DE102011005371A1

DE102011005371A1 - Device for monitoring integrity of screw connection for, e.g. door, has pressure sensor that receives pressure of screw connection components to determine security information and radio interface to transmit security information to reader

Info

Publication number: DE102011005371A1
Application number: DE201110005371
Authority: DE
Inventors: Rainer Falk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13

Abstract

The device (1) has pressure sensor (S) for receiving pressure of components of screw connection when the pressure sensor is arranged and tightened between the components of the screw connection and for providing pressure information. A computing unit (T) determines security information from the pressure information. A radio interface (A) transmits the security information to a reader. A casing (U) surrounds the pressure sensor, computing unit and radio interface partially. Independent claims are included for the following: (1) arrangement for monitoring integrity of screw connection; and (2) method for monitoring integrity of screw connection.

Description

Die Erfindung betrifft die Überwachung einer Schraubverbindung. Schraubverbindungen werden als vielseitige, lösbare und wieder-verschließbare Befestigungen verwendet. Eine Öffnung der Schraubverbindung ist beispielsweise dann erforderlich, wenn eine Wartung oder Reparatur an ansonsten unzugänglichen Teilen einer technischen Anlage vorgenommen werden muss, oder wenn defekte oder verschlissene Teile ausgetauscht werden müssen.The invention relates to the monitoring of a screw connection. Screw connections are used as versatile, detachable and reclosable fasteners. An opening of the screw is required, for example, when maintenance or repair of otherwise inaccessible parts of a technical system must be made, or if defective or worn parts must be replaced.

Eine Schraubverbindung besteht aus mindestens zwei Komponenten: einer Schraube in Form eines zylindrischen Elements, auf dem ein Gewinde aufgebracht ist, und einem Gegenstück, welches häufig ein Innengewinde aufweist. Bei dem Gegenstück handelt es sich beispielsweise um eine Mutter, um ein beliebiges anderes zu befestigendes und gelochtes Werkstück mit einem Innengewinde, oder auch um einen Dübel (ohne Innengewinde, zur Verwendung mit selbstschneidenden Schrauben).A screw connection consists of at least two components: a screw in the form of a cylindrical element, on which a thread is applied, and a counterpart, which often has an internal thread. The counterpart is, for example, a nut to any other workpiece to be fastened and punched with an internal thread, or even a dowel (without internal thread, for use with self-tapping screws).

Beim Anziehen der Schraube wird in der Regel ein Druck zwischen einem Schraubenkopf am Ende des zylindrischen Elements einerseits und dem Gegenstück andererseits aufgebaut. Hierbei dient die Ringfläche unter dem Kopf als Anschlag gegen das Gegenstück. Der Kopf enthält auch Formelemente zum formschlüssigen Kontakt mit Werkzeugen zum Drehen der Schraube.When tightening the screw pressure is usually built up between a screw head at the end of the cylindrical member on the one hand and the counterpart on the other. Here, the annular surface under the head serves as a stop against the counterpart. The head also includes mold elements for positive engagement with tools for rotating the screw.

Aus der US 2007/0012117 A1 ist ein Dichtungsring bekannt, welcher für einen luftdichten Verschluss von Gefäßen ausgelegt ist. Der Dichtungsring ist hierbei elastisch deformierbar, enthält einen Drucksensor und ein RFID-Tag, über welches eine Information des Drucksensors nach außen kommuniziert werden kann. Auf diese Weise lässt sich überwachen, ob das Gefäß noch luftdicht verschlossen ist.From the US 2007/0012117 A1 a sealing ring is known, which is designed for airtight closure of vessels. The sealing ring is in this case elastically deformable, contains a pressure sensor and an RFID tag, via which information of the pressure sensor can be communicated to the outside. In this way, it can be monitored whether the vessel is still hermetically sealed.

Aus der WO 2008/024093 A2 ist ein Sicherheits-Schraubbolzen mit RFID-Identifizierung bekannt. Ein Sicherheits-Gabelschlüssel deaktiviert sich abhängig von der erfassten RFID-Information des Schraubbolzens. Mit diesem Gabelschlüssel lassen sich somit nur bestimmte Sicherheits-Schraubbolzen lösen. Weiterhin ist beschrieben, dass eine Mutter einen elektrischen Widerstand misst und als Sicherheits-Wert überträgt. Dies dient einer Erkennung von losen Schrauben. Als Anwendungsbeispiel werden u. A. Strommasten genannt.From the WO 2008/024093 A2 is a security bolt with RFID identification known. A safety fork wrench deactivates depending on the detected RFID information of the bolt. This wrench can thus solve only certain safety bolts. Furthermore, it is described that a nut measures an electrical resistance and transmits it as a safety value. This is for detecting loose screws. As an application example u. A. Electricity pylons called.

Aus der Patentschrift US 5,689,243 ist ein Eindring-Erkennungssystem bekannt, welches bei einem Eindringen eine Zufallszahl erzeugt und verschlüsselt sowie einen Zähler inkrementiert. Hierdurch kann ein Eindringen zuverlässig erkannt werden.From the patent US 5,689,243 For example, an intrusion detection system is known which generates and encrypts a random number upon intrusion and increments a counter. As a result, intrusion can be reliably detected.

Die DE 10 2008 049 816 A1 beschreibt eine Schraube, welche mit RFID ausgerüstet ist. Ein Akkuschrauber erfasst darüber physikalische Eigenschaften der Schraube und steuert davon abhängig seine Antriebseinrichtung an.The DE 10 2008 049 816 A1 describes a screw which is equipped with RFID. A cordless screwdriver also records physical properties of the screw and controls its drive device accordingly.

Weiterhin ist bekannt, eine Schraube oder Mutter durch einen Schutzlack oder eine Verplombung zu sichern.Furthermore, it is known to secure a screw or nut by a protective varnish or a seal.

Auch sind Sicherheitsschrauben bekannt, welche über einen speziellen Schraubkopf verfügen, der ein Spezialwerkzeug erfordert. Auch sind Sicherheitsschrauben mit Einwegantrieb bekannt, bei denen der Kopf der Schraube so geformt ist, dass ein Werkzeug beim Drehen in Öffnungsrichtung keinen Halt findet, vgl. hierzu http://de.wikipedia.org/wiki/sicherheitsschraube , erhältlich im Internet am 08. Februar 2011.Also, security screws are known which have a special screw head, which requires a special tool. Also, safety screws are known with disposable drive, in which the head of the screw is shaped so that a tool when turning in the opening direction finds no support, see. For this http://de.wikipedia.org/wiki/sicherheitsschraube , available on the Internet on 08 February 2011.

Im Übrigen sind Abreißmuttern bekannt, welche mit einem Standardwerkzeug montiert werden können, bis deren Sechskantteil bei einem bestimmten Drehmoment abbricht. Der darunter liegende runde Teil der Abreißmutter verbleibt auf der Schraube. Dieser runde Teil kann mit Standardschraubenschlüsseln nicht mehr geöffnet werden. Es sind auch entsprechende Schrauben bekannt, bei denen der Kopf der Schraube abreißt. Diese werden z. B. zur diebstahlgeschützten Montage von Solarmodulen eingesetzt.Incidentally, breakaway nuts are known, which can be mounted with a standard tool until the hexagonal part breaks off at a certain torque. The underlying round part of the tear-off nut remains on the screw. This round part can not be opened with standard wrenches. There are also known screws in which the head of the screw tears off. These are z. B. used for theft-proof installation of solar modules.

