DE102009043267A1

DE102009043267A1 - Screwing unit for screwing wheel of vehicle i.e. lorry, has sensor component arranged relative to nut and arranged in front side of nut, where variable characteristics depends on pre-stress force that is produced by nut

Info

Publication number: DE102009043267A1
Application number: DE102009043267A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Schmidt
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-21

Abstract

The unit has a sensor component (4) comprising variable characteristics and designed as a coil or electrical resistor or capacitor, where a parameter of oscillation of oscillating characteristics depends upon variable characteristics or change of variable characteristics. The component is arranged relative to a nut (1), where the variable characteristics depend on pre-stress force that is produced by the nut. The component is partially arranged in a front side (6) of the nut. A flat washer (3) consists of plastic or metal, and a radio frequency-identification-tag is provided in the unit. An independent claim is also included for a monitoring and screwing system that comprises a nut.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verschraubungsmittel, mit mindestens einer Mutter. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Überwachung einer Verschraubung, mit mindestens einer Mutter, mit mindestens einer Sensorkomponente, und mit mindestens einer Abfrageeinheit.The invention relates to a screwing, with at least one nut. Furthermore, the invention relates to a system for monitoring a screw connection, with at least one nut, with at least one sensor component, and with at least one interrogation unit.

Radmuttern werden beispielsweise beschrieben in den Dokumenten EP 0 131 739 B1 , DE 196 50 453 A1 , DE 43 07 090 A1 oder DE 43 07 091 A1 . Weitere Ausgestaltungen von Muttern mit Unterlegscheiben finden sich beispielsweise in der US 5,051,049 oder der US 5,827,025 .Wheel nuts are described, for example, in the documents EP 0 131 739 B1 . DE 196 50 453 A1 . DE 43 07 090 A1 or DE 43 07 091 A1 , Further embodiments of nuts with washers can be found for example in the US 5,051,049 or the US 5,827,025 ,

Insbesondere bei Radverschraubungen von LKWs ist es erforderlich, die Muttern regelmäßig darauf zu untersuchen, ob sie noch fest auf den Bolzen oder Schrauben angezogen sind. Um die Sicherheit zu erhöhen, werden bereits spezielle Verschraubungsmittel beschrieben, z. B. US 4,171,012 oder US 4,074,950 . In der EP 0 520 164 A1 wird beispielweise mittels einer Feder eine Sicherung der Mutter realisiert. Für die Überwachung bzw. leichtere Kontrolle gibt es im Stand der Technik unterschiedliche Ausgestaltungen: In der US 2,961,646 wird das Lösen eines Rades dadurch erkannt, dass durch die Verschiebung ein elektrischer Kontakt geschlossen wird. In der DE 10 2004 051 865 A1 wird durch das Lösen einer Mutter ein elektrischer Kontakt unterbrochen. In der US 4,047,463 wird ein Federring mit Markierungen als Unterlegscheibe einer Schraube verwendet. Löst sich die Schraube, so ist dies an den Markierungen zu sehen. In der Offenlegungsschrift US 2009/0207008 wird ein Hallsensor im Bolzen oder in der Mutter beschrieben, über welchen ein Magnet in der Mutter bzw. im Bolzen erkannt wird. Die US 2009/0060677 offenbart eine besonders geformte Kappe, welche sich mit der Mutter mitdreht und so das Lösen der Mutter deutlicher macht. Eine verbesserte Signalisierung erlaubt auch die US 2002/0054809 , welche angibt, dass oberhalb der Mutter Tellerfedern angeordnet sind, welche in dem Fall, dass sich die Mutter löst, eine Kappe wegdrücken. Die DE 24 07 844 B1 beschreibt eine Unterlegscheibe, die ihre Farbe in Abhängigkeit von der auf sie wirkenden Kraft ändert. Die WO 2007/068392 A1 gibt eine Unterlegscheibe an, in der ein Messelement zur Messung der Druckkraft angeordnet ist. Ähnliches offenbart die EP 0 766 077 A1 . In der US 4,904,132 wird offenbart, dass durch das Eindrehen einer Schraube eine Flüssigkeit mit optischen Eigenschaften aus Kammern herausgedrückt wird. Der Offenbarung der US 5,722,807 lässt sich entnehmen, dass beim Einschrauben der Mutter ein besonders gefertigter Teller definiert verformt wird. Ändert sich die Vorspannkraft, so nimmt der Teller gut sichtbar eine andere Form an, wobei sich insbesondere die zwei Arme des Tellers auseinander bewegen. In der US 4,164,164 wird eine Mutter beschrieben, welche eine Komponente aufweist, die beim Erreichen eines gewissen Druckes abbricht, so dass sichergestellt wird, dass eine Mindest-Vorspannkraft aufgebracht wird. Die WO 2007/062730 A1 beschreibt eine Mutter mit integrierter Kraftmessvorrichtung. In der US 3,151,258 oder der DE 1 124 729 B sind zwischen der Mutter und einer Unterlegscheibe piezoelektrische Elemente vorgesehen, von denen die durch die Vorspannkraft erzeugte Spannung abgegriffen wird. Allgemein ist es auch bekannt, die Vorspannkraft von Verbindungsbauteilen zu messen: Die Schrift WO 2006/015813 A1 beschreibt, dass durch Ultraschall die Länge einer Schraube oder eines Bolzens ausgemessen wird. Die DD 244 820 A1 beschreibt eine Methode zur Überprüfung der Qualität einer Schraube, wobei in einer Messapparatur die Vorspannkraft über Dehnungsmessstreifen ermittelt wird, die an konzentrisch zur Schraube angeordneten Biegearmen angebracht sind. In der DE 38 05 301 C1 wird beim Anziehen der Schraube gleichzeitig ein Kraftaufnehmer mit einer zur eigentlichen Schraubverbindung identischen Einheit verschraubt. Solche Methoden eignen sich jedoch kaum für die Anwendung bei Verschraubungen an Rädern. Im Stand der Technik werden auch Systeme zur Überwachung von Schraubverbindungen bzw. Rädern beschrieben: In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2009 038 211 werden die Schraubverbindungen jeweils durch einen Sensor überwacht, welcher mit einer zentralen Einheit zur Auswertung oder Weiterverarbeitung der Sensordaten verbunden ist. Ähnliche Systeme zur Überwachung des Reifendrucks beschreiben beispielsweise die Dokumente DE 10 2007 045 109 A1 , US 6,199,575 B1 oder US 2008/0243327 . Eine Überwachungsvorrichtung für Radsatzlager von Schienenfahrzeugen offenbart z. B. die DE 10 2006 035 703 A1 . Das Lösen eines Rades in Folge eines Diebstahls wird beispielsweise in der US 5,552,759 durch Druckschalter, durch kapazitive oder Hallsensoren erkannt und aktiv signalisiert. Ähnliches offenbart die US 7,012,511 B2 . Ein Abfragesystem für Fahrzeuge, in denen Sensoren angebracht sind, beschreibt die US 5,061,917 . Dabei sollen z. B. lose Verschraubungen dadurch erkannt werden, dass ungewöhnliche mechanische Schwingungen auftreten. Die US 6,070,893 gibt eine Vorrichtung an, die die Räder vor dem Wegrollen schützt, falls ein Bolzen gebrochen oder einer Mutter sich gelöst haben sollte. Die autarke Energieversorgung an Rädern, z. B. zur Erleuchtung ist beschrieben in der US 2006/0214500 A1 .In particular with wheel bolted trucks it is necessary to regularly inspect the nuts to see if they are still tightened on the bolts or screws. To increase safety, special bolting means are already described, for. B. US 4,171,012 or US 4,074,950 , In the EP 0 520 164 A1 For example, a fuse of the mother is realized by means of a spring. For the monitoring or easier control, there are different embodiments in the prior art: In the US 2,961,646 the release of a wheel is detected by the fact that an electrical contact is closed by the displacement. In the DE 10 2004 051 865 A1 is interrupted by the release of a nut electrical contact. In the US 4,047,463 a spring washer with markings is used as a washer of a screw. If the screw loosens, this can be seen on the markings. In the published patent application US 2009/0207008 a Hall sensor in the bolt or in the nut is described over which a magnet is detected in the nut or in the bolt. The US 2009/0060677 discloses a specially shaped cap which rotates with the nut to make the release of the nut more apparent. An improved signaling also allows the US 2002/0054809 indicating that disc springs are arranged above the nut, which in the event that the nut dissolves, push away a cap. The DE 24 07 844 B1 describes a washer that changes its color depending on the force acting on it. The WO 2007/068392 A1 indicates a washer in which a measuring element for measuring the pressure force is arranged. The similar discloses the EP 0 766 077 A1 , In the US 4,904,132 It is disclosed that by screwing in a screw, a liquid with optical properties is forced out of chambers. The revelation of US 5,722,807 can be seen that when screwing the nut a specially manufactured plate is deformed defined. If the pretensioning force changes, the plate visibly assumes another shape, with the two arms of the plate moving apart, in particular. In the US 4,164,164 a nut is described which has a component which breaks off when a certain pressure is reached so as to ensure that a minimum biasing force is applied. The WO 2007/062730 A1 describes a mother with integrated force measuring device. In the US 3,151,258 or the DE 1 124 729 B are provided between the nut and a washer piezoelectric elements, from which the voltage generated by the biasing force is tapped. In general, it is also known to measure the preload force of connecting components: The font WO 2006/015813 A1 describes that the length of a screw or a bolt is measured by ultrasound. The DD 244 820 A1 describes a method for checking the quality of a screw, wherein in a measuring apparatus, the biasing force is determined by strain gauges, which are mounted on concentric to the screw bending arms. In the DE 38 05 301 C1 When tightening the screw at the same time screwed a force transducer with a unit identical to the actual screw. However, such methods are hardly suitable for use in screw connections to wheels. Systems for monitoring screw connections or wheels are also described in the prior art: In the non-prepublished DE 10 2009 038 211 The screw connections are each monitored by a sensor which is connected to a central unit for evaluation or further processing of the sensor data. For example, similar systems for monitoring tire pressure describe the documents DE 10 2007 045 109 A1 . US 6,199,575 B1 or US 2008/0243327 , A monitoring device for wheelset bearings of rail vehicles discloses z. B. the DE 10 2006 035 703 A1 , The release of a wheel as a result of theft, for example, in the US 5,552,759 detected by pressure switches, by capacitive or Hall sensors and actively signaled. The similar discloses the US 7,012,511 B2 , An interrogation system for vehicles in which sensors are mounted describes the US 5,061,917 , It should z. B. loose fittings are recognized by the fact that unusual mechanical vibrations occur. The US 6,070,893 indicates a device that protects the wheels from rolling away should a bolt break or loosen a nut. The self-sufficient energy supply to wheels, z. B. for enlightenment is described in the US 2006/0214500 A1 ,

