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1. (WO2018104511) JOINING DEVICE, MONITORING METHOD AND MOUNTING TOOL FOR A JOINING DEVICE
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Verbindungsvorrichtung, Überwachungsverfahren und Montagewerkzeug für eine Verbindungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft Verbindungsvorrichtungen, insbesondere Schrauben, zum mechani-sehen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils sowie Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung. Ferner betrifft die Erfindung ein Montagewerkzeug zur Montage einer Verbindungsvorrichtung.

Die Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest einen Verbindungssensor, welcher dazu aus-gebildet ist, wenigstens einen Parameter einer mechanischen Verbindung zu detektieren.

Mechanische Verbindungen finden sich in großer Zahl in allerlei denkbaren industriell oder handwerklich hergestellten Gütern und Maschinen. Lediglich als Beispiel seien an dieser Stelle der Maschinenbau, Brückenbau sowie der Fahrzeug- und/oder Flugzeugbau genannt. Viele dieser mechanischen Verbindungen stellen sicherheitsrelevante Komponenten dar. Es besteht daher ein Bedarf, solche sicherheitsrelevanten mechanischen Verbindungen geeignet zu überwachen, um ein katastrophales Versagen der Verbindungen entweder verhindern zu können oder wenigstens seine Auswirkungen einzudämmen.

Es ist aus Anlagen wie beispielsweise Kernkraftwerken bekannt, besonders sicherheitskritische mechanische Verbindungen mittels dedizierter Sensoren zu überwachen, welche von extern bestimmte Parameter der mechanischen Verbindung bestimmen und die derart gewonnenen Daten kabelgebunden an eine Datenverarbeitungsanlage weiterleiten.

Diese aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zum Überwachen von mechanischen Verbindungen sind allerdings störungsanfällig, aufwendig zu installieren, unflexibel in ihren Einsatzmöglichkeiten und erfordern insbesondere durch ihre Kabel zur Datenübertragung einen erhöhten Bauraum, der sie für viele denkbare Anwendungen ungeeignet macht.

DE 10 2014 217 076 A1 betrifft ein System zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, bei dem eine Sensor-Sender-Anordnung beispielsweise in einen Schraubenkopf integriert ist. Die Offenbarung der DE 10 2014 217 076 A1 , insbesondere im Hinblick auf die Vorteile und Ausgestaltungen eines derartigen Überwachungssystems, wird explizit in diese Anmeldung miteinbezogen.

In der DE 10 2014 217 076 A1 ist stets lediglich ein Sensortyp vorgesehen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Drucksensor handeln.

Nachteilig daran ist, dass beispielsweise lediglich Druckdaten erfasst und übertragen werden. Ist der Sensor defekt, fällt somit das gesamte System aus. Andere zusätzliche Daten, beispielsweise Temperaturdaten, welche ebenfalls einen Hinweis auf mögliche Störungen der Verbindung liefern können, werden hingegen nicht übertragen.

Gemäß der DE 10 2014 217 076 A1 können zudem lediglich Kurzzeitveränderungen festge-stellt werden, beispielsweise ein Bruch eines Verbindungsstifts. Langzeitveränderungen werden hingegen nicht erfasst. Dies kann dazu führen, dass z.B. eine schleichende Materialermüdung nicht rechtzeitig erkannt wird.

Als Montagewerkzeuge für Verbindungsvorrichtungen sind Drehmomentschlüssel bekannt. Diese sind jedoch nicht für Signale durchlässig. Werden drahtlos Signale von der Verbindungsvorrichtung gesendet, so werden diese abgeschirmt und erreichen keine externe Auswerteeinheit. Gerade bei der Montage ist eine unmittelbare, latenzfreie Überwachung eines Parameters der mechanischen Verbindung jedoch besonders wichtig, um festzustellen, ob die Verbindungsvorrichtung bereits fest ist oder ob gegebenenfalls noch nachgezogen werden muss.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Verbindungsvorrichtungen und Überwachungsverfahren zu schaffen, bei denen der Zustand einer mechanischen Verbindung zuverlässig bestimmt werden kann. Ferner soll ein Montagewerkzeug bereitgestellt werden, welches auch während der Montage einer Verbindungsvorrichtung eine Überwachung eines Parameters der mechanischen Verbindung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Gegenstände und Verfahren der unabhängigen Ansprüche.

Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst die Verbindungsvorrichtung zumindest einen Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens einen momentanen Parameter einer mechanischen Verbindung zu detektieren, wobei über den Parameter eine momentane Anzugskraft der mechani-sehen Verbindung bestimmbar ist.

Bei dem momentanen Parameter kann es sich beispielsweise um die Dehnung der Verbindungsvorrichtung und somit die Dehnung eines Dehnungssensors handeln. Über diese Dehnungswerte kann dann die momentane Anzugskraft bestimmt werden.

Mithilfe des Verbindungssensors kann überwacht werden, ob die Verbindungsvorrichtung ihre Funktion, nämlich Bauteile mechanisch zu verbinden, hinreichend erfüllt, insbesondere auch über eine längere Zeitdauer hinweg. So kann im Laufe der Zeit beispielsweise die Anzugskraft der Verbindungsvorrichtung abnehmen. Der Begriff Anzugskraft ist breit zu verstehen und um-fasst beispielsweise auch eine Vorspannkraft, Anpresskraft oder einen Anpressdruck. Die An-zugskraft bildet somit einen Parameter, über den insbesondere festgestellt werden kann, ob die Verbindungsvorrichtung, z.B. eine Schraube, im richtigen Maße angezogen ist, d.h. nicht zu fest und auch nicht zu locker sitzt.

Die Verbindungsvorrichtung umfasst zudem einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur. Vorzugsweise kann der Temperatursensor im Bereich des Verbindungssensors angeordnet sein. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass dieselben Temperaturen gemessen werden, welche auf den Verbindungssensor wirken.

Vorzugsweise kann der Temperatursensor im Nahbereich des Verbindungssensors angeord-net sein. Beispielswiese kann der Temperatursensor zumindest einen entsprechend positionierten Temperaturfühler umfassen.

Alternativ kann der Temperatursensor auch als Bestandteil des Verbindungssensors selbst ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Temperatur über einen Spannungsabfall eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen (DMS) bestimmt werden. Insbesondere ändert sich nämlich der Gesamtwiderstand bei einer Temperaturänderung. Der Widerstand ist dabei unmittelbar am DMS bzw. einer Brücke mit mehreren DMS angeordnet. Auch kann die Temperatur z.B. bei Halbleiter DMS an einer Diode oder an einem parallel oder in einem spezifischen Winkel, z.B. 45°, zu den Messwiderständen angeordneten Temperaturmesswiderstand ge-messen werden.

Alternativ kann die Temperatur auch in oder an der Sendeeinheit erfasst werden, sofern deren Abstand zum Sensor klein ist und/oder die Sendeeinheit über gut wärmeleitende Materialien an den Sensor angekoppelt ist.

Die Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest eine Sendeeinheit zum kabellosen Senden von auf der Temperatur basierenden Temperaturdaten sowie des momentanen Parameters und/oder der momentanen Anzugskraft.

Bei den Temperaturdaten kann es sich um die Temperatur selbst handeln, welche unmittelbar gesendet wird. Alternativ können vor dem Senden bereits Auswertungen der Temperatur vorgenommen werden, sodass lediglich das Ergebnis, beispielsweise ein Warnsignal, gesendet wird.

