Belastungs-Sensor 3 als auch eine Sende-Einheit 4 in Form eines RFID-Tag um fasst.
Letzterer besteht aus einer elektronischen Schaltung 2, die auf der Elektronik- Platine 17 aufgebracht, insbesondere aufgelötet, ist und mit den mehreren kon zentrisch angeordneten, ringförmig jeweils fast geschlossenen elektrischen Lei terbahnen 18b, die ebenfalls auf der Elektronik-Platine 17 in bekannter Art und Weise ausgebildet sein können und an den jeweils freien Enden mit einer elekt ronischen Schaltung 22 verbunden sind.
Die aus den Leiterbahnen 18 und der elektronischen Schaltung 22 gebildete Sende-Einheit 4 ist gleichzeitig als Empfangs-Einheit ausgebildet und kann über diese konzentrischen Leiterbahnen 18b, die auch als Antenne wirken, Signale empfangen.
Die konzentrischen Leiterbahnen 18 sind einerseits zum Empfangen des Ab frage-Signals und Erzeugen von Energie geeignet, die dann in der mit der elekt ronischen Schaltung 22 gekoppelten Puffer-Batterie 15 zwischengespeichert wird. Die elektronische Schaltung 22 kann auch solche Schaltungsteile umfassen, die zum Anschließen des Widerstands-Drahtes eines DMS geeignet ist und dessen sich ändernde Spannungswerte registriert und insbesondere in einem Datenspei cher 6, der vorzugsweise Teil der elektronischen Schaltung 22 ist, ablegen kann.
Statt des DMS kann als Spannungssensor auch ein opto-elektrischer Sensor ver wendet werden, der Dehnungen optisch erfasst, registriert und die Dehnungsän derungen in einem Datenspeicher 6, der vorzugsweise Teil der elektronischen Schaltung 22 ist, ablegen kann.
Der Widerstands-Draht kann ebenfalls in Form von auf der Platine 17 aufge brachten, beispielsweise aufgedampften, Leiterbahnen 18 vorliegen.
Im dargestellten Fall ist die Leiterbahn 18a des DMS in Form von langen, in einer primären Richtung sich erstreckenden Mäander-Schleifen ausgebildet und zwar im zentralen inneren Freiraum der konzentrisch verlaufenden Leiterbahnen 18b des RFID.
Die Haupterstreckungsrichtung dieser Mäander-Schleifen stellt die bevorzugte Messrichtung des DMS dar, sodass die gesamte Platine 17 in der Regel in dieser Haupterstreckungsrichtung, der ersten Oberflächenrichtung 11 der Platine 17, länger ist als in der quer, vorzugsweise lotrecht hierzu, verlaufenden zweiten Oberflächenrichtung 12.
Dadurch ist für den Benutzer erkennbar, welches die Messrichtung der Mess- Baugruppe 20 ist, die außer der in Figur 3 auf der Oberseite der Platine 17 dar gestellten Bauteile auf der Unterseite beispielsweise nur eine Klebeschicht 16 zur Befestigung an der Feder 2 umfassen kann.
Idealerweise sollten auf der Platine 17 aufgebrachte Leiterbahnen 18 sowohl als Belastungs-Sensor 3 und/oder als RFID-Antenne und/oder als Energie-Erzeuger 14 nutzbar sein, beispielsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten. So können die mäander-förmigen Leiterbahnen 18a, die primär als DMS-Wider- standsdrähte ausgebildet sind, zu Zeiten außerhalb einer Belastungs-Messung wie die konzentrischen Leiterbahnen 18 als Antenne für die Sende-/Empfangs- Einheit 4 dienen.
Ferner können sowohl die Leiterbahnen 18b des RFID als auch die Leiterbahnen 18a des DMS als energie-erzeugendes Piezo-Element genutzt werden, wenn ihre Leiterbahnen 18a, b aus einem Halbleiter wie Silicium bestehen, welches einen piezoelektrischen Effekt in Form einer Stromerzeugung bei mechanischer Belastung aufweist.
Der dadurch mittels der Bewegung und/oder Dehnung/Stauchung der Feder 2 und analogen Bewegung und Dehnung oder Stauchung eines solchen Piezo- Elementes erzeugte Strom kann dann zumindest abseits der Zeiten, in denen diese Leiterbahnen 8a, b eine andere Funktion etwa RFID-Antenne oder DMS erfüllen sollen, abgegriffen werden und damit die Puffer-Batterie 15 geladen wer den.
In diesem Sinne kann die Darstellung der Figur 3 nicht nur eine Aufsicht auf die Oberseite einer harten Elektronik-Platine 17 zeigen, sondern auch die Aufsicht auf eine dünne und elastische Trägerfolie 23, wie sie für einen DMS als Träger für dessen Leiterbahnen 18 h benötigt wird.