Im Stand der Technik ist es auch bekannt, für die Überwachung von Messgrößen RFID(Radio Frequency Identification)-Tags oder -Transponder zu verwenden, deren Kenngrößen von der Messgröße oder deren Änderung abhängig sind: So beschreibt die WO 2005/008578 A2 , dass durch ein zu überwachendes Ereignis – Waschen von Kleidung, Öffnen von Behältern, Benutzen von elektronischen Geräten, Tragen von Schuhen usw. – beispielsweise die Resonanzfrequenz eines RFID verändert wird. In der DE 10 2007 030 195 A1 ist ein RFID derartig ausgestaltet und angebracht, dass sich Änderungen eines Gebäudes auf ihn auswirken. Es ist auch bekannt, RFID-Transponder auf metallischen Gegenständen anzubringen ( DE 10 2006 009 898 A1 ) oder sie beispielsweise in Schrauben einzubauen ( DE 100 56 473 C1 ). Einen Identifizierungstag mit einem Chip für die Identifizierung von Reifen beschreibt die US 7,360,700 B2 . Aus der DE 10 2006 057 369 A1 lässt sich beispielsweise entnehmen, dass ein RFID-Etikett seine Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Untergrundes ändert, auf welchem es sich befindet. Zur Messung von Kräften oder Abständen gibt es auch weiteren Stand der Technik: So beschreibt die DE 10 2006 019 942 A1 einen Kraftmesser, in welchem der elektrische Widerstand einer piezoresistiven Schicht ausgewertet wird. Die DE 10 2004 034 001 A1 offenbart einen Kollisionsmelder, bei welchem die Induktivität von Spulen ausgewertet wird, welche gegenüber einem im Kollisionsfall sich verschiebenden elektrischen Leiter angeordnet sind. Schließlich beschreibt die DE 10 2005 018 169 A1 die Verwendung einer druckempfindlichen Farbe zur Erkennung der Druckverteilung auf einer Oberfläche. Die Änderung der Schwingungsbedingungen eines mechanischen Schwingers wird in der WO 2009/060002 A1 beispielsweise für die Detektion von Masseanlagerungen herangezogen.In the prior art, it is also known to use for the monitoring of measured variables RFID (Radio Frequency Identification) tags or transponders, the characteristics of which depend on the measured variable or its change WO 2005/008578 A2 that by an event to be monitored - washing clothes, opening of containers, using electronic devices, wearing shoes, etc. - for example, changing the resonant frequency of an RFID. In the DE 10 2007 030 195 A1 RFID is designed and installed in such a way that changes in a building affect it. It is also known to mount RFID transponders on metallic objects ( DE 10 2006 009 898 A1 ) or to install them in screws, for example ( DE 100 56 473 C1 ). An identification tag with a tire identification chip is described in US Pat US 7,360,700 B2 , From the DE 10 2006 057 369 A1 For example, it can be seen that an RFID tag changes its resonant frequency depending on the nature of the ground on which it is located. For measuring forces or distances, there is also another state of the art DE 10 2006 019 942 A1 a dynamometer, in which the electrical resistance of a piezoresistive layer is evaluated. The DE 10 2004 034 001 A1 discloses a collision detector in which the inductance of coils is evaluated, which are arranged opposite to an incident in the event of a collision electrical conductor. Finally, that describes DE 10 2005 018 169 A1 the use of a pressure-sensitive ink to detect the pressure distribution on a surface. The change in vibration conditions of a mechanical vibrator is described in WO 2009/060002 A1 For example, used for the detection of mass accumulation.