Die Temperaturdaten werden zusätzlich zu den vom Verbindungssensor ermittelten Parametern bzw. der ermittelten Anzugskraft gesendet. Anschließend können die Temperaturdaten weiter verwendet werden. So ist eine unmittelbare Verwendung der Temperaturdaten möglich. Beispielsweise kann die Temperatur angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Auswertung erfolgen, um z.B. ein die Temperatur betreffendes Warnsignal zu erzeugen. Dabei kann ermittelt werden, ob die Temperatur einen Grenzwert über- oder unterschreitet. Beispielsweise kann ein Warnsignal ausgegeben werden, wenn die Verbindungsvorrichtung zu heiß wird, z.B. wenn eine Achse heiß läuft oder eine Bremse festsitzt. Das Warnsignal kann insbesondere an ein zentrales System eines Fahrzeugs übermittelt werden.

Die Temperaturdaten können mit derselben Sendeeinheit gesendet werden, mit der auch der momentane Parameter bzw. die momentane Anzugskraft gesendet wird. Alternativ kann auch eine separate Sendeeinheit vorgesehen sein.

Die Verbindungsvorrichtung kann insbesondere eine Empfangseinheit umfassen. Es können demnach auch Daten, vorzugsweise kabellos, empfangen werden. Beispielsweise kann zumindest eine Sendeeinheit durch ein externes Abfragesignal aktiviert und zum Senden angeregt werden. Die Empfangseinheit kann mit zumindest einer Sendeeinheit insbesondere als kombinierte Sende-/Empfangseinheit ausgebildet sein.

Die Verbindungsvorrichtung kann insbesondere als Schraube, z.B. Radschraube eines Fahrzeugs, als Bolzen oder Verbindungsstift ausgebildet sein. Diese länglichen Verbindungsvorrichtungen sind gut geeignet, um mehrere Bauteile miteinander zu verbinden. Auch bieten diese genügend Raum für Aussparungen, in denen ein kleiner Temperatursensor, ein kleiner Verbindungssensor sowie zumindest eine kleine Sendeeinheit angeordnet werden können. Die Verbindungsvorrichtung kann auch mehrere Komponenten aufweisen, z.B. eine Schraube und eine Schraubenmutter.

Dadurch, dass Daten unterschiedlicher Sensoren gesendet werden, kann die Verbindungsvorrichtung optimal überwacht werden. Der Zustand einer mechanischen Verbindung kann durch die Sensoren zuverlässig bestimmt werden. Auch für den Fall, dass ein System ausfällt, kann immer noch auf die Daten des anderen Systems zurückgegriffen werden, um mehr über den aktuellen Zustand der Verbindungsvorrichtung in Erfahrung zu bringen.

Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei Über- o-der Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Warnsignal und/oder die Temperatur als Temperaturdaten kabellos zu senden. So kann insbesondere eine interne Auswertevorrichtung vorgesehen sein, welche die gemessene Temperatur auswertet.

Die interne Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vor-gegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt und dieses kabellos gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Temperatur kabellos gesendet werden.

Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform können die Temperaturdaten zur Bestimmung eines Warnsignals bei Über- oder Unterscheiten eines Temperaturgrenzwertes kabellos gesendet werden. Insbesondere ist hierbei eine externe Auswertevorrichtung vorgesehen, welche die Temperaturdaten auswertet. Die Temperaturdaten werden also zunächst gesendet und erst nach der Übertragung ausgewertet.

Die externe Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vorgegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt werden.

Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann insbesondere angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, einen Temperatureinfluss auf den momentanen Parameter zu kompensieren und/oder Temperatur-daten zur Kompensation eines Temperatureinflusses auf den momentanen Parameter kabellos zu senden.

Ein Verbindungssensor, beispielsweise ein Dehnungssensor, ändert sein Verhalten abhängig von der Temperatur. So nimmt beispielsweise bei steigender Temperatur die Empfindlichkeit eines DMS ab. Zusätzlich kann sich bei einer Temperaturänderung aufgrund von Materialdehnungen auch die tatsächliche Vorspannkraft einer Verschraubung ändern. Letztgenannte Änderungen sind in der Dimensionierung einer Schraubenverbindung berücksichtigt, sodass diese Änderungen im regulären Betrieb vorkommen, aber für den Anwender nicht von Relevanz sind. Um sowohl unverfälschte Messergebnisse zu erhalten als auch reguläre von irregu-lären tatsächlichen Änderungen unterscheiden und/oder spezifisch melden zu können, müssen die Temperatureinflüsse auf den momentanen Parameter kompensiert werden.

Die Kompensation des Temperatureinflusses kann in einer internen Auswertevorrichtung erfolgen. Der korrigierte, momentane Parameter bzw. die korrigierte, momentane Anzugskraft kann somit ermittelt und gesendet werden.

Alternativ oder zusätzlich können auch die gemessenen Daten unkorrigiert gesendet werden. Da auch die Temperaturdaten gesendet werden, kann eine Auswertung samt Kompensation des Temperatureinflusses in einer externen Auswertevorrichtung erfolgen. Die korrigierte mo-mentane Anzugskraft liegt hierbei folglich erst in der externen Auswertevorrichtung vor.

Auch eine Kombination beider Systeme ist denkbar. Dabei kann zunächst eine interne Auswertung erfolgen, um zu sehen, ob Grenzwerte, insbesondere Temperatur- und/oder Anzugskraftgrenzwerte, über- oder unterschritten werden. Falls dies zutrifft, können die ursprüngli-chen Daten an die externe Auswertevorrichtung gesendet werden, um diese näher zu analysieren.

In allen Fällen erfüllt der Temperatursensor eine Doppelfunktion, da die Temperaturdaten einerseits für sich genommen verwendet werden, um z.B. Überhitzungen zu messen. Andererseits werden die Temperaturdaten zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die vom Verbindungssensor bestimmten Daten verwendet.

Der Temperatursensor der Verbindungsvorrichtung, der gewissermaßen ein Multitool bildet, wird also zur Bestimmung der Temperatur als Messgröße an sich, als zusätzlicher Parameter zur Anzugskraft, verwendet und darüber hinaus zur Kompensation des Temperatureinflusses.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zumindest zwei, insbesondere vier, Dehnungssensoren, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, als Verbindungssensoren vorgesehen. Es können einzelne oder kombinierte bzw. integrierte Dehnungssensoren vorgesehen sein. Die Dehnungsmessstreifen können eine Halbbrücke oder Vollbrücke, z.B. Wheatstone'sche Brü-cke, bilden. Die Verwendung von mehreren Dehnungssensoren ist zuverlässiger als die Verwendung eines einzigen Dehnungssensors. Auch können derartige Anordnungen zur Temperaturbestimmung, z.B. über die Brückenspannung, verwendet werden.

Es können unterschiedliche Sensortypen als Verbindungssensoren eingesetzt werden. So ist beispielsweise denkbar, dass die Verbindungsvorrichtung zumindest einen aktiven, z.B. mit Spannung und/oder Strom gespeisten, Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, z.B. Dehnungsmessstreifen, umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung zu detektieren. Zudem kann der Verbindungssensor zumindest einen passiven, insbe-sondere bei Änderung des zu erfassenden Parameters energieerzeugenden, Verbindungssensor umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung zu detektieren.

Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Verbindungsvorrichtung einen Energiespei-eher und/oder eine Energiegewinnungsvorrichtung. Als Energiespeicher kann z.B. ein Akkumulator, eine Batterie, insbesondere Dünnschichtbatterie, ein Kondensator und/oder Supercap dienen.