Auch ist bekannt, ein RFID-Etikett als Schraube oder Nagel auszuführen, sodass das RFID-Etikett einfach an einem Gegenstand durch Einschrauben bzw. Einschlagen befestigt werden kann, vgl. hierzu http://www.bde-zeiterfassung-zutrittskontrolle-ausweis.com/rfid-transponder-design.htm , erhältlich im Internet am 08. Februar 2011.It is also known to carry out an RFID label as a screw or nail, so that the RFID label can be easily attached to an object by screwing or wrapping, see. For this http://www.bde-zeiterfassung-zutrittskontrolle-ausweis.com/rfid-transponder-design.htm , available on the Internet on 08 February 2011.

Im Übrigen ist auch eine Verwendung von Federringen und Zahnscheiben als Schraubensicherung bekannt, welche inzwischen aber als untauglich angesehen werden, vgl. hierzu ”inside – Das News-Magazin von Ferdinand Groß – Ausgabe 01/06”, Seite 5, erhältlich im Internet am 08. März 2011 unter http://www.schrauben-gross.de/fileadmin/Dateiliste/aktuelles/Presse%20und%20Informationen/Kundenzeitung/inside0106.pdf . Dort werden als wirkungsvolle Sicherungselemente genannt:

– als Setzsicherung: Spannscheiben nach DIN 6796 ;
– als Losdrehsicherung: Schrauben und Muttern mit Verriegelungszähnen oder Sicherungsrippen an der Auflagefläche; Sicherungsringe und Sicherungsscheiben mit spezieller Profilierung der Auflageflächen; oder Gewindebeschichtung mit mikroverkapselten Klebstoffen;
– als Verlier-Sicherung: Muttern mit Klemmteil; Schrauben mit klemmender Beschichtung.

Incidentally, a use of spring washers and toothed washers known as a screw lock, which are now considered to be unsuitable, see. "inside - The News Magazine by Ferdinand Groß - Issue 01/06", page 5, available on the Internet on 08 March 2011 at http://www.schrauben-gross.de/fileadmin/Dateiliste/aktuelles/Presse%20und%20Informationen/Kundenzeitung/inside0106.pdf , There are called as effective security elements:

- as a setting fuse: clamping disks after DIN 6796 ;
- as anti-rotation lock: screws and nuts with locking teeth or locking ribs on the support surface; Circlips and lock washers with special profiling of the support surfaces; or thread coating with microencapsulated adhesives;
- as loss-locking: nuts with clamping part; Screws with clamping coating.

Diese Spannscheiben, Sicherungsringe und Sicherungsscheiben schützen jedoch nur vor einem unbeabsichtigten Lockern oder Lösen einer Schraubverbindung. However, these clamping discs, retaining rings and lock washers only protect against unintentional loosening or loosening of a screw connection.

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Integrität einer Schraubverbindung anzugeben, welche einen Schutz vor einem absichtlichen Lockern oder Lösen einer Schraubverbindung ermöglichen oder zumindest unterstützen.It is therefore an object to provide an apparatus and a method for monitoring an integrity of a screw connection, which allow protection against deliberate loosening or loosening of a screw connection or at least support.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, welche mindestens einen Drucksensor aufweist, der zur Aufnahme von Druck von Komponenten einer Schraubverbindung eingerichtet ist, wenn der Drucksensor zwischen den Komponenten der Schraubverbindung angeordnet ist und die Schraubverbindung angezogen ist. Der Drucksensor ist weiterhin ausgelegt zur Bereitstellung einer Druckinformation. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Rechnereinheit, welche zur Ermittlung einer Sicherheitsinformation aus der Druckinformation programmiert ist. Im Übrigen umfasst die Vorrichtung eine Funkschnittstelle, welche zur Übertragung der Sicherheitsinformation an ein Lesegerät geeignet ist. Weiterhin enthält die Vorrichtung eine Umhüllung, welche den Drucksensor, die Recheneinheit und die Funkschnittstelle zumindest teilweise umschließt.This object is achieved by a device having at least one pressure sensor which is adapted to receive pressure from components of a screw when the pressure sensor is disposed between the components of the screw and the screw is tightened. The pressure sensor is further designed to provide pressure information. The device further comprises a computer unit which is programmed to determine security information from the print information. Moreover, the device comprises a radio interface, which is suitable for transmitting the security information to a reading device. Furthermore, the device contains an envelope, which encloses the pressure sensor, the arithmetic unit and the radio interface at least partially.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass eine Umhüllung mindestens einen Drucksensor, eine Recheneinheit und eine Funkschnittstelle zumindest teilweise umschließt. Der Drucksensor und zumindest ein Teil der Umhüllung wird zwischen Komponenten einer Schraubverbindung angeordnet. Daraufhin wird die Schraubverbindung angezogen, wodurch die Komponenten der Schraubverbindung Druck auf den Drucksensor ausüben. Der Drucksensor nimmt diesen Druck auf und stellt eine Druckinformation bereit. Aus dieser ermittelt eine Recheneinheit eine Sicherheitsinformation, welche mit einer Funkschnittstelle an ein Lesegerät übertragen wird.The aforementioned object is also achieved according to the invention in that an enclosure at least partially encloses at least one pressure sensor, a computing unit and a radio interface. The pressure sensor and at least a portion of the enclosure is disposed between components of a threaded connection. Then the screw is tightened, whereby the components of the screw pressure on the pressure sensor exercise. The pressure sensor absorbs this pressure and provides pressure information. From this, a computing unit determines security information which is transmitted to a reader via a radio interface.

Die Vorrichtung und das Verfahren weisen den Vorteil auf, dass ein Lösen der Schraubverbindung einfach und zuverlässig erkannt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird ein Öffnen der Schraubverbindung nicht mechanisch unterbunden, sondern lediglich detektiert. Darum darf das Befestigen und Lösen der Schraubverbindung auch mit einem handelsüblichen Standardwerkzeug erfolgen. Auch lassen sich beliebige Schrauben und Muttern verwenden.The device and the method have the advantage that a loosening of the screw is detected easily and reliably. In contrast to conventional methods, opening the screw connection is not prevented mechanically, but merely detected. Therefore, the fastening and loosening of the screw connection may also be carried out with a commercially available standard tool. Also, any screws and nuts can be used.

Die Vorrichtung und das Verfahren begegnen der Gefahr, dass eine Schraubverbindung durch Erschütterungen von alleine gelockert wird oder durch eine Manipulation mutwillig gelöst wird. Dies wird durch Überwachung der Sicherheitsinformation detektiert. Hierdurch wird die Sicherheit der Schraubverbindung gewährleistet. Sichere Schraubverbindungen sind beispielsweise im öffentlichen Nahverkehr, in Eisenbahnen und bei Solarzellen notwendig, da hier eine Gefährdung von Komponenten, Anlagen und Steuerungssystemen durch Manipulation bzw. unbefugte Demontage oder Diebstahl vorliegt.The device and the method encounter the risk that a screw is loosened by vibrations by itself or willfully solved by manipulation. This is detected by monitoring the safety information. As a result, the safety of the screw is guaranteed. Safe screw connections are necessary, for example, in public transport, in railways and solar cells, since there is a risk of components, systems and control systems by manipulation or unauthorized disassembly or theft.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung ist die Umhüllung als Sicherungsscheibe, Sicherungsring, Schraube oder Mutter ausgebildet, welche insbesondere eine Komponente der Schraubverbindung ist. Alternativ ist die Umhüllung mit einer Sicherungsscheibe, einem Sicherungsring, einer Schraube oder einer Mutter verbunden.In a further development of the device, the envelope is designed as a locking washer, retaining ring, screw or nut, which is in particular a component of the screw connection. Alternatively, the enclosure is connected to a lock washer, a circlip, a screw or a nut.