Besonders die optischen Verfahren zur Überprüfung der Vorspannung der Muttern haben den Nachteil, dass die Räder direkt untersucht werden müssen und dass somit z. B. während der Fahrt keine Überwachung möglich ist. Weiterhin besteht teilweise hoher Verkabelungs- bzw. Nachrüstaufwand oder die Muttern lassen sich nicht mehrfach verwenden. Schwierigkeiten ergeben sich auch zumeist durch widrige Einsatzbedingungen, wie sie sich durch Verschmutzungen oder Schmiermittel ergeben. Manchmal sind auch oberhalb der Muttern Schutz- oder Zierkappen vorgesehen. Zudem steht üblicherweise nur ein geringer Bauraum zur Verfügung. Weiterhin ist auch ein moderater Preis anzustreben. Vorteilhaft ist somit eine möglichst selbständige Überwachung, wobei ein möglichst einfacher Einbau und eine leichte Austauschbarkeit für die Praxis vorteilhaft sind.In particular, the optical method for checking the preload of the nuts have the disadvantage that the wheels must be examined directly and thus z. B. while driving no monitoring is possible. Furthermore, there is sometimes high cabling or retrofitting or the nuts can not be used multiple times. Difficulties are also usually caused by adverse conditions of use, as they result from contamination or lubricant. Sometimes protective or decorative caps are also provided above the nuts. In addition, usually only a small space is available. Furthermore, a moderate price is also desirable. It is thus advantageous to monitor as independently as possible, with the simplest possible installation and easy replacement are advantageous in practice.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verschraubungsmittel vorzuschlagen, welches eine Überwachung bzw. Messung der Vorspannkraft erlaubt, wobei die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und wobei im Sinne der obigen Diskussion eine möglichst einfache und vorteilhafte Anwendung erreicht wird.The invention has for its object to provide a screw means which allows monitoring or measurement of the biasing force, the disadvantages of the prior art are avoided and wherein in the context of the above discussion as simple and advantageous application is achieved.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verschraubungsmittel und durch ein System zur Überwachung einer Verschraubung.The object is achieved by the invention by a screwing means and by a system for monitoring a screw connection.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verschraubungsmittels dadurch gelöst, dass mindestens eine Sensorkomponente vorgesehen ist, dass die mindestens eine Sensorkomponente mindestens eine variable Eigenschaft aufweist, dass die mindestens eine Sensorkomponente Bestandteil eines Schwingkreises ist, wobei mindestens eine Kenngröße des Schwingkreises von der variablen Eigenschaft und/oder von einer Änderung der variablen Eigenschaft abhängig ist, und dass die mindestens eine Sensorkomponente derartig ausgestaltet und relativ zu der Mutter angeordnet ist, dass die mindestens eine variable Eigenschaft abhängig von einer von der Mutter erzeugten Vorspannkraft ist. In einer Ausgestaltung ist eine passive Abfrage vorgesehen, indem z. B. die Resonanzfrequenz als eine der Kenngrößen des Schwingkreises durch ein eingebrachtes Signal abgefragt wird. Der Schwingkreis antwortet auf das Abfragesignal in Abhängigkeit von der Vorspannkraft bzw. der variablen Eigenschaft der Sensorkomponente mit einem Antwortsignal mit einer zur Resonanzfrequenz des Schwingkreises passenden Frequenz. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Schwingkreis um einen RFID handelt. Indem der Schwingkreis ein RFID ist oder einem solchen prinzipiell gleicht, lassen sich auch von dort bekannte Techniken und Gerätschaften anwenden. Die Ausgestaltung sieht somit vor, dass eine Mutter mit einem RFID versehen wird, welcher derartig ausgestaltet ist, dass der RFID auf die Vorspannkraft reagiert, welche von der Mutter erzeugt wird. Es handelt sich somit quasi um ein System wie beim Abfragen eines RFID-Transponders oder RFID-Tags. Das Antwortsignal kann dabei beispielsweise auch darin bestehen, dass aus einem Frequenzspektrum ein Signal mit der Schwingungsfrequenz entsprechend durch den Schwingkreis abgeschwächt wird. Durch die passive Abfrage der Schwingkreise sind Aufwand und Kosten für die einzelnen Messstellen entsprechend gering. Der Schwingkreis ist in einer weiteren Ausgestaltung mit einer eigenen Energiequelle (z. B. Batterie, Akkumulator, Thermoelement, mit einer schweren Masse verbundenes piezoelektrisches Element usw.) versehen. In einer Ausgestaltung wird im Wesentlichen nur die Änderung der Vorspannkraft detektiert, d. h. es wird das Lösen der Mutter erkannt. Dies z. B. im Unterschied zum ersten Anziehen/Festziehen der Mutter, bei welchem durch den absoluten Wert der Resonanzfrequenz bzw. einer anderen Kenngröße der Schwingungen der Schwingkreise und somit der Vorspannkraft festgestellt werden kann, ob die Mutter richtig angezogen wurde. Bei graduellen Änderungen ist vorzugsweise jeweils auf einen vorgegebenen Referenzwert oder auf einen Startwert, der sich nach dem Anziehen der Mutter ergibt, abzuheben. In einer Variante ist zusätzlich oder als Bestandteil der Sensorkomponente ein Mikrochip vorgesehen. Wie im Stand der Technik gezeigt, kann die Vorspannkraft direkt gemessen werden oder es lassen sich Größen messen, welche abhängig von ihr sind. Daher ist die Sensorkomponente entsprechend der zu messenden Größe auszugestalten. Mögliche Messgrößen sind beispielsweise die Vorspannkraft, der Abstand zwischen Mutter und Auflage, der Abstand zwischen einer Unterlegscheibe und der Auflage, der Abstand zwischen Unterlegscheibe und Mutter, die Längenänderung des Bolzens oder die Drehbewegung der Mutter. Die Vorspannkraft der Mutter wirkt dabei in Richtung der Auflage, d. h. in Richtung des Bauteils oder der Komponente, der gegenüber die Mutter um den Bolzen oder die Schraube herum angezogen wird. In anderen Ausgestaltungen ist zusätzlich oder alternativ zur Schwingfrequenz auch die Schwingungsamplitude oder die Phase der Schwingungen relativ zu einem Anregesignal abhängig von der variablen Eigenschaft der Sensorkomponente. Bei den Kenngrößen handelt es sich somit vorzugsweise um Frequenz, Amplitude bzw. Dämpfung oder Phase relativ z. B. zu einem anregenden Signal. Für die Position des vorspannkraftkritischen Bauteils – also der Sensorkomponente – des Schwingkreises bietet sich der Bereich zwischen Mutter und Auflage an, d. h. an einer Stirnseite der Mutter, oder zwischen einer Unterlegscheibe und der Auflage, zwischen Mutter und Unterlegscheibe, zwischen den Hälften einer geteilten Mutter oder oberhalb des Bolzens bzw. der Schraube und dies ggf. als Teil einer Hutmutter. Die Sensorkomponente kann auch teilweise innerhalb der Mutter und/oder der Unterlegscheibe angebracht sein.The object is achieved with respect to the screwing means in that at least one sensor component is provided that the at least one sensor component has at least one variable property that the at least one sensor component is part of a resonant circuit, wherein at least one characteristic of the resonant circuit of the variable property and / or is dependent on a change in the variable property, and that the at least one sensor component is configured and arranged relative to the nut such that the at least one variable property is dependent on a biasing force generated by the nut. In one embodiment, a passive query is provided by z. B. the resonant frequency is interrogated as one of the characteristics of the resonant circuit by an introduced signal. The resonant circuit responds to the interrogation signal in response to the biasing force or variable characteristic of the sensor component with a response signal having a frequency matching the resonant frequency of the resonant circuit. One embodiment provides that the resonant circuit is an RFID. By virtue of the fact that the oscillating circuit is an RFID or in principle resembles an RFID, it is also possible to use techniques and equipment known therefrom. The embodiment thus provides that a nut is provided with an RFID, which is designed such that the RFID reacts to the biasing force, which is generated by the mother. It is thus almost a system as when querying an RFID transponder or RFID tags. The response signal can also be, for example, that from a frequency spectrum, a signal with the oscillation frequency is attenuated by the resonant circuit accordingly. Due to the passive polling of the resonant circuits, costs and costs for the individual measuring points are correspondingly low. In another embodiment, the resonant circuit is provided with its own energy source (eg battery, accumulator, thermocouple, piezoelectric element connected to a heavy mass, etc.). In one embodiment, essentially only the change of the biasing force is detected, ie it is recognized the release of the mother. This z. B. in contrast to the first tightening / tightening of the nut, in which can be determined by the absolute value of the resonant frequency or another characteristic of the oscillations of the resonant circuits and thus the biasing force, whether the nut was tightened properly. In the case of gradual changes, preference should be given in each case to a predetermined reference value or to a starting value which results after the mother has been put on. In a variant is in addition or as part of the Sensor component provided a microchip. As shown in the prior art, the biasing force can be measured directly or it can measure sizes that are dependent on it. Therefore, the sensor component should be designed according to the size to be measured. Possible measures include, for example, the preload force, the distance between nut and support, the distance between a washer and the support, the distance between washer and nut, the change in length of the bolt or the rotational movement of the nut. The biasing force of the nut acts in the direction of the support, ie in the direction of the component or the component, which is tightened against the nut around the bolt or the screw around. In other embodiments, additionally or alternatively to the oscillation frequency, the oscillation amplitude or the phase of the oscillations relative to an excitation signal is dependent on the variable property of the sensor component. The parameters are thus preferably frequency, amplitude or damping or phase relative z. B. to a stimulating signal. For the position of the prestressing force-critical component - ie the sensor component - of the resonant circuit, the area between the nut and the pad offers, ie at one end face of the nut, or between a washer and the pad, between the nut and washer, between the halves of a split nut or above the bolt or screw and this possibly as part of a cap nut. The sensor component may also be partially mounted within the nut and / or washer.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass es sich bei der mindestens einen Sensorkomponente um ein elektronisches Bauteil oder um einen Teil eines elektronischen Bauteils handelt. In dieser Variante handelt es sich damit vorzugsweise um einen elektronischen Schwingkreis. Eine Änderung der Vorspannkraft wird beispielsweise in eine Änderung der Resonanzfrequenz übertragen und dies wird signalisiert. Die Umsetzung ist somit beispielsweise, dass sich nach dem Festziehen der Mutter eine Resonanzfrequenz f0 ergibt. Wird eine Frequenz f1 unterschiedlich zu f0 gemessen, so ist dies auf eine Änderung der Vorspannkraft zurückzuführen. In einer Ausgestaltung ändert sich der elektrische Widerstand. Dafür ist beispielsweise ein piezoresistives Material vorgesehen. Alternativ wird ein Schleifkontakt bewegt oder es ändert sich die Länge des Widerstandes. Die Änderung der Induktivität lässt sich z. B. realisieren durch den variablen Abstand zwischen einer Spule und einem elektrischen Leiter, durch die Änderung der Länge der Spule oder durch die Bewegung eines Kerns – z. B. in Form eines Stifts – in der Spule. Die Änderung der Kapazität kann beispielsweise erreicht werden durch eine Änderung des Abstands zwischen zwei Kondensatorplatten, durch die Bewegung eines Dielektrikums – wieder beispielsweise in Form eines Stiftes – zwischen den Platten oder durch die Verwendung eines geschlitzten Rings, dessen Enden abhängig von der Vorspannkraft eine unterschiedliche Überlappung aufweisen. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass es sich bei der mindestens einen Sensorkomponente um eine Spule und/oder einen Kondensator und/oder einen elektrischen Widerstand handelt. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die mindestens eine Sensorkomponente mindestens ein piezoresistives Material und/oder Nanoröhren aufweist. Es sind somit Materialien vorgesehen, die ausgehend von einem auf ihnen lastenden Druck oder ausgehend von der an ihnen angreifenden Zugspannung beispielweise ihren elektrischen Widerstand ändern.An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the at least one sensor component is an electronic component or a part of an electronic component. In this variant, it is thus preferably an electronic resonant circuit. A change in the biasing force is transmitted, for example, in a change in the resonant frequency and this is signaled. The implementation is thus, for example, that after tightening the nut results in a resonant frequency f0. If a frequency f1 other than f0 is measured, this is due to a change in the preload force. In one embodiment, the electrical resistance changes. For example, a piezoresistive material is provided for this purpose. Alternatively, a sliding contact is moved or the length of the resistor changes. The change of the inductance can be z. B. realized by the variable distance between a coil and an electrical conductor, by changing the length of the coil or by the movement of a core -. B. in the form of a pen - in the coil. The change in capacitance can be achieved, for example, by changing the distance between two capacitor plates, by moving a dielectric - again, for example in the form of a pin - between the plates or by using a slotted ring whose ends depending on the biasing force, a different overlap exhibit. An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the at least one sensor component is a coil and / or a capacitor and / or an electrical resistor. An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the at least one sensor component has at least one piezoresistive material and / or nanotubes. Thus, materials are provided which, for example, change their electrical resistance on the basis of a pressure acting on them or on the tension acting on them.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die mindestens eine Sensorkomponente zumindest teilweise an oder in einer Stirnseite der Mutter angeordnet ist. Bei der Stirnseite handelt es sich beispielsweise um die Seite, mit welcher die Mutter gegen eine Auflage gedreht wird, um die Vorspannkraft zu erzeugen. Für die Anwendung bei der Montage der Mutter ist für die richtige Orientierung diese Stirnseite beispielsweise farbig markiert. Alternativ sind zwei Sensorkomponenten vorgesehen, die jeweils an einer Stirnseite angebracht sind, um somit unabhängig von der Orientierung der Mutter zu sein. Dies also insbesondere für den Fall, dass die Sensorkomponente von außen nicht oder nur leicht erkennbar ist.