Als Energiegewinnungsvorrichtung kann beispielsweise ein piezoelektrisches Element dienen. Auch andere Möglichkeiten zum so genannten„Energy Harvesting" wie z.B. die Nutzung von

Schwingungsenergie, Vibration, elektrodynamische Generatoren, thermoelektrische Generatoren, z.B. auf Basis des Seebeck-Effekts, oder optische Wandler wie Solarzellen sind denkbar. Ebenso sind kapazitive Generatoren, z.B. unter Verwendung eines Elektrets, sowie pyroelekt-rische Generatoren und eine Vielzahl weiterer Wandlungsprinzipien, z.B. Elektrostriktion, Mag-netostriktion oder Piezomagnetismus gekoppelt mit elektrodynamischer Induktion, anwendbar. Die Verbindungsvorrichtung arbeitet somit autark. Eine externe Stromversorgung ist nicht notwendig. Auch wird der Wartungsaufwand reduziert, da beispielsweise keine Batterien gewechselt werden müssen. Die gewonnene Energie kann insbesondere im Energiespeicher gespeichert werden.

Die Sendeeinheit kann insbesondere eine, vorzugsweise interne, Aktivierungsvorrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Sendeeinheit zu aktivieren, wenn ein Grenzwert, insbesondere ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Anzugskraftgrenzwert, überschritten oder unterschritten wird. So kann sich die Sendeeinheit in einem Ruhezustand befinden und in Aus-nahmefällen aktiviert werden. Energie kann auf diese Weise gespart werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Sendeeinheit eine Empfangseinheit aufweisen, die auf ein externes Signal reagiert und daraufhin zum Beispiel Messwerte versendet. Hierdurch können mit geringem Energieverbrauch Messwerte von einer externen Einrichtung angefordert wer-den.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Temperatursensor eine, vorzugsweise kalibrierte, Diode, die insbesondere in einem Nahbereich des Verbindungssensors angeordnet ist oder einen Teil des Verbindungssensors bildet. Die Diode kann beispielsweise in der Elekt-ronik, z.B. einem Chip, in der Nähe eines Dehnungssensors vorgehen sein. Alternativ kann es sich beispielsweise auch um eine Diode eines Halbleiter-Dehnungsmessstreifens handeln.

Nach einer weiteren Ausführungsform basieren die Temperaturdaten auf zumindest einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere der elektrischen Spannung, dem elektrischen Strom, z.B. einem Kurzschlussstrom, und/oder dem Rauschverhalten, einer Diode oder eines Widerstands. Gemessen wird somit zunächst eine elektrische Eigenschaft. Daraus wird schließlich die Temperatur ermittelt. Insbesondere kann der Seebeck- Effekt genutzt werden.

Der Widerstand des Temperatursensors kann insbesondere in einem Nahbereich des Verbin-dungssensors angeordnet sein oder einen Teil des Verbindungssensors bilden. Vorzugsweise kann der Widerstand zur Temperaturmessung mit den Widerständen zur Dehnungsmessung parallel oder bevorzugt in 45° Richtung zu den Widerständen angeordnet sein.

Auch kann die Temperatur aus dem ohnehin zur Dehnungsmessung vorhandenen temperatur-abhängigen Widerstand einer Brücken- oder Halbbrückenschaltung bestimmt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur über integrierte oder angebrachte Elemente an der Sendeeinheit bestimmt werden, z.B. über Halbleitersensoren wie Dioden oder Transistoren, oder über Widerstände wie Negative Temperature Coefficient (NTC)-Widerstände oder NTC-Thermistoren bzw. Positive Temperature Coefficient (PTC)-Widerstände oder PTC-Ther-mistoren.

Insbesondere kann eine Wandlungsvorrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, eine an der Diode gemessene, auf der Temperatur basierende elektrische Spannung in, ins-besondere digitale, Temperaturdaten zu wandeln. Hierbei kann es sich um einen Analog-Digi-tal-Wandler handeln.

Die Erfindung betrifft auch ein System zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung und eine externe Auswer-tevorrichtung, welche mit der Sendeeinheit drahtlos gekoppelt oder koppelbar ist.

Es können hierbei die Rohdaten an die externe Auswertevorrichtung gesendet werden. Die Auswertung kann dann in der externen Auswertevorrichtung erfolgen. Alternativ kann die Auswertung zumindest teilweise bereits in der Verbindungsvorrichtung selbst erfolgen. Insbeson-dere werden die Daten hierbei nur dann gesendet, wenn Grenzwerte überschritten werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die externe Auswertevorrichtung eine Anzeigevorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die von der Sendeeinheit empfangenen Temperaturdaten und/oder die momentane Anzugskraft anzuzeigen.

Der Benutzer erhält somit Informationen über den Zustand der Verbindungsvorrichtung. Dies kann beispielsweise zu Wartungszwecken dienen. Insbesondere können diese Informationen abgerufen werden, wenn eine Warnung vorliegt, z.B. wenn ein Grenzwert überschritten wurde.

Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Auswertevorrichtung, insbesondere die externe Auswertevorrichtung oder eine interne Auswertevorrichtung der Verbindungsvorrichtung, eine Datenbank oder ermöglicht Zugriff auf eine Datenbank, welche zumindest eine elektrische Eigenschaft, insbesondere die elektrischen Spannung, den elektrischen Strom und/oder das Rauschverhalten, einer Diode oder eines Widerstands, insbesondere bei tiefen Temperaturen ohne wirkende Anzugskraft, bei tiefen Temperaturen mit wirkender Anzugskraft, bei Raumtem-peratur ohne wirkende Anzugskraft und/oder bei Raumtemperatur mit wirkender Anzugskraft, aufweist. Anhand dieser hinterlegten Daten kann aus zumindest einer elektrischen Eigenschaft die Temperatur ermittelt werden.

Zur Bestimmung der Kalibrierfaktoren sind insbesondere lediglich drei Zustände notwendig, nämlich ein kalter Zustand ohne Anzugsspannung, ein warmer Zustand ohne Anzugsspannung sowie ein warmer Zustand mit einer Anzugsspannung.

Alternativ können diese Werte in Form einer allgemeinen Rechenvorschrift für beliebige Temperaturen und Werte der Anzugskraft im Anwendungsbereich hinterlegt sein, sodass eine Be-Stimmung der Anzugskraft und der Temperatur unabhängig voneinander möglich ist.

Die Datenbank kann vorzugsweise auf einem Speicher der externen Auswertevorrichtung hinterlegt sein. Alternativ ist auch eine Hinterlegung auf einem externen, insbesondere zentralen, Speicher, z.B. einem Server, möglich. Auf diesen externen Speicher kann beispielsweise draht-los, insbesondere mittels mobiler Übertragungstechniken wie UMTS, GSM, LTE, 5G, Bluetooth, Infrarot, WLAN oder dergleichen, zugegriffen werden.

Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist eine Auswertevorrichtung, insbesondere die externe Auswertevorrichtung oder eine interne Auswertevorrichtung der Verbindungsvorrichtung, dazu ausgebildet, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, auszugeben, wenn ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Anzugskraftgrenzwert überschritten oder unterschritten wird.

Die Erzeugung des Warnsignals kann dabei mittels einer internen Auswertevorrichtung in der Verbindungsvorrichtung oder aber mittels der externen Auswertevorrichtung erfolgen. Das Warnsignal kann z.B. akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch, ausgegeben werden. Ferner kann das Warnsignal an ein, insbesondere zentrales, Überwachungssystem übermittelt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Auswertevorrichtung als Mobiltelefon, insbeson-dere Smartphone, ausgebildet. Dies ist besonders kostengünstig, da ein Mobiltelefon bereits die erforderliche Hardware bereitstellt. Beispielsweise mittels einer App kann schließlich die Auswertung erfolgen. Alternativ kann die Auswertevorrichtung auch in eine vorhandene Auswerteeinheit eines Fahrzeugs integriert sein.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen System.