Wenn die Umhüllung mit einer Schraube oder einer Mutter verbunden ist, so hat dies den Vorteil, dass die Montage der Schraubverbindung vereinfacht wird, da keine zusätzlichen Teile montiert werden müssen. Auch die Ausführungen als Sicherungsscheibe und Sicherungsring lassen sich mithilfe des Lesegeräts überprüfen, ob sie ihre Aufgabe ordnungsgemäß erfüllen.When the sheath is connected to a screw or a nut, this has the advantage that the assembly of the screw connection is simplified, since no additional parts have to be mounted. Also, the versions as a lock washer and retaining ring can be checked using the reader, if they perform their task properly.

Gemäß einer Ausführungsform umschließt die Umhüllung zumindest teilweise zusätzlich eine Batterie zur Bereitstellung elektrischer Energie oder ein Mittel zur Stromerzeugung, insbesondere ein piezoelektrisches Element oder eine Spule. Weiterhin umschließt die Umhüllung zusätzlich einen elektronischen Speicher, wobei der elektronische Speicher insbesondere gemeinsam mit der Recheneinheit auf einem Mikrochip angeordnet ist.According to one embodiment, the sheath at least partially encloses in addition a battery for the provision of electrical energy or a means for generating electricity, in particular a piezoelectric element or a coil. Furthermore, the enclosure additionally encloses an electronic memory, wherein the electronic memory is arranged in particular together with the arithmetic unit on a microchip.

Die Batterie bzw. das Mittel zur Stromerzeugung weisen den Vorteil auf, dass die Vorrichtung auch unabhängig vom elektromagnetischen Feld des Lesegeräts als Energiequelle den Druck protokollieren und die Integrität der Schraubverbindung überwachen kann. Die entsprechenden Sicherheitsinformationen können unmittelbar im elektronischen Speicher abgelegt werden.The battery or the means for generating electricity have the advantage that the device can also log the pressure independently of the electromagnetic field of the reading device as an energy source and monitor the integrity of the screw connection. The corresponding safety information can be stored directly in the electronic memory.

In einer Weiterbildung ist ein Material der Umhüllung mit einem Material der Schraubverbindung identisch. Alternativ weicht das Material der Umhüllung von dem Material der Schraubverbindung ab und ist komprimierbar, insbesondere Kunststoff oder Gummi.In one development, a material of the envelope is identical to a material of the screw. Alternatively, the material of the envelope deviates from the material of the screw connection and is compressible, in particular plastic or rubber.

Materialien wie z. B. Kunststoff oder Gummi weisen den Vorteil auf, dass sie die Radiosignale der Funkschnittstelle weniger stark dämpfen als beispielsweise Metall.Materials such. As plastic or rubber have the advantage that they attenuate the radio signals of the radio interface less strong than, for example, metal.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Drucksensor ein piezoelektrisches Element, ein elektrischer Kontakt, welcher ab einem bestimmten Druck geschlossen oder geöffnet wird, oder er besteht aus Dehnungsmessstreifen.According to one embodiment, the pressure sensor is a piezoelectric element, an electrical contact, which from a certain pressure is closed or opened, or it consists of strain gauges.

In einer Weiterbildung umfasst die Funkschnittstelle, insbesondere eine RFID-Funkschnittstelle, mindestens eine Antenne. Die Antenne ist kreisförmig in mehreren Schleifen oder mäanderförmig angeordnet. Die Vorrichtung kann weiterhin als passiver, semiaktiver oder aktiver RFID-Transponder ausgeführt sein.In a development, the radio interface, in particular an RFID radio interface, comprises at least one antenna. The antenna is circular in several loops or meandering arranged. The device can furthermore be embodied as a passive, semiactive or active RFID transponder.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Drucksensor an die Antenne angeschlossen, welche ihrerseits mit der Recheneinheit verbunden ist. Die Antenne ist zur Übermittlung der Druckinformation des Drucksensors an die Recheneinheit geeignet. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Drähte oder Leiterbahnen in die Vorrichtung eingebaut werden müssen, da die Antenne selbst als Kommunikationsweg zwischen dem Drucksensor und der Recheneinheit genutzt wird.According to one embodiment, the pressure sensor is connected to the antenna, which in turn is connected to the arithmetic unit. The antenna is suitable for transmitting the pressure information of the pressure sensor to the computing unit. This has the advantage that no additional wires or printed conductors must be installed in the device, since the antenna itself is used as a communication path between the pressure sensor and the arithmetic unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Drucksensoren auf, welche zur Messung eines charakteristischen Anpressdruckprofils angeordnet sind, wenn die Drucksensoren innerhalb der Schraubverbindung angeordnet sind und die Schraubverbindung angezogen ist. Die Recheneinheit ist programmiert zur Ermittlung einer Sicherheitsinformation aus den Messdaten der Drucksensoren, welche das charakteristische Anpressdruckprofil beinhaltet.According to a further embodiment, the device has a plurality of pressure sensors, which are arranged to measure a characteristic contact pressure profile, when the pressure sensors are arranged within the screw connection and the screw connection is tightened. The arithmetic unit is programmed to determine a safety information from the measurement data of the pressure sensors, which includes the characteristic contact pressure profile.

Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass auch ein zwischenzeitliches Lösen und Wiederanziehen der Schraubverbindung erkannt werden kann, da sich hierbei das Anpressdruckprofil in der Regel ändert.This embodiment has the advantage that even an intermediate loosening and re-tightening the screw can be detected, since in this case the contact pressure profile usually changes.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist eine Sicherungsscheibe, ein Sicherungsring, eine Schraube oder eine Mutter eine Auflagefläche mit Unebenheiten auf. Das charakteristische Anpressdruckprofil wird durch die Auflagefläche mit Unebenheiten hervorgerufen, wenn die Schraubverbindung angezogen ist.In a further development of this embodiment, a securing disk, a securing ring, a screw or a nut has a bearing surface with unevenness. The characteristic contact pressure profile is caused by the bearing surface with bumps when the screw is tightened.

In einer anderen Weiterbildung ist die Vorrichtung als Sicherungsscheibe ausgebildet, welche aus zwei zueinander drehbar gelagerten Scheiben besteht, welche zumindest eine Auflagefläche mit Unebenheiten aufweisen. Das charakteristische Anpressdruckprofil wird durch die Auflagefläche mit Unebenheiten hervorgerufen, wenn die Schraubverbindung angezogen ist.In another development, the device is designed as a locking washer, which consists of two mutually rotatably mounted discs, which have at least one support surface with bumps. The characteristic contact pressure profile is caused by the bearing surface with bumps when the screw is tightened.

Die Vorrichtung kann verwendet werden, um eine Tür, einen Schaltschrank, Autoräder oder eine Verkleidung in einem Innenraum eines Beförderungsmittels zu befestigen. Viele weitere Anwendungen sind ebenfalls möglich.The apparatus may be used to secure a door, cabinet, car wheels or trim in an interior of a conveyance. Many other applications are also possible.