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the at least one sensor component is arranged at least partially on or in an end face of the nut. By way of example, the end face is the side with which the nut is turned against a support in order to generate the pretensioning force. For the application during assembly of the mother, for example, this face is marked in color for the correct orientation. Alternatively, two sensor components are provided, which are each attached to a front side, so as to be independent of the orientation of the mother. This in particular for the case that the sensor component is not or only slightly visible from the outside.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmitlels sieht vor, dass mindestens eine Unterlegscheibe vorgesehen ist.An embodiment of the Verschraubungsmitlels invention provides that at least one washer is provided.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Unterlegscheibe zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht. Die Unterlegscheibe ist in dem Fall, dass Komponenten oder Teile von Komponenten des – elektrischen – Schwingkreises innerhalb der Unterlegscheibe angebracht sind oder von dieser verdeckt werden, vorteilhafterweise derartig ausgestaltet, dass sie entsprechend transparent für die elektro-magnetischen Signale ist.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the washer at least partially consists of a plastic. The washer is advantageously designed in such a way that it is correspondingly transparent to the electro-magnetic signals in the event that components or parts of components of the - electrical - resonant circuit are mounted within the washer or are covered by this.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Unterlegscheibe zumindest teilweise aus einem Metall besteht.An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the washer at least partially consists of a metal.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Unterlegscheibe verstärkt ist. Beispielsweise handelt es sich um einen faserverstärkten Kunststoff oder es sind in der Unterlegscheibe passende Strukturen ausgebildet, die der Stabilisierung dienen.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the washer is reinforced. For example, it is a fiber-reinforced plastic or in the washer suitable structures are formed, which serve to stabilize.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Unterlegscheibe elastisch verformbar ausgestaltet ist. Vorzugsweise ist die Unterlegscheibe derartig ausgestaltet und relativ zur Mutter angeordnet, dass die Unterlegscheibe sich beim Anziehen der Mutter elastisch verformt. Alternativ oder ergänzend tritt auch eine permanente Verformung z. B. durch das Anziehen der Mutter auf. An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the washer is configured elastically deformable. Preferably, the washer is configured and arranged relative to the nut such that the washer elastically deforms when the nut is tightened. Alternatively or additionally, a permanent deformation z. B. by tightening the mother.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Unterlegscheibe und die Sensorkomponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die variable Eigenschaft der Sensorkomponente abhängig ist von einer Form und/oder einer Verformung der Unterlegscheibe. Wirkt sich das Anziehen der Mutter auf die Verformung der Unterlegscheibe aus, so ändert sich auch beim Nachlassen der Vorspannkraft die Verformung bzw. die Form der Unterlegscheibe. Durch eine entsprechende Sensorkomponente wird eine solche Änderung in die variable Eigenschaft der Sensorkomponente übertragen, so dass sich schließlich mindestens eine Kenngröße des Schwingkreises ändert.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the washer and the sensor component are designed and matched to one another such that the variable property of the sensor component is dependent on a shape and / or a deformation of the washer. If the tightening of the nut has an effect on the deformation of the washer, the deformation or the shape of the washer also changes as the preloading force decreases. By means of a corresponding sensor component, such a change is transferred into the variable property of the sensor component, so that finally at least one parameter of the resonant circuit changes.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Unterlegscheibe und die Sensorkomponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine elastische Verformung der Unterlegscheibe eine Längenänderung der Sensorkomponente bewirkt. Die Verformung der Unterlegscheibe kann dabei sowohl in eine Änderung einer elektronischen Sensorkomponente übertragen werden, als auch in mechanischen Schwingungen eines mechanisch schwingfähigen Schwingkreises.An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the washer and the sensor component are designed and matched to one another such that an elastic deformation of the washer causes a change in length of the sensor component. The deformation of the washer can be transmitted both in a change of an electronic sensor component, as well as in mechanical vibrations of a mechanically oscillatable resonant circuit.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Unterlegscheibe und die Sensorkomponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine elastische Verformung der Unterlegscheibe eine Änderung einer von der Sensorkomponente zumindest teilweise umschlossenen Fläche bewirkt. Ein solcher Effekt ist beispielsweise vorteilhaft für eine als Spule ausgestaltete Sensorkomponente. Allgemein ergibt sich somit je nach Ausgestaltung ggf. eine homogenere Einwirkung auf die Sensoreinheit als eine reine Längenänderung.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the washer and the sensor component are designed and matched to one another such that an elastic deformation of the washer causes a change of a surface at least partially enclosed by the sensor component. Such an effect is advantageous, for example, for a sensor component designed as a coil. In general, therefore, depending on the embodiment, a more homogeneous effect on the sensor unit may result than a mere change in length.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Sensorkomponente zumindest teilweise in der Unterlegscheibe angeordnet ist. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Sensorkomponente durch die Unterlegscheibe gebildet. Die Unterlegscheibe – unabhängig von der weiteren Ausgestaltung – kann insbesondere auch als unverlierbar mit der Mutter verbundener Druckteller ausgestaltet sein.An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the sensor component is at least partially disposed in the washer. In a further embodiment, the sensor component is formed by the washer. The washer - regardless of the further embodiment - can be designed in particular as captive connected to the mother pressure plate.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Unterlegscheibe mindestens eine Nut aufweist, und dass die Sensorkomponente zumindest teilweise in der Nut angeordnet ist. In einer Ausgestaltung schließt die Sensorkomponente eben mit der Nut ab. In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Sensorkomponente beispielweise von einer Vergussmasse umgeben oder entsprechend in der Nut eingebettet.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the washer has at least one groove, and that the sensor component is at least partially disposed in the groove. In one embodiment, the sensor component just ends with the groove. In an additional embodiment, the sensor component, for example, surrounded by a potting compound or embedded in the groove accordingly.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Sensorkomponente im Wesentlichen als in der Nut angeordnete Spule ausgestaltet ist, wobei eine Verformung der Unterlegscheibe eine Änderung der Induktivität als variable Eigenschaft der Sensorkomponente bewirkt. Eine Änderung der Induktivität ergibt sich somit beispielsweise durch den vergrößerten Durchmesser oder durch eine andere Lage eines Eisenkerns – z. B. gegeben durch die Mutter selbst – innerhalb der Spule.An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the sensor component is designed essentially as a coil arranged in the groove, wherein a deformation of the washer causes a change in the inductance as a variable property of the sensor component. A change in the inductance thus results, for example, by the increased diameter or by another position of an iron core -. B. given by the mother itself - within the coil.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Sensorkomponente im Wesentlichen als elektrischer Widerstand ausgestaltet ist, wobei eine Verformung der Unterlegscheibe eine Änderung des elektrischen Widerstandswerts als variable Eigenschaft der Sensorkomponente bewirkt. Die Sensorkomponente besteht somit beispielsweise aus einem piezo-elektrischen oder piezo-resistiven Element. Sie kann auch in Art eines Dehnungsmessstreifens ausgebildet sein.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the sensor component is designed substantially as an electrical resistance, wherein a deformation of the washer causes a change in the electrical resistance value as a variable property of the sensor component. The sensor component thus consists, for example, of a piezoelectric or piezoresistive element. It can also be designed in the manner of a strain gauge.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels besteht darin, dass die Sensorkomponente im Wesentlichen als Kondensator ausgestaltet ist, wobei eine Verformung der Unterlegscheibe eine Änderung der Kapazität als variable Eigenschaft der Sensorkomponente bewirkt. Die Änderung der Kapazität kann beispielsweise auch über eine Beeinflussung der Streukapazität erfolgen.An embodiment of the screwing means according to the invention is that the sensor component is configured substantially as a capacitor, wherein a deformation of the washer causes a change in the capacitance as a variable property of the sensor component. The change in the capacity can also take place, for example, by influencing the stray capacitance.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass es sich bei der mindestens einen Sensorkomponente um einen Kondensator handelt, welcher teilweise auf der Stirnseite der Mutter und teilweise auf der Unterlegscheibe angeordnet ist. Der Abstand zwischen Mutter und Unterlegscheibe wirkt sich somit auf die Kapazität als variable Eigenschaft der Sensorkomponente aus.An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the at least one sensor component is a capacitor, which is arranged partially on the end face of the nut and partly on the washer. The distance between nut and washer thus affects the capacity as a variable property of the sensor component.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass mindestens ein Stift vorgesehen ist, dass der Stift und die mindestens eine Sensorkomponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Stift relativ zu der mindestens einen Sensorkomponente beweglich ist, und dass die Lage des Stiftes von der Vorspannkraft der Mutter und/oder von einer Änderung der Vorspannkraft abhängig ist. Es ist somit beispielsweise in einer zusätzlichen Bohrung der Mutter ein beweglicher Stift vorgesehen, welcher Kontakt zur Auflage, zur Unterlegscheibe oder mit dem oberen Ende des Bolzens selbst hat. In Wirkverbindung mit dem Stift ist die Sensorkomponente vorgesehen, die beispielsweise ein druckempfindliches Medium oder einen Reed-Relais (Stift ist zumindest teilsweise magnetisch oder ist mit einem Magneten versehen) oder einen Hallsensor aufweist. Der Stift bewirkt somit eine Änderung der variablen Eigenschaft der Sensorkomponente. Alternativ oder ergänzend ist der Stift die Sensorkomponente selbst oder zumindest ein Bestandteil davon. Durch den Stift besteht auch die Möglichkeit eines Selbsttests des Verschraubungsmittels vor dem Einbau der Mutter auf einem Bolzen oder einer Schraube.An embodiment of the screwing means according to the invention comprises that at least one pin is provided, that the pin and the at least one sensor component are designed and matched to one another such that the pin is movable relative to the at least one sensor component, and that the position of the pin of the biasing force the mother and / or is dependent on a change in the biasing force. It is thus For example, provided in an additional bore of the nut, a movable pin, which has contact with the support, the washer or with the upper end of the bolt itself. In operative connection with the pin, the sensor component is provided, for example, a pressure-sensitive medium or a reed relay (pin is at least partially magnetic or provided with a magnet) or a Hall sensor. The pin thus causes a change in the variable property of the sensor component. Alternatively or additionally, the pin is the sensor component itself or at least a part thereof. Through the pin there is also the possibility of a self-test of the screw means before installing the nut on a bolt or a screw.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass der Schwingkreis mechanisch schwingfähig ist. Die Schwingungsanregung bzw. -detektion erfolgt in dieser Ausgestaltung beispielsweise über ein piezoelektrisches Element. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels hierfür sieht vor, dass es sich bei der mindestens einen Sensorkomponente zumindest teilweise um eine mechanisch schwingfähige Membran handelt. In alternativen Ausgestaltungen fungiert die Unterlegscheibe als Membran, deren Resonanzfrequenz abhängig ist von der durch die Mutter auf sie wirkenden Kraft.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the resonant circuit is mechanically oscillatable. The vibration excitation or detection takes place in this embodiment, for example via a piezoelectric element. An embodiment of the inventive screwing means for this purpose provides that the at least one sensor component is at least partially a mechanically oscillatable membrane. In alternative embodiments, the washer acts as a membrane whose resonant frequency is dependent on the force acting on it by the nut.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Mutter mindestens eine Bohrung aufweist. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Bohrung eine durchgehende Bohrung ist. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels beinhaltet, dass die Bohrung eine Sacklochbohrung ist. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verschraubungsmittels sieht vor, dass die Bohrung ein Innengewinde aufweist.An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the nut has at least one bore. An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the bore is a through hole. An embodiment of the screwing means according to the invention includes that the bore is a blind hole. An embodiment of the screwing means according to the invention provides that the bore has an internal thread.

Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einem System zur Überwachung einer Verschraubung, mit mindestens einer Mutter, mit mindestens einer Sensorkomponente, und mit mindestens einer Abfrageeinheit. Dabei ist vorgesehen, dass die mindestens eine Sensorkomponente mindestens eine variable Eigenschaft aufweist, dass die mindestens eine Sensorkomponente Bestandteil eines Schwingkreises ist, wobei mindestens eine Kenngröße des Schwingkreises von der variablen Eigenschaft und/oder von einer Änderung der variablen Eigenschaft abhängig ist, dass die mindestens eine Sensorkomponente derartig ausgestaltet und relativ zu der Mutter angeordnet ist, dass die mindestens eine variable Eigenschaft abhängig von einer von der Mutter erzeugten Vorspannkraft ist, dass die Abfrageeinheit mindestens ein elektro-magnetisches und/oder mechanisches Signal an den Schwingkreis sendet und/oder von dem Schwingkreis empfängt, und dass die Abfrageeinheit die mindestens eine Kenngröße eines von dem Schwingkreis gesendeten oder durch den Schwingkreis modulierten elektro-magnetischen und/oder mechanischen Signals auswertet und/oder verarbeitet. Eine Verschraubung sei somit derartig verstanden, dass die Mutter beispielsweise gegenüber einer Auflage eine Vorspannkraft erzeugt. Bei der Kenngröße handelt es sich beispielsweise um die Frequenz, die Amplitude oder die Phase des Signals. Die Ausgestaltung der Sensorkomponenten bzw. der Mutter oder einer Unterlegscheibe der Mutter kann dabei nach mindestens einer der oben ausgeführten Ausgestaltungen für das Verschraubungsmittel erfolgen. Das System zur Überwachung einer Verschraubung besteht somit im Wesentlichen aus einem Verschraubungsmittel nach einer der oben diskutierten Ausgestaltungen und der Abfrageinheit zum Vermessen des Schwingkreises des Verschraubungsmittels. Die Abfrageeinheit sendet somit beispielsweise ein Abfragesignal an den Schwingkreis und erhält ein Antwortsignal. Aus dem Antwortsignal ergibt sich dann beispielsweise über mindestens eine Kenngröße ein aktueller Wert der variablen Eigenschaft der Sensorkomponente oder eine Aussage darüber, dass sich die variable Eigenschaft geändert hat. Dies wiederum erlaubt eine Aussage über die von dem Verschraubungsmittel über die Mutter erzeugte Vorspannkraft.Furthermore, the invention solves the problem with a system for monitoring a screw connection, with at least one nut, with at least one sensor component, and with at least one interrogation unit. It is provided that the at least one sensor component has at least one variable property that the at least one sensor component is part of a resonant circuit, wherein at least one characteristic of the resonant circuit of the variable property and / or a change in the variable property is dependent that the at least a sensor component is configured and arranged relative to the nut such that the at least one variable property is dependent on a biasing force generated by the nut that the interrogation unit transmits at least one electro-magnetic and / or mechanical signal to the resonant circuit and / or of the Resonant circuit receives, and that the interrogation unit evaluates and / or processes the at least one characteristic of a sent from the resonant circuit or modulated by the resonant circuit electro-magnetic and / or mechanical signal. A screw connection is thus understood in such a way that the nut, for example, generates a biasing force relative to a support. The characteristic is, for example, the frequency, the amplitude or the phase of the signal. The design of the sensor components or the mother or a washer of the mother can be carried out according to at least one of the above embodiments of the fitting. The system for monitoring a screw connection thus consists essentially of a screwing means according to one of the embodiments discussed above and the scanning unit for measuring the resonant circuit of the screwing means. The interrogation unit thus sends, for example, an interrogation signal to the resonant circuit and receives a response signal. The response signal then yields, for example via at least one parameter, a current value of the variable property of the sensor component or a statement that the variable property has changed. This in turn allows a statement about the prestressing force generated by the screwing means via the nut.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems beinhaltet, dass die Abfrageeinheit die Kenngröße des von dem Schwingkreis gesendeten oder durch den Schwingkreis modulierten Signals mit einem Referenzwert vergleicht und bei einer Abweichung oberhalb eines Grenzwertes einen Alarm erzeugt. Der Referenzwert kann dabei ein hinterlegter bzw. fest vorgegebener Sollwert sein oder es handelt sich um einen zeitlich vorhergehenden Wert. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems beinhaltet, dass es sich bei dem Referenzwert, z. B. einer Referenzfrequenz um einen Historienwert, insbesondere um den Wert bei der Erzeugung der Vorspannkraft, handelt. Der Historienwert, also ein Wert, der zeitlich vor dem gemessenen aktuellen Wert liegt, ist beispielsweise die Frequenz oder die Dämpfung, die sich nach dem Festdrehen der Mutter ergibt und die somit der Startwert ist. Der Grenzwert erlaubt die Definition eines Unsicherheitsbereichs um den Referenzwert, so dass auf Rauschen oder weitere Effekte Rücksicht genommen werden kann. In einer Ausgestaltung ist der Grenzwert auf Null gesetzt, so dass jegliche Abweichung vom Referenzwert zu einer Signalisierung führt.An embodiment of the system according to the invention includes that the interrogation unit compares the characteristic of the signal transmitted by the resonant circuit or modulated by the resonant circuit with a reference value and generates an alarm in the event of a deviation above a limit value. The reference value can be a stored or fixed setpoint value or it is a value that precedes the time. An embodiment of the system according to the invention includes that at the reference value, for. B. a reference frequency to a history value, in particular the value in the generation of the biasing force acts. The history value, that is, a value which lies temporally before the measured current value, is, for example, the frequency or the attenuation which results after the tightening of the nut and which is thus the starting value. The limit allows the definition of an uncertainty range around the reference value so that noise or other effects can be taken into account. In one embodiment, the threshold is set to zero so that any deviation from the reference results in signaling.