Mittels eines Temperatursensors einer wenigstens ein erstes und ein zweites Bauteil mechanisch verbindenden Verbindungsvorrichtung wird die Temperatur bestimmt. Ferner wird mittels eines Verbindungssensors der Verbindungsvorrichtung wenigstens ein momentaner Parame-ter detektiert. Dies kann vorzugsweise parallel zur Temperaturbestimmung erfolgen.

Mittels einer Sendeeinheit der Verbindungsvorrichtung werden auf der Temperatur basierende Temperaturdaten sowie der momentane Parameter und/oder eine aus dem momentanen Parameter bestimmte momentane Anzugskraft kabellos an eine externe Auswerteeinheit gesen-det.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere Schraube, zum mechanischen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils vorgesehen.

Die Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest einen aktiven Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, welcher dazu ausgebildet ist, Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung zu detektieren. Ferner umfasst die Verbindungsvorrichtung zumin-dest einen passiven Verbindungssensor, welcher dazu ausgebildet ist, Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung zu detektieren.

Insbesondere kann der Parameter des aktiven Verbindungssensors und/oder des passiven Verbindungssensors aus wenigstens einem momentanen Zustand der mechanischen Verbin-dung bestimmt werden.

Bei dem momentanen Zustand kann es sich beispielsweise um die Dehnung der Verbindungsvorrichtung und somit die Dehnung eines Dehnungssensors handeln. Auch kann es sich z.B. um eine elektrische Spannung eines Piezoelements handeln. Über die Dehnungswerte bzw. Spannungswerte kann dann die Anzugskraft bestimmt werden.

Mithilfe der Verbindungssensoren kann somit überwacht werden, ob die Verbindungsvorrichtung ihre Funktion, nämlich Bauteile mechanisch zu verbinden, hinreichend erfüllt, insbesondere auch über eine längere Zeitdauer hinweg. So kann im Laufe der Zeit beispielsweise die Anzugskraft der Verbindungsvorrichtung abnehmen.

Der Begriff Anzugskraft ist breit zu verstehen und umfasst beispielsweise auch eine Vorspannkraft, Anpresskraft oder einen Anpressdruck. Die Anzugskraft bildet somit einen Parameter, über den festgestellt werden kann, ob die Verbindungsvorrichtung, z.B. eine Schraube, im richtigen Maße angezogen ist, d.h. nicht zu fest und auch nicht zu locker sitzt.

Die Verbindungsvorrichtung kann insbesondere als Schraube, insbesondere Radschraube eines Fahrzeugs, als Bolzen oder Verbindungsstift ausgebildet sein. Diese länglichen Verbindungsvorrichtungen sind gut geeignet, um mehrere Bauteile miteinander zu verbinden. Auch bieten diese genügend Raum für Aussparungen, in denen die unterschiedlichen, kleinen Ver-bindungssensoren sowie zumindest eine kleine Sendeeinheit angeordnet werden können. Die Verbindungsvorrichtung kann auch mehrere Komponenten aufweisen, z.B. eine Schraube und eine Schraubenmutter.

Vorzugsweise umfasst die Verbindungsvorrichtung zumindest eine Sendeeinheit zum kabello-sen Senden des Parameters und/oder des momentanen Zustande. Die Langzeitveränderungen und Kurzzeitveränderungen können mittels derselben oder durch unterschiedliche Sendeeinheiten gesendet werden.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung kann durch zwei unterschiedliche Sensortypen überwacht werden. Die Sensortypen arbeiten vorzugsweise mittels unterschiedlicher Wandlungsprinzipien. Einerseits kann z.B. die Anzugskraft der Verbindung mittels eines aktiven Wandlungsprinzips detektiert und/oder quantitativ erfasst werden, um eine Langzeitveränderung der Verbindung zu überwachen. Andererseits kann z.B. die Anzugskraft der Verbindung mittels eines passiven Wandlungsprinzips detektiert und/oder qualitativ erfasst werden, um eine Kurzzeitveränderung, also eine schnelle Änderung des Parameters, zu überwachen.

Durch die Kombination der beiden Sensortypen kann die Anzugskraft zu jedem Zeitpunkt exakt gemessen werden und/oder Energiespareffekte können bei gleichzeitig sehr schnellem Ansprechverhalten erzielt werden.

Auch kann schnell auf Änderungen reagiert werden, z.B. wenn ein Schraubenkopf abreißt o-der eine Schraube aktiv gelöst wird. Beispielsweise kann der passive Verbindungssensor bei einem Abreißen oder Lösen der Verbindungsvorrichtung einen Spannungsimpuls liefern. Der passive Verbindungssensor kann insbesondere interrupt-gesteuert sein. Der Spannungsim-puls kann dazu dienen, einen im Schlafmodus bzw. Energiesparmodus befindlichen aktiven Verbindungssensor aufzuwecken bzw. eine entsprechende Elektronik auszulösen. Damit kann der Energieverbrauch gering gehalten werden, da im Schlafmodus nur wenig Energie verbraucht wird. So reicht es für die Bestimmung von Langzeitveränderungen aus, wenn der aktive Sensor alle paar Minuten eine Messung vornimmt und dann wieder in den Schlafmodus fällt. Ändert sich jedoch etwas, so wird der aktive Sensor sofort aktiv und kann insbesondere instantan ein Warnsignal versenden.

Der aktive Sensor kann beispielsweise einen hohen Innenwiderstand im Bereich zwischen 100 kOhm und 1.000 MOhm aufweisen, solange sich der Parameter in den normalen Betriebs-grenzen befindet. Erfährt der Parameter jedoch eine Änderung, sinkt der Widerstand und der Sensor wird aus dem Schlafmodus geweckt. Dies kann beispielsweise durch einen mechanisch vorgespannten Kontaktbereich erzielt werden. Für die reguläre Messung sind vorzugsweise aktive Wandler mit Widerstandswerten zwischen 1 kOhm und 100 kOhm einsetzbar. Je höher der Widerstand, desto geringer ist der Energieverbrauch bei der Messung, weshalb Dehnungs-sensoren mit bis hinunter zu 120 Ohm in der Regel nur bei der Anwendung von Energy Harves-ting vorteilhaft einsetzbar sind.

Der passive Verbindungssensor kann hingegen nur vergleichsweise schnelle Änderungen messen. Eine im Wesentlichen statische, also langsame Änderung eines Parameters kann nicht erfasst werden. Wenn die Anzugskraft somit beispielsweise schleichend abnimmt, würde dies vom passiven Verbindungssensor nicht bemerkt werden. Diese Aufgabe erfüllt vorliegend der aktive Verbindungssensor.

Durch die Kombination der unterschiedlichen Sensortypen kann der Zustand einer mechani-sehen Verbindung stets zuverlässig bestimmt werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verbindungsvorrichtung einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur. Temperaturdaten, welche auf der Temperatur basieren, können insbesondere über zumindest eine Sendeeinheit kabellos gesendet werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, bei Über- o-der Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Warnsignal und/oder die Temperatur als Temperaturdaten kabellos zu senden. So kann insbesondere eine interne Auswertevorrichtung vorgesehen sein, welche die gemessene Temperatur auswertet.

Die interne Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vor-gegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt und dieses kabellos gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Temperatur kabellos gesendet werden.

Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform können die Temperaturdaten zur Bestimmung eines Warnsignals bei Über- oder Unterscheiten eines Temperaturgrenzwertes kabellos gesendet werden. Insbesondere ist hierbei eine externe Auswertevorrichtung vorgesehen, welche die Temperaturdaten auswertet. Die Temperaturdaten werden also zunächst gesendet und erst nach dem Senden ausgewertet.

Die externe Auswertevorrichtung kann dabei eine Datenbank umfassen oder Zugriff auf eine Datenbank haben, in der die Temperaturgrenzwerte hinterlegt sind. Durch einen Vergleich der Temperatur mit dem Temperaturgrenzwert kann ermittelt werden, ob sich die Temperatur in einem zulässigen Bereich befindet. Überschreitet bzw. unterschreitet die Temperatur den vorgegebenen Temperaturgrenzwert, so kann ein Warnsignal erzeugt werden.

Das Warnsignal bzw. die Temperatur kann insbesondere angezeigt werden, vorzugsweise akustisch, optisch und/oder haptisch, insbesondere vibratorisch. Auch kann das Warnsignal bzw. die Temperatur an entsprechende Überwachungsvorrichtungen weitergeleitet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet, einen Temperatureinfluss auf den momentanen Parameter zu kompensieren und/oder Temperatur-daten zur Kompensation eines Temperatureinflusses auf den momentanen Parameter kabellos zu senden.

Ein Verbindungssensor, beispielsweise ein Dehnungssensor, kann sein Verhalten abhängig von der Temperatur ändern. So nimmt beispielsweise bei steigender Temperatur die Empfindlichkeit eines DMS ab. Um unverfälschte Messergebnisse zu erhalten, müssen die Tempera-tureinflüsse auf den momentanen Parameter kompensiert werden. Ebenso kann sich die Vorspannkraft bei einer Temperaturänderung ändern, allerdings im Bereich der zulässigen Grenzen. Diese Änderung sollte dem Anwender in der Regel nicht mitgeteilt werden, weshalb eine spezifische, radabhängige Kalibrierung sinnvoll sein kann. Dies kann durch eine automatisierte Kalibrierung während der ersten Anwendungsstunden erfolgen. Auch kann während der dauerhaften Anwendung eine weitere Nachführung erfolgen. Dabei können sowohl die Temperatur mittels des integrierten Temperatursensors als auch die Vorspannkraft erfasst werden. Dabei wird angenommen, dass sich das Anzugsmoment des Verbindungselementes selbst nicht ändert. Über die Messwerte Temperatur und Vorspannkraft kann dann beispielsweise linear interpoliert und die systematische Änderung der Vorspannkraft über der Temperatur aus-geblendet bzw. kompensiert werden.

Die Kompensation des Temperatureinflusses kann in einer internen Auswertevorrichtung erfolgen. Der korrigierte, momentane Parameter bzw. die korrigierte, momentane Anzugskraft kann somit ermittelt und gesendet werden.

Alternativ oder zusätzlich können auch die gemessenen Daten unkorrigiert gesendet werden. Da auch die Temperaturdaten gesendet werden, kann eine Auswertung samt Kompensation des Temperatureinflusses in einer externen Auswertevorrichtung erfolgen. Die korrigierte momentane Anzugskraft liegt hierbei folglich erst in der externen Auswertevorrichtung vor.

Auch eine Kombination beider Systeme ist denkbar. Dabei kann zunächst eine interne Auswertung erfolgen, um zu sehen, ob Grenzwerte, z.B. Temperatur- oder Anzugskraftgrenzwerte, über- oder unterschritten werden. Falls dies zutrifft, können die ursprünglichen Daten an die externe Auswertevorrichtung übertragen werden, um diese näher zu analysieren.

In allen Fällen kann der Temperatursensor eine Doppelfunktion erfüllen, da die Temperaturdaten einerseits für sich genommen verwendet werden, um z.B. Überhitzungen zu messen. Andererseits werden die Temperaturdaten zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die vom Verbindungssensor bestimmten Daten verwendet.

Der Temperatursensor der Verbindungsvorrichtung, der gewissermaßen ein Multitool bildet, wird also zur Bestimmung der Temperatur als Messgröße an sich, als zusätzlicher Parameter zur Anzugskraft, verwendet und darüber hinaus zur Kompensation des Temperatureinflusses bzw. auf die Darstellung des Parameters der Anzugskraft, insbesondere bezugnehmend da-rauf, dass diese sich temperaturabhängig ändern darf, der Nutzer dies aber nicht mitbekommen sollte, weil sie im Rahmen der Auslegung der Verbindungsvorrichtung zulässig ist.

Die Sendeeinheit kann insbesondere eine Aktivierungsvorrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Sendeeinheit zu aktivieren, wenn ein Grenzwert, insbesondere ein Temperatur-grenzwert und/oder ein Anzugskraftgrenzwert, überschritten oder unterschritten wird. So kann sich die Sendeeinheit in einem Ruhezustand befinden und nur in Ausnahmefällen aktiviert werden. Energie kann auf diese Weise gespart werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der aktive Verbindungssensor einen Deh-nungssensor, insbesondere Dehnungsmessstreifen, vorzugsweise eine Anordnung von zumindest zwei, insbesondere vier, Dehnungsmessstreifen. Es können einzelne oder kombinierte bzw. integrierte Dehnungssensoren vorgesehen sein. Dabei können insbesondere Halbleiter DMS verwendet werden. Die Dehnungsmessstreifen können somit eine Halbbrücke oder Vollbrücke, z.B. Wheatstone'sche Brücke, bilden. Die Verwendung von mehreren Dehnungs-sensoren ist zuverlässiger als die Verwendung eines einzigen Dehnungssensors. Auch können derartige Anordnungen zur Temperaturbestimmung, z.B. über die Erfassung der elektrischen Versorgungsspannung bei gegebenem Strom bzw. durch Messung eines Gesamt-Brü-ckenwiderstands, verwendet werden.

Alternativ oder zusätzlich umfasst der passive Verbindungssensor einen piezoelektrischen o-der elektrodynamischen Verbindungssensor. Bei dem piezoelektrischen Verbindungssensor kann es sich vorzugsweise um ein Piezoelement handeln. Auch piezoelektrische Längswandler, polymere piezoelektrische Folien und/oder keramische piezoelektrische Sensorelemente sind denkbar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der aktive Verbindungssensor über den passiven Verbindungssensor und/oder einen Temperatursensor aktivierbar. Ein sich in einem Schlafmodus befindlicher, aktiver Verbindungssensor kann somit aktiviert werden, wenn sich Parameter der Verbindungsvorrichtung schnell ändern. Wird beispielsweise ein Temperaturgrenzwert und/oder ein Spannungsgrenzwert überschritten, so kann sich der aktive Verbindungssensor einschalten und beispielsweise seine Daten senden. Der aktive Verbindungssensor kann sich demnach die meiste Zeit in einem Schlafmodus befinden, wodurch Energie gespart wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst der passive Verbindungssensor eine Energie-gewinnungsvorrichtung oder ist als Energiegewinnungsvorrichtung ausgebildet. So kann beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler sowohl zur Energiegewinnung als auch als passiver Verbindungssensor ausgebildet sein. Der passive Verbindungssensor erfüllt somit eine Doppelfunktion.

Ein piezoelektrischer Längswandler kann beispielsweise auf einer Seite am Verbindungssensor befestigt sein und auf der anderen Seite bzw. auf der gesamten Länge mit Masse beaufschlagt sein. Insbesondere durch Vibration und/oder Rotation kann dieser zur Energiegewinnung angeregt werden.