Die Anordnung zur Überwachung einer Integrität einer Schraubverbindung weist mindestens eine Vorrichtung entsprechend der vorangegangenen Beschreibung auf. Die Schraubverbindung ist hierbei in einer technischen Anlage, insbesondere einem Schienenfahrzeug, einem Kraftwerk oder einer Fabrik oder in einer Maschine montiert. Weiterhin ist ein Lesegerät in der technischen Anlage bzw. in der Maschine fest verbaut, welches zum Empfang der Sicherheitsinformation eingerichtet ist. Außerdem umfasst die Anordnung eine zentrale Rechnereinheit, welche zur Erkennung eines Lösens der Schraubverbindung anhand der Sicherheitsinformation und zur Ansteuerung von zumindest einem der folgenden Module programmiert ist:

– ein Ausgabemittel, welches zur Erzeugung einer Warnmeldung und zur Ausgabe der Warnmeldung an einen Bediener geeignet ist,
– ein Diagnosespeicher, welcher zur Archivierung der Sicherheitsinformation eingerichtet ist, oder
– eine Notabschaltung, welche zu einer Notabschaltung der technischen Anlage bzw. der Maschine programmiert ist.

The arrangement for monitoring an integrity of a screw connection has at least one device according to the preceding description. The screw connection is in this case mounted in a technical system, in particular a rail vehicle, a power plant or a factory or in a machine. Furthermore, a reader is permanently installed in the technical system or in the machine, which is set up to receive the security information. In addition, the arrangement comprises a central computer unit, which is programmed to detect release of the screw connection on the basis of the safety information and to control at least one of the following modules:

An output means which is suitable for generating a warning message and for outputting the warning message to an operator,
A diagnostic memory which is set up for archiving the security information, or
- An emergency shutdown, which is programmed for an emergency shutdown of the technical system or the machine.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet die Sicherheitsinformation mindestens eine der folgenden Informationen:

– ein Status-Flag, welches angibt, ob eine Integrität der Schraubverbindung gegeben ist,
– einen Identifikator,
– einen gemessenen Druck,
– ein gemessenes Anpressdruckprofil,
– einen gemessenen elektrischen Widerstand oder einen gemessenen elektrischen Kontakt,
– einen Zufallswert, eine Prüfsumme, ein Passwort oder einen kryptographischen Schlüssel, oder
– beliebige weitere Informationen.

According to one embodiment of the method, the security information includes at least one of the following information:

A status flag, which indicates whether an integrity of the screw connection is given,
- an identifier,
A measured pressure,
A measured contact pressure profile,
A measured electrical resistance or a measured electrical contact,
- a random value, a checksum, a password or a cryptographic key, or
- any further information.

In einer Weiterbildung des Verfahrens überträgt die Funkschnittstelle die Sicherheitsinformation nur dann an das Lesegerät, wenn die Recheneinheit feststellt, dass der gemessene Druck von einem Sollwert abweicht. Dies hat bei einer Kontrolle mit dem Lesegerät, beispielsweise in Form eines Prüfgeräts, den Vorteil, dass gezielt nur solche Schraubverbindungen abgefragt werden, welche eine lockere Befestigung erkennen.In a development of the method, the radio interface only transmits the safety information to the reading device when the arithmetic unit determines that the measured pressure deviates from a desired value. This has in a control with the reader, for example in the form of a tester, the advantage that targeted only those screw connections are queried, which recognize a loose attachment.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Lösen oder Anziehen der Schraubverbindung durch die Recheneinheit erkannt, indem diese die Druckinformation abfragt. Daraufhin wird ein Zähler in einem elektronischen Speicher aktualisiert oder ein Prüfwert in dem elektronischen Speicher gelöscht oder durch einen modifizierten Wert überschrieben.According to one embodiment of the method, a loosening or tightening of the screw connection is detected by the arithmetic unit by polling the printing information. Subsequently, a counter is updated in an electronic memory or a test value in the electronic memory is deleted or overwritten by a modified value.

In einer Weiterbildung des Verfahrens ist das Lesegerät ein mobiles Prüfgerät, mit welchem die Integrität der Schraubverbindung bei einer Inspektion oder Wartung überprüft wird. In a development of the method, the reading device is a mobile testing device with which the integrity of the screw connection is checked during an inspection or maintenance.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Schraubverbindung in einer technischen Anlage, insbesondere einem Schienenfahrzeug, einem Kraftwerk oder einer Fabrik, oder in einer Maschine montiert. Die Sicherheitsinformation wird an ein ebenfalls in der technischen Anlage bzw. der Maschine verbautes Lesegerät übertragen, woraufhin die technische Anlage bzw. die Maschine ein Lösen der Schraubverbindung erkennt und eine Warnmeldung erzeugt, welche an einen Bediener ausgegeben wird, in einen Diagnosespeicher geschrieben wird, oder zu einer Notabschaltung der technischen Anlage bzw. der Maschine führt.According to one embodiment of the method, the screw connection is mounted in a technical installation, in particular a rail vehicle, a power plant or a factory, or in a machine. The safety information is transmitted to a reader also installed in the technical system or the machine, whereupon the technical system or the machine recognizes a loosening of the screw connection and generates a warning message which is output to an operator, written to a diagnostic memory, or leads to an emergency shutdown of the technical system or the machine.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mehrere Drucksensoren innerhalb der Schraubverbindung angeordnet. Nachdem die Schraubverbindung geschlossen wird, bilden die Druckinformationen der Drucksensoren ein charakteristisches Anpressdruckprofil. Die Recheneinheit ermittelt die Sicherheitsinformation aus den Druckinformationen der Drucksensoren, wobei die Sicherheitsinformation das charakteristische Anpressdruckprofil beinhaltet.In a further development of the method, a plurality of pressure sensors are arranged within the screw connection. After the screw connection is closed, the pressure information of the pressure sensors form a characteristic contact pressure profile. The arithmetic unit determines the safety information from the pressure information of the pressure sensors, wherein the safety information includes the characteristic contact pressure profile.

Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass ein charakteristisches Anpressdruckprofil erfasst wird, wodurch auch eine geringe Bewegung sowie ein Öffnen und erneutes Schließen der Schraubverbindung zuverlässig erkannt wird.This development has the advantage that a characteristic contact pressure profile is detected, as a result of which even slight movement and opening and re-closing of the screw connection is reliably detected.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das charakteristische Anpressdruckprofil an das Lesegerät übertragen und in einem elektronischen Speicher des Lesegeräts oder in einer Datenbank als Referenz-Anpressdruckprofil für eine spätere Überprüfung der Integrität der Schraubverbindung gespeichert. Alternativ wird das charakteristische Anpressdruckprofil in einem elektronischen Speicher, insbesondere schreibgeschützt, abgelegt, wobei sich der elektronische Speicher in unmittelbarer Nähe der Recheneinheit oder in der Recheneinheit befindet.According to one embodiment of the method, the characteristic contact pressure profile is transmitted to the reading device and stored in an electronic memory of the reading device or in a database as a reference contact pressure profile for a later check of the integrity of the screw connection. Alternatively, the characteristic contact pressure profile is stored in an electronic memory, in particular write-protected, wherein the electronic memory is located in the immediate vicinity of the arithmetic unit or in the arithmetic unit.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to figures. Show it:

1 eine Vorrichtung zur Überwachung der Integrität einer Schraubverbindung, 1 a device for monitoring the integrity of a screw connection,