Die Vorteile der Erfindung liegen u. a. darin, dass die Lösung kostengünstig ist und dass sich die Muttern wieder verwerten lassen. Überdies ist eine Fernabfrage möglich und beim Befestigen der Mutter kann mit einer Referenzfrequenz ggf. überprüft werden, ob sie richtig angezogen worden ist. Handelt es sich bei dem Schwingkreis insbesondere um einen RFID-Tag, so können auch die Vorteile eines solchen Massenartikels genutzt werden.The advantages of the invention include the fact that the solution is inexpensive and that the nuts can be recycled. Moreover, a remote inquiry is possible and when fixing the mother can be checked with a reference frequency if necessary whether it has been properly dressed. If the resonant circuit is in particular an RFID tag, the advantages of such a mass-produced article can also be utilized.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to some embodiments illustrated in the figures. Showing:

1: eine angeschnittene Darstellung einer Verschraubung gemäß dem Stand der Technik, 1 FIG. 4 is a sectional view of a prior art fitting, FIG.

2: einen Schnitt durch eine Verschraubung mit einem erfindungsgemäßen Verschraubungsmittel gemäß einer ersten Variante, 2 FIG. 2: a section through a screw connection with a screwing means according to the invention according to a first variant, FIG.

3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung von Verschraubungen, 3 : a schematic representation of a system according to the invention for monitoring screw connections,

4: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Verschraubungsmittel gemäß einer zweiten Variante, 4 FIG. 2: a section through a screwing means according to the invention according to a second variant, FIG.

5: ein erfindungsgemäßes Verschraubungsmittel gemäß einer dritten Variante, 5 a screwing means according to the invention according to a third variant,

6: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Verschraubungsmittel gemäß einer vierten Variante in dem Zustand, dass die Mutter nicht angezogen ist, und 6 a section through an inventive screwing means according to a fourth variant in the state that the nut is not tightened, and

7: eine Darstellung des Verschraubungsmittels der 6 mit einer angezogenen Mutter. 7 : a representation of the screwing the 6 with a mother dressed.

Die 1 soll die Grundproblematik verdeutlichen. Eine Mutter 1 wird mit ihrer – hier durchgehenden – Bohrung 2 auf einen Bolzen 10 – alternativ kann es sich auch um eine Schraube handeln – aufgesteckt und gegenüber einer Auflage 11 angezogen. Dafür weist die Bohrung 2 ein dem Gewinde des Bolzens 10 entsprechendes Innengewinde auf. Zwischen der Mutter 1 und der Auflage 11 befindet sich eine Unterlegscheibe 3, welche beispielsweise ein Verkratzen der Oberfläche der Auflage 11 durch die Drehbewegung der Mutter 1 verhindern soll. Die Drehungen der Mutter 1 mit einem entsprechenden Drehmoment erzeugen dabei die Vorspannkraft zwischen der Mutter 1 und der Auflage 11. Mit diesem Verfahren werden beispielsweise Räder an Radnaben befestigt. Löst sich die Mutter 1, so nimmt die Vorspannkraft ab. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verschraubungsmittel bzw. über das hierfür vorgesehene Überwachungssystem detektiert.The 1 should clarify the basic problem. A mother 1 becomes with her - here continuous - bore 2 on a bolt 10 - Alternatively, it may also be a screw - plugged and against a support 11 dressed. This is indicated by the hole 2 a the thread of the bolt 10 corresponding internal thread on. Between the mother 1 and the edition 11 there is a washer 3 which, for example, scratching the surface of the support 11 by the rotational movement of the nut 1 should prevent. The twists of the mother 1 with a corresponding torque thereby generate the biasing force between the nut 1 and the edition 11 , For example, wheels are attached to hubs with this method. The mother dissolves 1 , so the biasing force decreases. This is detected by the inventive screwing means or via the monitoring system provided for this purpose.

Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Verbindungsmittel zum Ausüben einer Vorspannkraft auf einem Bolzen 10 in Richtung der Auflage 11. Das Verbindungsmittel besteht aus einer Mutter 1 mit einer durchgehenden Bohrung 2, einer Unterlegscheibe 3 und einer Sensorkomponente 4 an der Stirnseite 6 der Mutter 1 und damit zwischen Mutter 1 und Unterlegscheibe 3. Bei der Sensorkomponente 4 handelt es sich beispielsweise um eine Spule, deren Induktivität als variable Eigenschaft vom Abstand relativ zur Unterlegscheibe 3 abhängig ist. In einer alternativen Variante ist die Sensorkomponente 4 beispielsweise durch die Verwendung eines piezoresistiven Materials oder von Nanoröhren derartig ausgestaltet, dass sich der elektrische Widerstandswert in Abhängigkeit vom auf die Sensorkomponente 4 wirkenden Druck verändert. In einer weiteren Variante ist die Sensorkomponente 4 wie ein Kondensator aufgebaut, dessen Platten sich teilweise auf der Stirnseite 6 der Mutter 1 und teilweise auf der Unterlegscheibe 3 befinden, so dass der Abstand zwischen Mutter 1 und Unterlegscheibe 3 sich auf die Kapazität des Kondensators als variable Eigenschaft auswirkt. Die Unterlegscheibe 3 ist dabei nicht unbedingt erforderlich, sie schützt jedoch die Sensorkomponente 4 und erlaubt auch die Anwendung von Sensorkomponenten 4 unabhängig von der Beschaffenheit der Auflage 11. Ist für die Sensorkomponente 4 beispielweise ein elektrisch leitfähiger Untergrund erforderlich, so kann dieser durch die Unterlegscheibe 3 realisiert sein und das Verschraubungsmittel lässt sich auch auf elektrisch nicht-leichtfähigen Untergründen funktionierend anbringen. Die Mutter 1 und die Unterlegscheibe 3 können dabei in den Ausgestaltungen miteinander verbundene – z. B. gebördelt – oder voneinander getrennte Einzelteile bzw. Komponenten sein. Die Sensorkomponente 4 ist hier über eine zusätzliche Bohrung in der Mutter 1 mit den restlichen Komponenten des Schwingkreises 5 verbunden. Dabei handelt es sich – für den Fall einer Spule als Sensorkomponente – beispielsweise um einen Kondensator. In diesem Beispiel ergibt sich somit ein LC-Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz, welche abhängig von der Induktivität der Spule als Sensorkomponente 4 ist. Die Induktivität als variable Eigenschaft wiederum ist abhängig vom Abstand zwischen Sensorkomponente 4 und Unterlegscheibe 3. Da dieser Abstand abhängig von der Vorspannkraft ist, mit welcher die Mutter 1 auf die Auflage 11 einwirkt, hängt somit die Frequenz des Schwingkreises 5 von der Vorspannkraft ab.The 2 shows a connecting means according to the invention for exerting a biasing force on a bolt 10 in the direction of the edition 11 , The connecting means consists of a nut 1 with a through hole 2 , a washer 3 and a sensor component 4 at the front 6 mother 1 and thus between mother 1 and washer 3 , At the sensor component 4 For example, it is a coil whose inductance as a variable property of the distance relative to the washer 3 is dependent. In an alternative variant, the sensor component 4 For example, by the use of a piezoresistive material or nanotubes designed such that the electrical resistance value depending on the sensor component 4 changed acting pressure. In a further variant, the sensor component 4 built like a capacitor whose plates are partly on the front side 6 mother 1 and partly on the washer 3 so that the distance between mother 1 and washer 3 affects the capacitance of the capacitor as a variable property. The washer 3 This is not absolutely necessary, but it protects the sensor component 4 and also allows the use of sensor components 4 regardless of the nature of the edition 11 , Is for the sensor component 4 For example, an electrically conductive substrate required, so this can through the washer 3 be realized and the fitting can be attached to functioning on electrically non-lightweight substrates. The mother 1 and the washer 3 can be interconnected in the embodiments -. B. crimped - or be separate items or components. The sensor component 4 Here's an extra hole in the nut 1 with the remaining components of the resonant circuit 5 connected. This is - in the case of a coil as a sensor component - for example, a capacitor. In this example, this results in an LC resonant circuit with a resonant frequency, which depends on the inductance of the coil as a sensor component 4 is. The inductance as a variable property in turn depends on the distance between the sensor component 4 and washer 3 , Since this distance is dependent on the biasing force with which the nut 1 on the edition 11 thus affects the frequency of the resonant circuit 5 from the preload force.