Vorzugsweise kann die Energie für den aktiven Verbindungssensor bereitgestellt werden. Die Anzahl an Übertragungen des Parameters pro Zeiteinheit können dadurch erhöht werden.

Im Gegensatz zur Energieerzeugung durch Rotation und/oder Vibration bleibt das System somit auch bei Stillstand z.B. zur Diebstahlüberwachung lange aktiv. Eine Stromversorgung der Verbindungssensoren über Rotation und/oder Vibration ist jedoch ebenso grundsätzlich möglich.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Überwachen einer mechanischen Verbindung, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung.

Zumindest ein aktiver Verbindungssensor, insbesondere Dehnungssensor, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, einer wenigstens ein erstes und ein zweites Bauteil mechanisch verbindenden Verbindungsvorrichtung detektiert Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung. Zumindest ein passi-ver Verbindungssensor detektiert Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung. Durch diese doppelte Überwachung wird die Zuverlässigkeit deutlich erhöht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung, für welchen auch unabhängig Schutz beansprucht wird, betrifft eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere Schraube, zum mechanischen Verbinden wenigstens eines ersten und eines zweiten Bauteils, umfassend zumindest einen Verbindungs- sensor, insbesondere Dehnungssensor, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens einen momentanen Parameter einer mechanischen Verbindung zu detektieren, wobei über den Parameter eine momentane Anzugskraft der mechanischen Verbindung bestimmbar ist. Ferner umfasst die Verbindungsvorrichtung eine Anzeigevorrichtung, die dazu ausgebildet ist, anzu-zeigen, wenn eine Anzugskraft einem Sollwert entspricht und/oder wenn eine Anzugskraft einem Sollwert nicht entspricht.

Es kann eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung zumindest eine LED umfassen. So kann insbesondere eine LED leuchten bzw. ein Ton erzeugt werden, um eine Warnung auszugeben, wenn die Anzugskraft nicht dem Sollwert entspricht. Die Signalausgabe ist insbesondere während einer Montage und/oder während des Betriebs als regelmäßige Kontrolle möglich.

Eine derartige Anzeigevorrichtung an der Verbindungsvorrichtung selbst ist besonders kosten-günstig, da auf eine externe Auswertevorrichtung verzichtet werden kann. So kann eine entsprechende Verbindungsvorrichtung beispielsweise in Schwellenländern eingesetzt werden.

Bei dem Verbindungssensor kann es sich um einen aktiven und/oder passiven Verbindungssensor handeln. Insbesondere kann auch ein Temperatursensor zur Bestimmung der Tempe-ratur vorgesehen sein.

Nach einer Ausführungsform kann die Anzeigevorrichtung auch anzeigen, ob die Temperatur einem Sollwert entspricht und/oder ob die Temperatur einem Sollwert nicht entspricht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zumindest eine Sendeeinheit zum kabellosen Senden des momentanen Parameters und/oder der momentanen Anzugskraft vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können auch auf der Temperatur basierende Temperaturdaten kabellos gesendet werden. Die Daten können hierbei von einer externen Auswerteeinheit empfangen und z.B. näher analysiert werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Montagewerkzeug zur Montage einer, insbesondere erfindungsgemäßen, Verbindungsvorrichtung. Vorzugsweise kann es sich bei dem Montagewerkzeug um einen Drehmomentschlüssel handeln.

Das Montagewerkzeug umfasst eine Eingreifvorrichtung zum Eingreifen in einen Montageabschnitt, insbesondere Schraubenkopf, der Verbindungsvorrichtung.

Die Eingreifvorrichtung ist derart ausgebildet, dass ein von einer Sendeeinheit der Verbindungsvorrichtung kabellos gesendetes Signal empfangen und/oder nicht gestört wird. Bei dem Signal kann es sich z.B. um auf der Temperatur basierende Temperaturdaten, um einen mo-mentanen Parameter und/oder eine momentane Anzugskraft der Verbindung handeln.

Während der Montage der Verbindungsvorrichtung können somit Parameter der Verbindung, z.B. die Anzugskraft, überwacht werden. So kann beispielsweise latenzfrei überprüft werden, ob eine Schraube fest genug angezogen ist. Ebenso ist eine in der Verbindungsvorrichtung gespeicherte Kalibrierung überprüfbar, beispielsweise anhand einer Übereinstimmung eines Messwerts des Montagewerkzeugs und gemeldeten Daten der Verbindung in bestimmten Grenzen. Auch ist eine Rekalibrierung oder eine Kalibrierung mit dem Montagewerkzeug möglich. Hierbei können die gesendeten Messdaten mit den Messdaten im Montagewerkzeug in Verbindung gesetzt, über lineare Gleichungen Ausgleichsgeraden berechnet und die entspre-chenden Koeffizienten in die Verbindungsvorrichtung zurückgespielt und dort gespeichert werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Eingreifvorrichtung eine zumindest teilweise geöffnete Nuss oder eine Nuss mit einem signaldurchlässigen Material, insbesondere Kunststoff und/oder Keramik. Die Nuss kann demnach z.B. Schlitze und/oder Aussparungen aufweisen, durch welche das Signal der Verbindungsvorrichtung nach außen bzw. zu einer Empfangseinheit dringt.

Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst das Montagewerkzeug eine Empfangseinheit, eine Auswertevorrichtung, insbesondere mit einer Kalibrierungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, einen Energiewandler und/oder einen Signalwiedergeber.

Bei dem Signalwiedergeber kann es sich insbesondere um einen so genannten Repeater handeln, welcher das empfangene Signal verstärkt. Das verstärkte Signal kann beispielsweise von einer externen Auswertevorrichtung empfangen und ausgewertet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die umgebende Einrichtung vollständig metallisch ausgeführt werden soll und das Signal übermäßig abgeschirmt werden würde.

Alternativ oder zusätzlich kann auch das Montagewerkzeug selbst eine Auswertevorrichtung umfassen. So kann beispielsweise unmittelbar am Montagewerkzeug angezeigt werden, ob

eine gewünschte Anzugskraft erreicht ist. Ein separater Drehmomentsensor im Montagewerkzeug ist nicht erforderlich.

Das Montagewerkzeug kann einen Energiewandler umfassen, der einen Energieeintrag in die zu montierende Verbindungsvorrichtung ermöglicht. Eine Energiegewinnungsvorrichtung der Verbindungsvorrichtung wird durch das Montagewerkzeug angeregt und erhält während der Einrichtung und/oder Montage ausreichend Energie zum kontinuierlichen Betrieb.

Beispielsweise ist hierfür im Montagewerkzeug eine Spule vorgesehen, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und einen in der Verbindungsvorrichtung befindlichen

elektrodynamischen Generator zur Energieproduktion anregt.

Alternativ kann das Montagewerkzeug mechanische Schwingungen einkoppeln und auf diese Weise Energie in einem piezoelektrischen Wandler oder einem Thermogenerator erzeugen. Somit ist eine einfache Registrierung der Verbindungsvorrichtung bei einer externen

Auswertevorrichtung, ein einfaches Einrichten des Systems und/oder ein kontrolliertes Herstellen der Verbindung unter kontinuierlicher Auswertung des relevanten Parameters möglich, ohne dass die Verbindungsvorrichtung vor der Einrichtung und/oder Montage einen geladenen Energiespeicher benötigt. Ein Einrichtungswerkzeug zur Kalibrierung kann als separate Vorrichtung ausgebildet sein. Alternativ kann auch das Montagewerkzeug eine Kalibrierungsvorrichtung umfassen.