2 eine Vorrichtung zur Überwachung der Integrität einer Schraubverbindung mit einer kreisförmig ausgelegten Antenne, 2 a device for monitoring the integrity of a screw connection with a circular antenna,

3 eine Vorrichtung zur Überwachung der Integrität einer Schraubverbindung mit einer in drei Kreisen ausgelegten Antenne und mehreren Drucksensoren, 3 a device for monitoring the integrity of a screw connection with a three-circuit antenna and a plurality of pressure sensors,

4 eine Vorrichtung zur Überwachung der Integrität einer Schraubverbindung mit mehreren kreisförmig angeordneten Drucksensoren, 4 a device for monitoring the integrity of a screw connection with a plurality of pressure sensors arranged in a circle,

5 eine Vorrichtung zur Überwachung der Integrität einer Schraubverbindung mit einer Vielzahl von Drucksensoren, 5 a device for monitoring the integrity of a screw connection with a plurality of pressure sensors,

6 eine Platte, welche mit Sechskantschrauben befestigt wird, wobei die Integrität der Schraubverbindungen mithilfe eines Lesegeräts überprüft wird. 6 a plate, which is fastened with hexagon screws, whereby the integrity of the screw connections is checked by means of a reader.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Überwachung der Integrität einer Schraubverbindung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer Umhüllung U, welche eine Recheneinheit T, einen Drucksensor S und eine Funkschnittstelle A, hier als Antenne gezeigt, umschließt. Die Vorrichtung 1 ist gemäß 1 als kreisförmige Scheibe oder als kreisförmiger Ring geformt. Sie ist beispielsweise eine Sicherungsscheibe oder ein Sicherungsring, welche jeweils auf eine Schraube gesteckt werden, bevor diese angezogen wird. In diesem Fall kommt der Drucksensor S beispielsweise zwischen Schraubenkopf und Mutter zu liegen, wenn die Schraubverbindung angezogen wird. Die Vorrichtung 1 muss aber nicht als separates Bauelement vorliegen, sondern kann auch bereits mit einer Mutter oder einer Schraube verbunden sein, um die Montage zu vereinfachen. 1 shows a device 1 to monitor the integrity of a screw connection. The device 1 consists of an enclosure U, which encloses a computing unit T, a pressure sensor S and a radio interface A, here shown as an antenna. The device 1 is according to 1 shaped as a circular disc or as a circular ring. It is for example a lock washer or a circlip, which are each put on a screw before it is tightened. In this case, the pressure sensor S comes to lie, for example, between the screw head and nut when the screw is tightened. The device 1 but does not have to be present as a separate component, but may also be already connected to a nut or a screw to simplify installation.

Über die Funkschnittstelle A stellt die Vorrichtung eine Sicherheitsinformation für ein Lesegerät bereit, die von der Integrität der Schraubverbindung abhängt. Die Sicherheitsinformation wird hierbei von der Recheneinheit T aus einer Druckinformation ermittelt, welche von dem Drucksensor S bereitgestellt wird. Der Drucksensor S ist hierbei zwischen Komponenten der Schraubverbindung angeordnet und misst einen Druck, wenn die Schraubverbindung angezogen ist.Via the radio interface A, the device provides security information for a reading device, which depends on the integrity of the screw connection. The security information is in this case determined by the arithmetic unit T from a pressure information which is provided by the pressure sensor S. The pressure sensor S is in this case arranged between components of the screw connection and measures a pressure when the screw is tightened.

Die Umhüllung U der Vorrichtung 1 kann zwar im gleichen Material wie die anderen Komponenten der Schraubverbindung ausgeführt sein (d. h. in der Regel Metall), es bieten sich aber auch andere Materialien wie beispielsweise Gummi oder Kunststoff an. Letztere Materialien bieten den Vorteil, dass eine Funkkommunikation mithilfe der Funkschnittstelle A begünstigt wird und dass sie komprimierbar sind.The enclosure U of the device 1 Although may be performed in the same material as the other components of the screw (ie, usually metal), but there are also other materials such as rubber or plastic. The latter materials have the advantage that radio communication is favored by means of the radio interface A and that they are compressible.

Für die Funkschnittstelle A eignet sich die RFID-Technologie. Die Recheneinheit T und die Funkschnittstelle A können beispielsweise als RFID-Etikett ausgeführt sein, welches in die Umhüllung U eingearbeitet ist.For the radio interface A, the RFID technology is suitable. The arithmetic unit T and the radio interface A can be designed, for example, as an RFID tag, which is incorporated in the envelope U.

In 1 ist die Recheneinheit T mit der Funkschnittstelle A und dem Drucksensor S verbunden. Bei dem Drucksensor S handelt es sich beispielsweise um ein Piezo-Element oder um einen elektrischen Kontakt, welcher ab einem bestimmten Druck geschlossen bzw. geöffnet wird. Dies wird dadurch begünstigt, dass die Umhüllung U aus einem komprimierbaren Material wie etwa Kunststoff oder Gummi besteht. Bei ausreichendem Druck auf die Umhüllung U werden dann beispielsweise Kontakte des Drucksensors S aufeinander gedrückt. In diesem Fall besteht die Druckinformation, welche der Drucksensor S bereitstellt, lediglich aus einer Null (kein elektrischer Kontakt) bzw. aus einer 1 (elektrischer Kontakt). In 1 the computing unit T is connected to the radio interface A and the pressure sensor S. The pressure sensor S is, for example, a piezoelectric element or an electrical contact which is closed or opened at a certain pressure. This is facilitated by the fact that the envelope U consists of a compressible material such as plastic or rubber. With sufficient pressure on the envelope U then, for example, contacts of the pressure sensor S are pressed against each other. In this case, the pressure information provided by the pressure sensor S consists only of a zero (no electrical contact) or a 1 (electrical contact).

Die Sicherheitsinformation beinhaltet beispielsweise ein Status-Flag, welches anzeigt, ob die Integrität der Schraubverbindung in Ordnung ist. Sie kann weiterhin eine Identifizierung der Vorrichtung 1 beinhalten. Auch kann sie die Druckinformation, also beispielsweise den durch den Drucksensor S gemessenen Druck, enthalten. Hierbei ist es auch möglich, die Druckinformation durch einen Schwellwertvergleich zu bilden, wobei die Druckinformation Null beispielsweise anzeigt, dass der gemessene Druck einen Schwellwert unterschreitet und die Druckinformation 1 anzeigt, dass der gemessene Druck den Schwellwert überschreitet. Sofern die Vorrichtung 1 wie weiter unten beschrieben ausgestaltet wird, kann die Sicherheitsinformation auch ein charakteristisches Anpressdruckprofil beinhalten, welches eine Druckverteilung über die Fläche der Vorrichtung 1 anzeigt. Auch kann die Sicherheitsinformation einen gemessenen elektrischen Widerstand bzw. einen vorhandenen elektrischen Kontakt enthalten. Sie darf auch beliebige weitere Informationen enthalten wie beispielsweise Verwaltungsdaten einer letzten Prüfung, bei einem Schließen der Schraubverbindung eingespeicherte Referenzinformationen oder Ähnliches. Auch ein Zufallswert, eine Prüfsumme (z. B. CRC-Code, kryptographische Prüfsumme, z. B. mittels SHA-1, SHA256, HMAC-SHA1, AES-CBC-MAC berechnet), ein Passwort oder ein kryptographischer Schlüssel kann der Sicherheitsinformation beigefügt werden.The security information includes, for example, a status flag indicating whether the integrity of the screw connection is correct. You can continue to identify the device 1 include. It can also contain the pressure information, that is, for example, the pressure measured by the pressure sensor S. In this case, it is also possible to form the pressure information by means of a threshold value comparison, wherein the pressure information zero indicates, for example, that the measured pressure falls below a threshold value and the pressure information 1 indicates that the measured pressure exceeds the threshold. Unless the device 1 As will be described further below, the safety information may also include a characteristic contact pressure profile which provides a pressure distribution across the surface of the device 1 displays. The safety information may also contain a measured electrical resistance or an existing electrical contact. It may also contain any further information, such as, for example, administrative data of a last test, reference information stored when the screw connection is closed or the like. A random value, a checksum (eg CRC code, cryptographic checksum, eg calculated by means of SHA-1, SHA256, HMAC-SHA1, AES-CBC-MAC), a password or a cryptographic key can also be used for the security information be attached.