In diesem Fall können vor allem die elektronische Schaltung 22 und/oder der Datenspeicher 6 und/oder die Puffer-Batterie 15 im Gegensatz zur Darstellung der Figur 3 abseits einer solchen Trägerfolie, etwa auf einer daneben befindli chen Elektronik-Platine 17, untergebracht sein. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Feder-Baugruppe
2 federndes Bauteil, Feder
2a Oberfläche
3a Belastungs-Sensor, Dehnungs-Sensor, DMS
3b Opto-elektrischer Sensor
4 Sende-Einheit, RFID
5 Energieversorgung
6 Datenspeicher
7 Analog/Digital-Wandler
8 Messverstärker
9 Temperatur-Sensor
10 Lotrechte zur Oberfläche
11 1. Oberflächen-Richtung
12 2. Oberflächen-Richtung
13 Schadstoff-Sensor
14 Energie-Erzeuger
15 Pufferspeicher
16 Klebeschicht
17 Platine
18 Leiterbahn
19 Achskörper
20 Mess-Baugruppe
21 Rad
22 elektronische Schaltung
23 Trägerfolie
24 Bewegungssensor 50 Überwachungs-Einheit
50a Ausgabeeinheit
51 Abfrage-Einheit
52 Auswerte-Einheit
DMS Dehnmessstreifen

Claims

ANSPRÜCHE
1. Feder-Baugruppe (1) mit
- einem federnden Bauteil (2), insbesondere einer Feder (2),
- einer mit dem federnden Bauteil (2) wirkverbundenen Mess-Baugruppe (20), welche umfasst
- einen Belastungs-Sensor (3), einen Datenspeicher (6), zum Speichern der gemessenen Belas tungs-Messwerte
- eine Sende-Einheit (4) zum drahtlosen Versenden der gemessenen Belastungs-Messwerte,
- eine Energieversorgung (5) zum Versorgen mindestens des Belas tungs-Sensors (3) mit Energie, gekennzeichnet durch
- die Energieversorgung (5) einen Energie-Erzeuger (14) und/oder einen Energie-Speicher (15), insbesondere eine kontaktlos nachladbare Batterie (15), umfasst.
(Konkret: DMS)
2. Feder-Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- der Belastungs-Sensor (3) ein Dehnungs-Sensor (3) ist,
- insbesondere ein Dehnmessstreifen (DMS) oder ein opto-elektrischer Sensor (3) ist.
3. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Belastung-Sensor (3), insbesondere der Dehnungs-Sensor (3) oder der opto-elektrische Sensor (3), auf der Oberfläche (2a) des federnden Bauteiles (2), insbesondere der Feder (2), befestigt ist. (Weitere optionale Komponenten:)
4. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- auch der Datenspeicher (6), insbesondere der nicht-flüchtige Datenspei cher (6), von der Energie-Versorgung (5) mit Energie versorgt wird.
5. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder-Baugruppe aufweist
- einen Analog/Digital-Wandler (7) zum Digitalisieren der analogen Mess werte und/oder
- eine elektronische Schaltung (22) zur Auswertung der analogen Mess werte und/oder einen Messverstärker (8) zum Verstärken der, insbesondere analogen, Messwerte und/oder
- einen Temperatur-Sensor (9) zum Messen der Umgebungstemperatur um die Feder-Baugruppe (1) herum und/oder
- einen Schadstoff-Sensor (13) zum Messen des Gehalts von für das fe dernde Bauteil schädlichen Schadstoffen in der Umgebungsluft oder auf dem Schadstoff-Sensor (13), und/oder
- einen Beschleunigungs-Sensor (24) zum Messen der Beschleunigung des federnden Bauteils und/oder
- einen Positions-Sensor (24) zum Messen des vom federnden Bauteil zu rückgelegten Weges, - wobei ein oder mehrere, insbesondere alle, der vorgenannten elektrischen Komponenten von der Energieversorgung (5) mit Energie versorgt wer den.
(Pufferspeicher, nachladen:)
6. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Energieversorgung (5) einen Puffer-Speicher (15) für Energie, auf weist, der von dem internen Energie-Erzeuger (14) oder einem externen Energie-Lieferanten, insbesondere mittels elektromagnetischer Wellen, die insbesondere von einer Daten-Abfrage-Einheit (51) kommen, kontakt los nachgeladen wird,
- der externe Energie-Lieferant eine RFID-Antenne ist, und/oder
- die Energieform, mit der zumindest der Belastungs-Sensor (3) betrieben wird und/oder die erzeugt und gegebenenfalls gepuffert wird, elektrischer Strom ist und der Puffer-Speicher (15) für Energie eine Batterie (15) ist.
(Eigene Energieerzeugung:)
7. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- entweder die Feder-Baugruppe (1) einen von den übrigen genannten elektrischen Komponenten separaten Energie-Erzeuger (14) umfasst
- oder der Belastungs-Sensor (3) oder der Temperatur-Sensor (9) oder die Sende-Einheit (4) so ausgebildet ist, dass diese Komponente durch ihren Betrieb Energie, insbesondere elektrischen Strom, erzeugt,
- insbesondere indem der Energie-Erzeuger (14) die Dehnung oder Bewe gung oder Temperatur des federnden Bauteiles (2) in Energie umwandelt,
- insbesondere indem der Energie-Erzeuger (14) ein Piezo-Element oder ein Peltier-Element ist. (Sender auch Empfänger:)
8. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sende-Einheit (4) auch zum Empfangen von Daten ausgebildet ist, also als Sende/Empfangs-Einheit (4), ausgebildet ist.
9. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sende-Einheit (4) ein RFID-Tag oder ein passiver Transponder ist.
(funktionsvereinigte Elemente:)
10. Feder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens ein Teil der Leiterbahnen (18) oder Stromleiter des RFID-Tags gleichzeitig ein Belastungs-Sensor (3) und/oder ein Energie-Erzeuger (4) ist und/oder - wenigstens ein Teil des DMS ein Energie-Erzeuger (4) ist.
11. Verfahren zum Betreiben einer Feder-Baugruppe (1 ), mit - einem federnden Bauteil (2), kurz einer Feder (2),
- einem mit der Feder Bauteil (2) wirkverbundenen Belastungs-Sensor (3),
- einer Sende-Einheit (4)
- einer Energieversorgung (5) mit einem Energie-Erzeuger (14) und/oderei nem kontaktlos nachladbaren Energiespeicher (15), insbesondere einer Batterie (15), z.B. einer Feder-Baugruppe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Belastung der Feder (2) im Betrieb ständig oder in zeitlichen Abstän den, insbesondere nur auf Anfrage von außen, insbesondere direkt an der Feder (2), gemessen wird,
- die Belastungs-Messwerte in einem Datenspeicher (6) gespeichert wer den,
- die Belastungs-Messwerte drahtlos an eine Überwachungs-Einheit (50) gesendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung der Feder (2) anhand der Biegung der Feder (2) ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie benötigenden Komponenten der Feder-Baugruppe (1) mittels elekt rischem Strom betrieben werden.
(Energieversorgung:)
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche,
- wobei die Feder-Baugruppe (1) einen Puffer-Speicher (15) für Energie, insbesondere eine Batterie (15), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Puffer-Speicher (15)
- entweder von außen kontaktlos, insbesondere mittels elektromagneti scher Strahlung oder Induktion, nachgeladen wird
- und/oder mittels eines internen Energie-Erzeugers (14), der Bestandteil der Feder-Baugruppe (1) ist, nachgeladen wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- nur auf Abfrage von außen die Belastung der Feder (2) gemessen und/o der die Belastung-Messwerte an die Abfrage-Einheit (51) gesendet wer den,
- insbesondere zumindest oder nur bei der Abfrage von der Abfrage-Einheit (51 ) an die Sende-Einheit (4) an diese Energie mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels Funkwellen, übertragen wird,
- insbesondere öfter als nur bei den Abfragen an die sende-Einheit (4) elekt romagnetische Strahlung, insbesondere Funkwellen, übertragen wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur internen Energieerzeugung die Biegung oder Bewegung oder die Temperatur der Feder (2) oder des Energie-Erzeugers (14) in Energie, insbesondere elektri schen Strom, umgewandelt wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Temperatur der Feder (2) oder der die Feder (2) umgebenden Luft ge messen wird und/oder
- der Gehalt an für die Feder (2) schädlichen Inhaltsstoffe in der Umgebung, insbesondere der Luft um die Feder (2) herum, gemessen wird. und/oder
- die Beschleunigung oder der zurückgelegte Weg der Feder (2) gemessen wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus
- den gemessenen Belastungen der Feder (2) und/oder
- aus dem Schadstoffgehalt um die Feder (2) herum und der Einwirkungs zeit und/oder
- durch Messung der Dehnung insbesondere an den kritischen und/oder am stärksten belasteten Orten der Feder und dem Vergleich dieser Werte mit den bei dem spezifischen Material der Feder erlaubten Spannungen ver glichen wird und hieraus die Schädigung der Feder, insbesondere sowohl in Bezug auf die Kraft als auch die verbleibende Lebensdauer, berechnet wird, von einer Auswerteeinheit (52), die Bestandteil der Abfrage-Einheit (51) sein kann, die noch vorhandene Restfederkraft und/oder die voraussichtliche Rest- Lebensdauer der Feder (2), errechnet wird und insbesondere über eine Ausgabe- Einheit (50a) der Überwachungs-Einheit (50) dem Bediener mitgeteilt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leiterbahnen (18) des Belastungs-Sensors (3) auch, insbesondere zeitlich versetzt zur Messung der Belastung der Feder (2), als Antenne eines Transponders, insbesondere als RFID-Antenne und oderfür die Stromerzeugung verwendet werden.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrens-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Leiterbahnen (18) eines DMS aus einem Halbleiter, insbesondere Sili zium, hergestellt werden und auch zur Stromerzeugung aufgrund ihres Piezo-Effektes benutzt werden,
- insbesondere zeitversetzt zur Messung der Belastung der Feder (2) mit dem DMS.
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