Insbesondere kann eine Auswertevorrichtung des Montagewerkzeugs eine Kennung, vorzugsweise ein individuelles Identifikationssignal, empfangen. Die Verbindungsvorrichtung kann hierbei die Kennung aussenden, welche eine Zuordnung der Verbindungsvorrichtung ermöglicht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass z.B. die richtige Schraube entfernt wird. Hierbei kann auch eine Sperrvorrichtung vorgesehen sein, d.h. ein Montagewerkzeug kann nur die Verbindungsvorrichtungen demontieren, für welche die entsprechende Kennung hinterlegt und freigegeben ist.

Alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen und Systeme sind insbesondere dazu ausgebildet, nach einem oder mehreren der hier beschriebenen Verfahren betrieben zu werden. Ferner können alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtungen und Systeme sowie alle hier beschriebenen Ausführungsformen der Verfahren jeweils mitei-nander kombiniert werden, insbesondere auch losgelöst von der konkreten Ausgestaltung, in deren Zusammenhang sie erwähnt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform verschiedener

Elektronikkomponenten einer erfindungsgemäßen

Verbindungsvorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer

Auswertevorrichtung für eine erfindungsgemäße

Verbindungsvorrichtung,

Fig. 4 ein Ausschnitt einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,

Fig. 5 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines

Verschlusselements einer erfindungsgemäßen

Verbindungsvorrichtung,

Fig. 6 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,

Fig. 7 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Montagewerkzeugs, und

Fig. 8 eine Seitenansicht des Montagewerkzeugs gemäß Fig. 7.

Zunächst ist zu bemerken, dass die dargestellten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind.

Fig. 1 zeigt eine als Schraube ausgebildete Verbindungsvorrichtung mit einem länglichen Grundkörper 10, welcher ein Außengewinde 12 aufweisen kann, sowie einem Schraubenkopf 13, welcher als Sechskant ausgebildet sein kann und einen Montageabschnitt bildet.

Der Grundkörper 10 umfasst eine erste Aussparung 14 und eine zweite Aussparung 16. Die erste Aussparung 14 weist einen kleineren Durchmesser und/oder eine kleinere Querschnittsfläche als die zweite Aussparung 16 auf. Die erste Aussparung 14 kann als ein Sackloch 18 ausgebildet sein. Die zweite Aussparung 16 kann im Schraubenkopf 13 angeordnet sein.

Die Aussparungen 14, 16 sind miteinander verbunden. Ein Übergangsbereich 19 zwischen der ersten Aussparung 14 und der zweiten Aussparung 16 kann trichterförmig ausgebildet sein.

In Fig. 2 sind ein aktiver Sensor 20, ein passiver Sensor 22 sowie ein Temperatursensor 24 dargestellt. Der Temperatursensor 24 ist rein optional und kann dazu dienen, die Temperatur zu bestimmen.

Auch kann lediglich ein aktiver Sensor 20 oder ein passiver Sensor 22 vorgesehen sein.

Grundsätzlich reicht ein einzelner Sensor 20, 22.

Bei dem aktiven Sensor 20 kann es sich um einen Dehnungssensor, insbesondere Dehnungsmessstreifen bzw. eine Anordnung von mehreren Dehnungsmessstreifen handeln. Der aktive Sensor 20 kann Langzeitveränderungen wenigstens eines Parameters, insbesondere einer Anzugskraft, einer mechanischen Verbindung detektieren.

Der passive Sensor 22 kann als piezoelektrischer oder elektrodynamischer Verbindungssensor ausgebildet sein. Der passive Sensor 22 kann Kurzeitveränderungen des Parameters der mechanischen Verbindung detektieren und/oder bei Änderung des Parameters elektrische Impulse generieren.

Der aktive Sensor 20 kann über den passiven Sensor 22 und/oder den Temperatursensor 24 aktiviert werden.

Der Temperatursensor 24 kann einen Temperaturfühler umfassen. Alternativ kann der Temperatursensor 24 auch als Bestandteil des aktiven Sensors 20 selbst ausgebildet sein. So kann beispielsweise die Temperatur über einen Spannungsabfall eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen 20 bestimmt werden. Insbesondere ändert sich nämlich der Gesamtwiderstand bei einer Temperaturänderung. Der Widerstand ist dabei unmittelbar am DMS bzw. einer Brü- cke mit mehreren DMS angeordnet. Auch kann die Temperatur z.B. bei Halbleiter DMS an einer Diode oder an einem parallel oder in einem spezifischen Winkel, z.B. 45°, zu den Messwiderständen angeordneten Temperaturmesswiderstand gemessen werden.

Die Sensoren 20, 22, 24 sind vorzugsweise an einem Steg 26 angebracht, der beispielsweise als Platinenmaterial, flexible Leiterplatte oder passend zum Bohrungsquerschnitt vorgeformtes flexibles Röhrchen oder rigider Dorn ausgebildet ist. Dieser kann beispielsweise zum Andrücken der Sensoren 20, 22, 24 beim Einführen der Elektronikeinheit in die Verbindungsvorrichtung bei der Montage an der ersten Aussparung 14 leicht konisch ausgeführt sein. Die Senso-ren 20, 22, 24 können durch den Steg 26 in der ersten Aussparung 14 der Verbindungsvorrichtung platziert werden.

Oberhalb des Stegs 26 ist eine Sendeeinheit 28 vorgesehen. Diese befindet sich, zusammen mit weiteren Elektronikkomponenten, im montierten Zustand in der zweiten Aussparung 16. Die Sendeeinheit 28 kann ein Funkmodul 30 mit einer Antenne 32 umfassen. Optional kann die Antenne 32 in zwei Bereiche aufgeteilt sein. So kann ein erster Bereich dem Empfangen von Signalen der Auswertevorrichtung 34 und ein zweiter Bereich zum Senden von Daten an die Auswertevorrichtung 34 dienen. Auf diese Weise kann die Kommunikation bidirektional gestaltet werden und die Auswertevorrichtung 34 kann bei Bedarf Messwerte von der Verbin-dungsvorrichtung anfragen. Das Funkmodul 30 kann einen Controller mit einer elektromagnetischen Abschirmung aufweisen.

Die Sendeeinheit 28 kann den momentanen Parameters und/oder den momentanen Zustand der Verbindungsvorrichtung kabellos senden.

Die Sendeeinheit 28 kann insbesondere auch auf der Temperatur basierende Temperaturdaten, die vom Temperatursensor 24 bestimmt werden, kabellos senden. Optional kann die Temperatur auch durch einen im oder am Controller angebrachten Temperatursensor 24 er-fasst werden.

Beispielsweise kann bei Über- oder Unterschreiten eines Temperaturgrenzwertes ein Warnsignal und/oder die Temperatur als Temperaturdaten kabellos gesendet werden. Alternativ o-der zusätzlich können Temperaturdaten zur Bestimmung eines Warnsignals bei Über- oder Unterscheiten eines Temperaturgrenzwertes kabellos gesendet werden.

Der Temperatureinfluss auf den momentanen Parameter kann noch in der Verbindungsvorrichtung kompensiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Temperaturdaten zur Kompensation eines Temperatureinflusses auf den momentanen Parameter kabellos gesendet werden, beispielsweise an eine externe Auswertevorrichtung 34, wie sie im Zusammen-hang mit Fig. 3 noch genauer beschrieben wird.

Die Verbindungsvorrichtung kann einen als Knopfzelle 36 ausgebildeten Energiespeicher umfassen. Als Energiespeicher 36 kann auch z.B. ein Akkumulator, eine Batterie, insbesondere Dünnschichtbatterie, ein Kondensator und/oder Supercap dienen.