In einer Variante überträgt die Vorrichtung 1 nur bei einer Abweichung des gemessenen Drucks von einem Sollwert die Sicherheitsinformation über die Funkschnittstelle A an das Lesegerät. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einer Abfrage einer Vielzahl von Schraubverbindungen mit dem Lesegerät nur diejenigen Vorrichtungen 1 ein Signal senden, die für ihre Schraubverbindung eine mangelnde Integrität erkennen. Dieses Verhalten der Vorrichtung 1 kann immer vorliegen oder auch von einem Abfragekommando des Lesegeräts abhängen. In letzterem Fall kann das Lesegerät wahlweise alle Vorrichtungen erfassen oder gezielt nur diejenigen mit einer Abweichung abfragen.In a variant, the device transmits 1 only with a deviation of the measured pressure from a setpoint, the safety information via the radio interface A to the reader. This ensures that when querying a variety of screw with the reader only those devices 1 send a signal that recognizes a lack of integrity for their screw connection. This behavior of the device 1 can always exist or depend on a query command of the reader. In the latter case, the reader can selectively detect all devices or specifically query only those with a deviation.

Um auch ein zwischenzeitliches Lösen während eines Zeitraums, in dem keine Abfrage durch das Lesegerät erfolgt, zuverlässig zu erkennen, kann die Vorrichtung 1 bei einem Lösen der Schraubverbindung einen Zählerwert in der Recheneinheit T aktualisieren (z. B. inkrementieren) oder einen Prüfwert (z. B. ein Zufallswert) in einem elektronischen Speicher, welcher beispielsweise in der Recheneinheit T angeordnet ist, löschen oder durch einen modifizierten Wert überschreiben. Alternativ wird bei einem Anziehen der Schraubverbindung, d. h. wenn der geforderte Druck aufgebaut wird, ein neuer Prüfwert durch die Recheneinheit T generiert und im elektronischen Speicher, beispielsweise als aktualisierter (z. B. inkrementierter) Zählerwert oder als neuer Zufallswert abgelegt. Grundsätzlich kann die Vorrichtung 1 mittels passiver RFID-Technologie durch das Lesegerät über ein Funkfeld/Magnetfeld mit Energie versorgt werden. Hierzu ist die Antenne als Spule ausgestaltet. Die Vorrichtung 1 kann anstelle eines passiven RFID-Transponders aber auch einen semi-aktiven Transponder oder einen aktiven Transponder beinhalten.In order to reliably detect a temporary release during a period in which no query is made by the reader, the device 1 upon a loosening of the screw connection, update a counter value in the arithmetic unit T (eg increment it) or delete a test value (eg a random value) in an electronic memory, which is arranged for example in the arithmetic unit T, or by a modified value overwrite. Alternatively, when tightening the screw connection, ie when the required pressure is built up, a new test value is generated by the arithmetic unit T and stored in the electronic memory, for example as an updated (eg incremented) counter value or as a new random value. Basically, the device can 1 powered by passive RFID technology through the reader via a radio field / magnetic field with energy. For this purpose, the antenna is designed as a coil. The device 1 may also include a semi-active transponder or an active transponder instead of a passive RFID transponder.

Da zum Zeitpunkt der Manipulation der Schraubverbindung gegebenenfalls kein elektromagnetisches Feld eines Lesegeräts zur Verfügung steht, kann die erforderliche elektrische Energie auch durch eine integrierte Batterie oder durch eine Stromerzeugung, beispielsweise mittels eines Piezo-Elements, bereitgestellt werden. In einer Variante kann eine Stromversorgung auch durch ein magnetisches Wechselfeld erfolgen, oder durch andere energieerzeugende Effekte, z. B. durch mechanische Schwingungen eines Magneten in einer Spule oder durch ein Peltier-Element.Since at the time of manipulation of the screw, if appropriate, no electromagnetic field of a reader is available, the required electrical energy can also be provided by an integrated battery or by power generation, for example by means of a piezoelectric element. In a variant, a power supply can also be effected by a magnetic alternating field, or by other energy-generating effects, eg. B. by mechanical vibrations of a magnet in a coil or by a Peltier element.

Die Vorrichtung 1 ist vielfältig anwendbar, beispielsweise zur Verkleidung eines Fahrgastraums eines Schienenfahrzeugs, zur Befestigung einer Tür, von Schaltschränken oder auch Autorädern. Die Vorrichtung 1 wird dann bei einer Inspektion oder Wartung mithilfe eines tragbaren Prüfgerätes inspiziert. In einer anderen Variante erfolgt die Überwachung während eines laufenden Betriebs durch eine Maschine oder technische Anlage, in welcher die Schraubverbindung montiert ist, in Form einer Selbst-Diagnose. Die technische Anlage oder Maschine ist beispielsweise ein Schaltschrank oder ein Schienenfahrzeug mit verschraubten Abdeckplatten im Fahrgastbereich, etwa an Wand, Decke oder Tür. Sobald eine Schraubverbindung, welche die Vorrichtung 1 enthält, gelöst wird, wird dies durch ein fest verbautes Lesegerät detektiert, woraufhin eine Alarmmeldung erzeugt wird, die einem Bediener angezeigt wird, in einen Diagnosespeicher eingeschrieben wird oder unmittelbar zu einer Notabschaltung führt.The device 1 is widely applicable, for example, for covering a passenger compartment of a rail vehicle, for fixing a door, of cabinets or car wheels. The device 1 is then inspected during an inspection or maintenance using a portable tester. In another variant, the monitoring takes place during operation by a machine or technical system in which the screw is mounted, in the form of a self-diagnosis. The technical system or machine is, for example, a control cabinet or a rail vehicle with bolted cover plates in the passenger area, for example on the wall, ceiling or door. Once a screw connection, which the device 1 is solved, this is detected by a permanently installed reader, whereupon an alarm message is generated, which is displayed to an operator, is written into a diagnostic memory or immediately leads to an emergency shutdown.