Die praktische Anwendung lässt sich wie folgt beschreiben: Wird das Verbindungsmittel auf dem Bolzen 10 aufgebracht und wird die Mutter 1 gegen die Auflage 11 angezogen, so hat der Schwingkreis eine Frequenz f₀. Diese Frequenz f₀ kann in einer Variante mit einer hinterlegten Frequenz f_ref verglichen werden, welche z. B. die Frequenz ist, die sich bei einer für eine sichere Verschraubung erforderlichen Vorspannkraft ergeben müsste. Somit kann überprüft werden, ob die Mutter 1 überhaupt ausreichend fest angezogen worden ist. Nach dem Anziehen der Mutter 1 genügt die Feststellung, dass sich die Frequenz des Schwingkreises 5 ändert, um beispielsweise einen passenden Alarm oder einen Hinweis zu generieren. Das erfindungsgemäße Verschraubungsmittel ist somit ähnlich einem RFID-Tag ausgestaltet, wobei die Vorspannkraft beispielsweise mit der Frequenz als einer der möglichen Kenngrößen verknüpft wird. Somit wäre es auch möglich, mit einer mobilen Sende- und Empfangseinheit – also einem sog. „Handheld” – die Vorspannkräfte der Verschraubungen bei einem Fahrzeug oder an anderen Vorrichtungen – wie z. B. Baugerüsten, Verschalungen etc. – zu überprüfen.The practical application can be described as follows: Is the fastener on the bolt 10 upset and becomes the mother 1 against the edition 11 attracted, the resonant circuit has a frequency f ₀ . This frequency f ₀ can be compared in a variant with a stored frequency f _ref , which z. B. is the frequency that would have to arise at a required for a secure screw preload force. Thus, it can be checked if the mother 1 has ever been sufficiently tightened. After dressing the mother 1 Suffice the finding that the frequency of the resonant circuit 5 changes, for example to generate a suitable alarm or a hint. The screwing means according to the invention is thus configured similar to an RFID tag, wherein the biasing force is linked, for example, with the frequency as one of the possible parameters. Thus, it would also be possible with a mobile transmitting and receiving unit - that is, a so-called. "Handheld" - the biasing forces of the glands in a vehicle or other devices - such. As scaffolding, cladding, etc. - to check.

In der 3 ist schematisch ein Fahrzeug dargestellt, bei welchem an den Rädern 30 jeweils vier Schwingkreise 5 zur Überwachung der Vorspannkräfte vorgesehen sind. In einer Variante verfügen die Schwingkreise 5 über deutlich unterschiedliche Resonanzfrequenzen, so dass eine Zuordnung zu den einzelnen Rädern bzw. Verschraubungsmitteln möglich ist. In einer anderen Ausgestaltung sind die Resonanzfrequenzen im Wesentlichen identisch, so dass nur generell das Lösen einer Mutter erkannt wird. Die Abfrageeinheit 20 innerhalb des Fahrzeugs erzeugt in dieser Ausgestaltung elektro-magnetische Signale, welche von den Schwingkreisen 5 empfangen werden und welche diese wieder abstrahlen. Aus der Frequenz der Signale lässt sich dann von der Abfrageeinheit 20 oder einer nachgeordneten Auswerteinheit feststellen, ob sich eine Vorspannkraft geändert hat. Alternativ oder ergänzend wird die Dämpfung der Schwingkreise 5 ausgewertet. Die Abfrageeinheit 20 strahlt dabei beispielsweise elektromagnetische Signale mit einem Frequenzspektrum aus und detektiert die Abschwächung einer Frequenz oder es wird mit einem schmalbandigen Signal ein Frequenzbereich abgefahren und der Resonanzfall wird erkannt. Alternativ wird die Verstimmung der Schwingkreise 5 detektiert. Die Anwendung ist dabei nicht auf Fahrzeuge beschränkt, sondern bezieht sich auf alle möglichen Verschraubungen, in welchen eine Vorspannkraft über ein Verschraubungsmittel erzeugt wird.In the 3 schematically a vehicle is shown, in which at the wheels 30 four oscillating circuits each 5 are provided for monitoring the biasing forces. In one variant, the resonant circuits have 5 via clearly different resonance frequencies, so that an assignment to the individual wheels or screwing means is possible. In another embodiment, the resonance frequencies are substantially identical, so that only in general the release of a nut is detected. The query unit 20 Within the vehicle generates in this embodiment, electromagnetic signals, which from the resonant circuits 5 be received and which these radiate again. The frequency of the signals can then be determined by the interrogation unit 20 or a downstream evaluation unit to determine whether a biasing force has changed. Alternatively or additionally, the damping of the resonant circuits 5 evaluated. The query unit 20 For example, it emits electromagnetic signals with a frequency spectrum and detects the attenuation of a frequency or a frequency range is traveled with a narrow-band signal and the resonance case is detected. Alternatively, the detuning of the resonant circuits 5 detected. The application is not limited to vehicles, but refers to all possible screwings in which a biasing force is generated by a screw means.

Die 4 zeigt eine Variante des Verschraubungsmittels, in welchem es sich bei der Mutter 1 um eine Hutmutter handelt, d. h. die Bohrung ist nicht durchgehend, sondern als Sacklochbohrung ausgeführt. Die Sensorkomponente 4 ist dabei in der abgeschlossenen Stirnseite 6 der Mutter 1 angebracht. In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der Sensorkomponente 4 um eine Spule, deren Induktivität von dem Abstand des oberen Endes des Bolzens 10 abhängt. In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich um ein Element, dessen elektrischer Widerstand von dem auf ihn wirkenden Druck – z. B. erzeugt vom Bolzen – abhängt. In einer anderen Ausgestaltung handelt es sich bei der Sensorkomponente 4 um eine mechanisch schwingfähige Membran, die beispielsweise in der Stirnseite 6 der Mutter 1 ausgeführt ist und welche durch den Bolzen 10 jeweils entsprechend verspannt wird.The 4 shows a variant of the screwing, in which it is at the mother 1 is a cap nut, ie the hole is not continuous, but designed as a blind hole. The sensor component 4 is in the closed end face 6 mother 1 appropriate. In one embodiment, the sensor component is 4 around a coil, whose inductance depends on the distance of the upper end of the bolt 10 depends. In a further embodiment, it is an element whose electrical resistance from the pressure acting on it -. B. generated by the bolt - depends. In another embodiment, the sensor component is 4 around a mechanically oscillating membrane, for example, in the front 6 mother 1 is executed and which by the bolt 10 each is clamped accordingly.