Der passive Sensor 22 kann auch als Energiegewinnungsvorrichtung dienen und beispielsweise den Energiespeicher 36 laden bzw. zur unmittelbaren Energieversorgung der Elektronik, insbesondere der Sendeeinheit 28 und/oder des aktiven Sensors 20, dienen. Alternativ ist der passive Sensor 22 in einem schwingfähigen Bereich der Verbindungsvorrichtung angeordnet und wird über Trägheitskräfte in Bewegung versetzt.

Der Energiespeicher 36 kann in einer Halterung 38 aufgenommen sein. In dieser Halterung 38 kann der Energiespeicher 36 lösbar gehalten werden. Ein schneller Austausch wird dadurch ermöglicht.

Zwischen dem Energiespeicher 36 und der Sendeeinheit 28 kann eine Analogelektronik 40 mit einem Analogvorverstärker 42 vorgesehen sein.

Die Sendeeinheit 28 ist dazu ausgebildet, die Daten des zumindest einen Sensors 20, 22, 24 kabellos zu senden. Optional kann in der zweiten Aussparung 16 auch eine Auswertevorrichtung vorgesehen sein, welche die Daten zunächst zumindest teilweise auswertet, ehe diese gesendet werden.

Der momentane Parameter bzw. momentane Zustand, z.B. die momentane Anzugskraft, so-wie ggf. die Temperaturdaten können über die Sendeeinheit 28 kabellos gesendet werden, beispielsweise an eine externe Auswertevorrichtung 34, eine Anzeigevorrichtung und/oder ein zentrales System eines Fahrzeugs.

In Fig. 3 ist eine externe Auswertevorrichtung 34 gezeigt. Dabei kann es sich z.B. um ein Smartphone oder ein Tablet handeln.

Die Auswertevorrichtung 34 umfasst eine Empfangseinheit 44, eine Recheneinheit 46 eine als Display 48 ausgebildete Anzeigevorrichtung.

Die Signale der Sendeeinheit 28 können von der Empfangseinheit 44 kabellos empfangen werden und an die Recheneinheit 46 weitergeleitet werden. Die Recheneinheit 46 kann die empfangenen Daten auswerten. Dabei kann die Recheneinheit 46 beispielsweise auf eine Datenbank zugreifen. Die ausgewerteten Daten können beispielsweise graphisch dargestellt und am Display 48 ausgegeben werden. So kann beispielsweise dargestellt werden, wie hoch jeweils die Anzugskraft und/oder Temperatur der Verbindungsvorrichtungen ist bzw., ob die An-zugskraft und/oder Temperatur einen kritischen Wert erreichen.

Es kann beispielsweise auf einfache Weise überprüft werden, ob die Schrauben eines Reifens bzw. aller Reifen eines Fahrzeugs fest genug angezogen sind und ein sicherer Betrieb möglich ist. Weiterhin kann ein Lösen der Schrauben und somit ein Diebstahl der Radschrauben detektiert werden. Durch die Kombination von passivem und aktivem Sensor 22, 20 lässt sich das langsame und plötzliche Lösen der Schrauben instantan detektieren, sodass auch ein plötzliches Abreißen des Schraubenkopfes 13 oder ein Diebstahl der Schrauben bei längerem Stillstand des Wagens energiearm detektiert werden kann.

In Fig. 4 ist ein montierter Zustand dargestellt. Zu sehen sind die in der zweiten Aussparung 16 angeordneten Elektronikkomponenten, z.B. die Sendeeinheit 28. Darunter, in der ersten Aussparung 18, sind die Sensoren 20, 22, 24 vorgesehen.

Der Dehnungsmessstreifen 20 kann an einer Stirnseite am Boden des Sacklochs 18 befestigt, insbesondere verklebt, verschweißt, verschraubt, verpresst, vernietet und/oder verklemmt, sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Dehnungsmessstreifen 20 auch an einer Seitenwandung des Sacklochs 18 befestigt sein. Zumindest ein Sensor 20, 22, 24 steht mit der Sendeeinheit 28 in Kontakt.

Die zweite Aussparung 16 kann durch ein Verschlusselement 50 verschlossen werden. Ein Verschlusselement 50 ist beispielhaft in Fig. 5 gezeigt. Das Verschlusselement 50 kann auf die Verbindungsvorrichtung geclipst werden. Dazu können mehrere Rastnasen 51 vorgesehen sein, welche vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise kann die zweite Aussparung 16, insbesondere lösbar, verschlossen und die Elektronik insbesondere vor Wassereintritt geschützt werden. Alternativ kann die Aussparung 16 auch vollständig mit einer Schutzmasse eingegossen werden.

Vorzugsweise ist das Verschlusselement 50 signaldurchlässig, d.h. die von der Sendeeinheit 28 gesendeten Daten können das Verschlusselement 50 durchdringen.

Fig. 6 zeigt eine Verbindungsvorrichtung mit aufgesetztem Verschlusselement 50. Beispielsweise zu Wartungszwecken kann das Verschlusselement 50 einfach abgenommen werden.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen verschiedene Ansichten eines als Drehmomentschlüssel 52 ausgebildeten Montagewerkzeugs für eine Verbindungsvorrichtung. Der Drehmomentschlüssel weist eine Eingreifvorrichtung 54 auf, die beispielsweise einen Schraubenkopf aufnehmen kann.

Die Eingreifvorrichtung 54 umfasst eine Nuss, welche Schlitze 56 aufweist. Durch die Schlitze 56 kann ein von einer Sendeeinheit 28 einer Verbindungsvorrichtung gesendetes Signal ungestört hindurchtreten.

Eine Empfangseinheit 44 kann die Signale folglich ungestört empfangen. Die Signale können, ggf. nach einer Auswertung in einer Auswertevorrichtung 34, in einer Anzeigevorrichtung 48 angezeigt werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Empfangseinheit 44 auch als Signalwiedergeber 58 ausgebildet sein. Die empfangenen Signale können dabei empfangen und an eine externe Auswertevorrichtung 34, wie sie beispielhalft in Fig. 3 dargestellt ist, weitergeleitet werden.

Ein Benutzer weiß bei beiden Varianten auch während der Montage, ob eine gewünschte An-zugskraft der Verbindungsvorrichtung erreicht ist.

Das Montagewerkzeug 52 kann optional einen Energiewandler 60 umfassen, welcher einen Energieeintrag in die zu montierende Verbindungsvorrichtung ermöglicht. Beispielsweise ein Energiespeicher 36 der Verbindungsvorrichtung kann auf diese Weise während der Montage geladen werden.

Bezugszeichenliste

10 Grundkörper

12 Außengewinde

13 Schraubenkopf, Sechskant, Montageabschnitt

14 erste Aussparung

16 zweite Aussparung

18 Sackloch

19 Übergangsbereich

20 aktiver Sensor, Dehnungssensor, Dehnungsmessstreifen

22 passiver Sensor, piezoelektrischer oder elektrodynamischer Verbindungssensor

24 Tem peratu rsen sor

26 Steg, flexible Leiterplatte, Röhrchen, konischer Dorn

28 Sendeeinheit

30 Funkmodul

32 Antenne

34 Auswertevorrichtung

36 Batterie, Energiespeicher

38 Halterung

40 Analogelektronik

42 Analogvorverstärker

44 Empfangseinheit

46 Recheneinheit

48 Display, Anzeigevorrichtung

50 Verschlusselement

51 Rastnase

52 Drehmomentschlüssel, Montagewerkzeug

54 Eingreifvorrichtung, Nuss

56 Schlitz

58 Signalwiedergeber

60 Energiewandler