2 zeigt erneut eine Vorrichtung 1, welche aus einer Recheneinheit T, einem Drucksensor S und einer Funkschnittstelle A bestehen, die von einer Umhüllung U umschlossen werden. Die Funkschnittstelle A besteht hierbei aus einer kreisförmig ausgelegten Antenne, welche in die Umhüllung U eingebettet ist. Die Antenne kann hierbei auch mäanderförmig in der Umhüllung U ausgelegt sein. Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise als Sicherungsscheibe ausgeführt, d. h. die Umhüllung U hat die Form und ggf. auch die weiteren Merkmale einer Beilagscheibe, Spannscheibe oder Sicherungsscheibe. Die Vorrichtung 1 kann alternativ oder ergänzend auch Merkmale herkömmlicher Sicherungsschrauben oder Sicherungsmuttern aufweisen, etwa Verriegelungszähne, Sicherungsrippen an der Auflagefläche, eine spezielle Profilierung der Auflageflächen, eine Gewindebeschichtung mit mikroverkapselten Klebstoffen, ein Klemmteil oder eine klemmende Beschichtung. 2 shows again a device 1 , which consist of a computing unit T, a pressure sensor S and a radio interface A, which are enclosed by a sheath U. The radio interface A in this case consists of a circular designed antenna, which is embedded in the enclosure U. In this case, the antenna can also be designed meander-shaped in the enclosure U. The device 1 For example, is designed as a backup disk, ie the envelope U has the shape and possibly also the other features of a washer, clamping washer or lock washer. The device 1 may alternatively or additionally include features of conventional locking screws or locknuts, such as locking teeth, securing ribs on the support surface, a special profiling of the bearing surfaces, a threaded coating with microencapsulated adhesives, a clamping part or a clamping coating.

3 zeigt eine Vorrichtung 1, bei der die Funkschnittstelle A aus drei kreisförmigen Antennen besteht. In die mittlere Antenne sind drei Drucksensoren S eingebunden. Der elektrische Kontakt zwischen den Drucksensoren S und der Recheneinheit T wird über die Antenne selbst geleitet. Die Drucksensoren S sind also an die Antenne angeschlossen. Bei den Drucksensoren S handelt es sich hierbei beispielsweise um mehrere Druckschalter, welche bei einem bestimmten Druck geschlossen werden. Alle genannten Komponenten werden erneut von einer Umhüllung U umschlossen. In einer Variante erfasst die Recheneinheit T, ob die mittlere Antennenleitung unterbrochen oder durchgängig ist. Dadurch kann sie ermitteln, ob ein ausreichender Druck durch die Drucksensoren S detektiert wird. Dazu kann z. B. eine Widerstandmessung erfolgen. Die Drucksensoren S können auch auf mehreren Antennenringen vorgesehen sein. 3 shows a device 1 in which the radio interface A consists of three circular antennas. In the middle antenna, three pressure sensors S are involved. The electrical contact between the pressure sensors S and the arithmetic unit T is passed through the antenna itself. The pressure sensors S are thus connected to the antenna. The pressure sensors S are, for example, a plurality of pressure switches, which are closed at a certain pressure. All components mentioned are again enclosed by a casing U. In a variant, the arithmetic unit T detects whether the middle antenna line is interrupted or continuous. As a result, it can determine whether a sufficient pressure is detected by the pressure sensors S. This can z. B. carried out a resistance measurement. The pressure sensors S can also be provided on a plurality of antenna rings.

In einer Variante wird durch den Drucksensor S bei ausreichend hohem Anpressdruck eine elektrische Verbindung zu einem bzw. zwischen Antennensegmenten hergestellt. Bei zu geringem Anpressdruck ist die elektrische Verbindung unterbrochen. Da dann die Antenne nicht oder nur eingeschränkt funktionsfähig ist, ist somit auch eine Funk-Kommunikation mit dem Lesegerät unterbunden.In a variant, an electrical connection to or between antenna segments is produced by the pressure sensor S at a sufficiently high contact pressure. If the contact pressure is too low, the electrical connection is interrupted. Since then the antenna is not or only partially functional, thus a radio communication with the reader is prevented.

4 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung 1 mit einer Recheneinheit T und einer Funkschnittstelle A, welche von einer Umhüllung U umschlossen werden. Weiterhin ist eine Vielzahl von Drucksensoren S gezeigt, welche kreisförmig in die Umhüllung U eingearbeitet sind. Die kreisförmig angeordneten Drucksensoren S ermitteln ein charakteristisches Anpressdruckprofil, sobald die jeweilige Schraubverbindung angezogen wird. 4 also shows a device 1 with a computing unit T and a radio interface A, which are enclosed by an enclosure U. Furthermore, a plurality of pressure sensors S is shown, which are incorporated in a circular manner in the enclosure U. The circularly arranged pressure sensors S determine a characteristic contact pressure profile as soon as the respective screw connection is tightened.

Das charakteristische Anpressdruckprofil ergibt sich entweder aus natürlich vorhandenen, zufälligen Unregelmäßigkeiten bzw. Unebenheiten der Auflageflächen der Komponenten der Schraubverbindung oder der Oberfläche der Vorrichtung 1. Alternativ wird eine Auflagefläche mit unregelmäßiger Oberfläche geschaffen, indem eine entsprechend ausgestaltete zweite Beilagscheibe verwendet wird oder ein Schraubkopf, eine Mutter oder eine sonstige Auflagefläche mit entsprechenden Unregelmäßigkeiten verwendet wird.The characteristic contact pressure profile results either from naturally occurring, random irregularities or unevenness of the bearing surfaces of the components of the screw connection or the surface of the device 1 , Alternatively, a bearing surface with an irregular surface is created by using a correspondingly configured second washer or a screw head, a nut or other bearing surface is used with corresponding irregularities.

Die Mehrzahl der Drucksensoren S nehmen dann jeweils unterschiedlichen Druck auf, wenn die Vorrichtung 1 nach dem Schließen der Schraubverbindung beispielsweise gegen eine unregelmäßig erhabene Gegenscheibe gedrückt wird. Abhängig von einer jeweiligen relativen Drehwinkelposition wird dann auf die einzelnen Drucksensoren S ein unterschiedlich hoher Druck ausgeübt. Nach einem Öffnen und erneuten Anziehen der Schraubverbindung ergibt sich daher jeweils ein neues charakteristisches Anpressdruckprofil. Hierdurch lässt sich ein zwischenzeitliches Öffnen und erneutes Anziehen der Schraubverbindung erkennen.The plurality of pressure sensors S then each receive different pressure when the device 1 is pressed after closing the screw, for example, against an irregular raised counter-disc. Depending on a respective relative rotational angular position, a different high pressure is then exerted on the individual pressure sensors S. After opening and tightening the screw therefore results in each case a new characteristic contact pressure profile. As a result, an intermediate opening and tightening the screw can be recognized.

In einer Variante dieser Ausgestaltung wird die Vorrichtung 1 aus zwei zueinander drehbar gelagerten Sicherungsscheiben gebildet. Diese können fest miteinander verbunden sein oder lediglich lose durch den Schaft der Schraube zusammengehalten werden. Abhängig von der jeweiligen Relativposition der beiden Scheiben ergibt sich jeweils ein neues charakteristisches Anpressdruckprofil, welches über die Funkschnittstelle A abgefragt wird. Nach einem Lösen und erneuten Anziehen der Schraubverbindung ergibt sich mit hoher Wahrscheinlichkeit ein anderes Anpressdruckprofil als zuvor.In a variant of this embodiment, the device 1 formed of two mutually rotatably mounted lock washers. These can be firmly connected or merely held together loosely by the shank of the screw. Depending on the respective relative position of the two disks, a new characteristic contact pressure profile results, which is queried via the radio interface A. After loosening and tightening the screw again results in a high probability another contact pressure profile than before.