Die 5 zeigt eine weitere Variante des Verschraubungsmittels, wobei hier durch die Unterlegscheibe 3 ein beispielsweise mit der Unterlegscheibe 3 nicht verbundener Stift 7 bewegt wird. Bei dem Stift 7 handelt es sich beispielsweise um ein Dielektrikum, welches innerhalb einer als Kondensator ausgestalteten Sensorkomponente 4 bewegt wird. Oder es handelt sich um eine Art Eisenkern, der innerhalb einer Spule als Sensorkomponente 4 bewegt wird. Alternativ wird durch Stift 7 und Sensorkomponente 4 ein Schleifkontakt mit entsprechender Änderung des elektrischen Widerstandes realisiert. Es kann sich jedoch auch um die Realisation eines Hallsensors bzw. Reedschalters handeln. Alternativ handelt es sich bei der Sensorkomponente 4 um ein druckempfindliches Material oder Bauteil. Bei dem Stift 7 kann es sich auch um eine piezoelektrische Komponente handeln, deren veränderlichen Eigenschaften für den Schwingkreis 5 verwendet werden. Bei der hier gezeigten Variante sind weiterhin beispielhaft und unabhängig von den anderen Ausgestaltungen dieses Beispiels die Mutter 1 und die Unterlegscheibe 3 nicht miteinander verbunden, sondern sie werden beispielweise nacheinander auf den Bolzen oder auf die Schraube aufgesteckt, um welche herum die Mutter 1 dann angezogen wird.The 5 shows a further variant of the screw means, in which case by the washer 3 for example, with the washer 3 unconnected pen 7 is moved. At the pen 7 it is, for example, a dielectric, which within a designed as a capacitor sensor component 4 is moved. Or it is a kind of iron core, the inside of a coil as a sensor component 4 is moved. Alternatively, by pen 7 and sensor component 4 realized a sliding contact with a corresponding change in the electrical resistance. However, it may also be the realization of a Hall sensor or reed switch. Alternatively, it is the sensor component 4 around a pressure-sensitive material or component. At the pen 7 it may also be a piezoelectric component, whose variable properties for the resonant circuit 5 be used. In the variant shown here, furthermore, the mother is exemplary and independent of the other embodiments of this example 1 and the washer 3 not connected to each other, but they are, for example, successively attached to the bolt or on the screw, around which the mother 1 then get dressed.

In den 6 und 7 ist ein weiteres Verschraubungsmittel dargestellt, dessen Mutter 1 jeweils mit einer Unterlegscheibe 3, welche auch als mit der Mutter 1 verbundener Druckteller ausgestaltet sein kann, verbunden ist. In der von der Mutter 1 abgewandten Seite der Unterlegscheibe 3 ist eine radial umlaufende Nut 8 eingebracht. In der Nut 8 befindet sich die Sensorkomponente 4, welche beispielsweise als mäanderförmige Spule ausgestaltet ist. Die Unterlegscheibe 3 sei dabei so elastisch verformbar ausgestaltet, dass sich in Folge des Anziehens der Mutter 1 gegenüber der Auflage 11 – hier ist der Bolzen bzw. die Schraube wegen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt – zumindest die Form der Auflagefläche der Unterlegscheibe 3 auf der Auflage 11 verändert. Damit geht hier einher, dass die Nut 8 dann einen größeren Durchmesser aufweist, wenn die Mutter 1 angezogen ist und somit die erforderliche Vorspannkraft aufweist. Da sich in der Nut 8 die als Spule ausgestaltete Sensorkomponente 4 befindet, ändert sich über die Änderung des Durchmessers auch die Induktivität als variable Eigenschaft der Sensorkomponente 4, was auch zu einer Änderung der Kenngrößen des Schwingkreises 5 führt. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Sensorkomponente 5 als Kondensator oder als längenveränderlicher elektrischer Widerstand – in Art eines Dehnungsmessstreifens – ausgestaltet. Die Unterlegscheibe 3 und die Sensorkomponente 4 sind somit derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt, dass eine Änderung einer Form der Unterlegscheibe 3 eine Änderung der variablen Eigenschaft der Sensorkomponente 4 bewirkt.In the 6 and 7 is shown a further screwing, whose mother 1 each with a washer 3 which also as with the mother 1 connected pressure plate can be configured, is connected. In the from the mother 1 facing away from the washer 3 is a radial circumferential groove 8th brought in. In the groove 8th is the sensor component 4 , which is designed for example as a meandering coil. The washer 3 be designed so elastically deformable that, as a result of tightening the mother 1 opposite the edition 11 - Here, the bolt or the screw is not shown for clarity - at least the shape of the bearing surface of the washer 3 on the pad 11 changed. This is accompanied by the fact that the groove 8th then has a larger diameter when the nut 1 is tightened and thus has the required biasing force. As in the groove 8th the designed as a coil sensor component 4 is located on the change of the diameter and the inductance changes as a variable property of the sensor component 4 , which also leads to a change in the parameters of the resonant circuit 5 leads. In an alternative embodiment, the sensor component 5 as a capacitor or as a variable-length electrical resistance - in the form of a strain gauge - configured. The washer 3 and the sensor component 4 are thus designed and coordinated so that a change of a Shape of the washer 3 a change in the variable property of the sensor component 4 causes.

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Claims

Screwing, with at least one nut, characterized in that at least one sensor component is provided that the at least one sensor component has at least one variable property that the at least one sensor component is part of a resonant circuit, wherein at least one characteristic of the oscillations of the oscillatory circuit of the variable property and / or is dependent on a change in the variable property, and that the at least one sensor component is configured and arranged relative to the nut such that the at least one variable property is dependent on a biasing force generated by the nut.

Screwing means according to claim 1, characterized in that it is the at least one sensor component is an electronic component or part of an electronic component.

Screwing means according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one sensor component is at least partially disposed on or in an end face of the nut.

Screwing means according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one washer is provided.

Screwing means according to claim 4, characterized in that the washer at least partially consists of a plastic.

Screwing means according to claim 4 or 5, characterized in that the washer at least partially consists of a metal.

Screwing means according to one of claims 4 to 6, characterized in that the washer is reinforced.

Screwing means according to one of claims 4 to 7, characterized in that the washer is configured elastically deformable.

Screwing means according to one of claims 4 to 8, characterized in that the washer and the sensor component are designed and matched to one another such that the variable property of the sensor component is dependent on a shape and / or a deformation of the washer.

Screwing means according to claim 9, characterized in that the washer and the sensor component are designed and matched to one another such that an elastic deformation of the washer causes a change in length of the sensor component.

Screwing means according to claim 9 or 10, characterized in that the washer and the sensor component are designed and matched to one another such that an elastic deformation of the washer causes a change of a surface at least partially enclosed by the sensor component.

Screwing means according to one of claims 4 to 11, characterized in that the sensor component is at least partially disposed in the washer.

Screwing means according to claim 12, characterized, the washer has at least one groove, and that the sensor component is at least partially disposed in the groove.

Screwing means according to claim 13, characterized, in that the sensor component is designed essentially as a coil arranged in the groove, wherein a deformation of the washer causes a change of the inductance as a variable property of the sensor component.

Screwing means according to one of claims 11 to 13, characterized, that the sensor component is designed essentially as an electrical resistance, wherein a deformation of the washer causes a change of the electrical resistance value as a variable property of the sensor component.

Screwing means according to one of claims 11 to 13, characterized, that the sensor component is designed substantially as a capacitor, wherein deformation of the washer causes a change in capacitance as a variable property of the sensor component.

Screwing means according to one of claims 1 to 16, characterized in that at least one pin is provided, that the pin and the at least one sensor component designed in such a way and each other are matched, that the pin is movable relative to the at least one sensor component, and that the position of the pin is dependent on the biasing force of the nut and / or a change in the biasing force.

System for monitoring a screw connection, with at least one mother, with at least one sensor component, and with at least one query unit, characterized, the at least one sensor component has at least one variable property, that the at least one sensor component is part of a resonant circuit, wherein at least one parameter of the resonant circuit depends on the variable property and / or on a change of the variable property, in that the at least one sensor component is designed and arranged relative to the nut such that the at least one variable property is dependent on a prestressing force generated by the nut, that the interrogation unit transmits at least one electro-magnetic and / or mechanical signal to the resonant circuit and / or receives it from the resonant circuit, and the interrogation unit evaluates and / or processes the at least one parameter of an electromagnetic and / or mechanical signal transmitted by the resonant circuit or modulated by the resonant circuit.

System according to claim 18, characterized in that the interrogation unit compares the characteristic of the signal sent by the resonant circuit or modulated by the resonant circuit signal with a reference value and generates an alarm at a deviation above a threshold value.