5 zeigt eine weitere Variante der Vorrichtung 1, bei der die Umhüllung U eine Vielzahl von Drucksensoren S in zufälliger Anordnung aufnimmt. Auch hier werden die Druckinformationen der Drucksensoren S durch die Recheneinheit T ausgewertet und über die Funkschnittstelle A an ein Lesegerät kommuniziert. 5 shows a further variant of the device 1 in which the enclosure U receives a plurality of pressure sensors S in a random arrangement. Again, the pressure information of the pressure sensors S are evaluated by the arithmetic unit T and communicated via the radio interface A to a reader.

6 zeigt eine Platte 20, welche mit vier Sechskantschrauben 30 beispielsweise im Innenraum eines Schienenfahrzeugs als Innenverkleidung befestigt wird. Die Platte 20 könnte aber auch der Befestigung einer Tür an einem Rahmen eines Schienenfahrzeugs dienen. Unter dem Kopf jeder der Sechskantschrauben 30 befindet sich jeweils eine der zuvor beschriebenen Vorrichtungen 1, beispielsweise ausgestaltet als RFID-Sicherungsscheibe. Die Vorrichtungen 1 sind also wie Sicherungsscheiben geformt und verfügen als Funkschnittstelle über eine RFID-Schnittstelle. Letztere ermöglicht es einem Lesegeräts L abzufragen, ob die Schraubverbindungen fest angezogen sind. Das Lesegerät L ist hierfür als Prüfgerät mit einer Antenne ausgestaltet und erfasst die Sicherheitsinformationen der Vorrichtungen 1. Abhängig von den Sicherheitsinformationen sowie gegebenenfalls einer weiteren Prüfung durch das Lesegerät L zeigt dieses mithilfe einer grünen LED 11 einen fehlerfreien Status oder mithilfe einer roten LED 12 einen Fehlerstatus an. In einer Variante stellt das Lesegerät L außerdem eine Identifizierung der jeweiligen Vorrichtung 1 sowie weitere gespeicherte Informationen der Vorrichtung 1 auf einem Bildschirm dar. 6 shows a plate 20 , which with four hexagon screws 30 For example, in the interior of a rail vehicle is attached as interior trim. The plate 20 but could also serve to attach a door to a frame of a rail vehicle. Under the head of each of the hexagon screws 30 is in each case one of the devices described above 1 , designed for example as an RFID safety washer. The devices 1 are therefore shaped like locking washers and have a radio interface via an RFID interface. The latter allows a reader L to query whether the Screw connections are tightened. The reader L is designed for this purpose as a test device with an antenna and detects the safety information of the devices 1 , Depending on the safety information and, if necessary, another check by the reader L, this is indicated by a green LED 11 an error-free status or with a red LED 12 an error status. In a variant, the reader L also provides an identification of the respective device 1 and further stored information of the device 1 on a screen.

In einer Variante wird die Vorrichtung 1 jeweils nur für ausgewählte Schraubverbindungen vorgesehen, d. h. zum Beispiel nur für eine der Sechskantschrauben 30 montiert. Zum Zweck der Überwachung eines unbefugten Lösens der Platte 20 genügt es bereits, die Integrität dieser einen Schraubverbindung zu überwachen. Da sich die Vorrichtung 1 mit bestehenden Schraubverbindungen verwenden lässt, wenn sie als Sicherungsscheibe ausgeführt ist, können für alle Schraubverbindungen identische Schrauben und Muttern verwendet werden.In a variant, the device 1 each provided only for selected screw, ie, for example, only one of the hexagon screws 30 assembled. For the purpose of monitoring unauthorized release of the disk 20 It already suffices to monitor the integrity of this one screw connection. As the device 1 can be used with existing screw connections, if it is designed as a lock washer, identical screws and nuts can be used for all screw connections.

In einer Weiterentwicklung wird wie zuvor beschrieben ein charakteristisches Anpressdruckprofil für die jeweilige Schraubverbindung ermittelt. Nach einem Lösen und erneuten Anziehen der Schraubverbindung verändert sich dieses charakteristische Anpressdruckprofil, da es nur schwer möglich ist, eine identische Relativ-Position der Komponenten der Schraubverbindung zu erreichen. Nach der Montage der Platte 20 wird in diesem Szenario das charakteristische Anpressdruckprofil als Referenzinformation durch das Lesegerät L angelernt, sobald ein Benutzer einen Lern-Knopf 13 drückt. Diese Referenzinformation wird dann als Referenz-Anpressdruckprofil entweder im Lesegerät L selbst oder in einem elektronischen Speicher in der Vorrichtung 1 abgespeichert. Letzteres erfolgt vorzugsweise schreibgeschützt, beispielsweise nur einmal schreibbar oder nur nach einer Authentisierung des Schreibenden schreibbar. Alternativ kann die Referenzinformation auch auf einem separaten Rechner, beispielsweise in einer Datenbank hinterlegt werden.In a further development, a characteristic contact pressure profile for the respective screw connection is determined as described above. After loosening and tightening the screw again changes this characteristic contact pressure profile, since it is difficult to achieve an identical relative position of the components of the screw. After mounting the plate 20 In this scenario, the characteristic contact pressure profile is learned as reference information by the reader L as soon as a user has a learning button 13 suppressed. This reference information is then used as a reference contact pressure profile either in the reader L itself or in an electronic memory in the device 1 stored. The latter is preferably done write-protected, for example, only once writable or writable only after an authentication of the writer. Alternatively, the reference information can also be stored on a separate computer, for example in a database.

Wie zuvor beschrieben kann anstatt des Lesegeräts L, welches als tragbares Prüfgerät gezeigt ist, auch ein fest installiertes Lesegerät L verwendet werden. Dieses ist dann in der Lage, die Integrität der Schraubverbindungen kontinuierlich abzufragen und bei einem Lösen einer Schraubverbindung sofort eine Alarmmeldung zu erzeugen. Dadurch wird eine Gefährdung durch lose Schraubbefestigungen vermieden, z. B. wenn eine Türe eines Zuges nicht mehr ordnungsgemäß befestigt ist. Insbesondere können absichtlich, z. B. bei Vandalismus, gelockerte Schraubverbindungen automatisch und zuverlässig erkannt werden.As described above, instead of the reader L, which is shown as a portable tester, a fixed reader L can also be used. This is then able to interrogate the integrity of the screw continuously and immediately generate an alarm message when loosening a screw. As a result, a risk is avoided by loose Schraubbefestigungen, z. B. if a door of a train is no longer properly attached. In particular, intentionally, z. As in vandalism, loosened screw automatically and reliably detected.

Die beschriebenen Ausführungsformen, Weiterbildungen, Ausführungsbeispiele und Varianten sowohl der Vorrichtung als auch des Verfahrens können frei miteinander kombiniert werden.The described embodiments, developments, embodiments and variants of both the device and the method can be freely combined with each other.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2007/0012117 A1 [0004]
WO 2008/024093 A2 [0005]
US 5689243 [0006]
DE 102008049816 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://en.wikipedia.org/wiki/security_screw [0009]
http://www.bde-zeiterfassung-zutrittskontrolle-ausweis.com/rfid-transponder-design.htm [0011]
http://www.schrauben-gross.de/fileadmin/Dateiliste/aktuelles/Presse%20und%20Informationen/Kundenzeitung/inside0106.pdf [0012]
DIN 6796 [0012]

Claims

Device for monitoring the integrity of a screw connection, - With at least one pressure sensor (S), adapted for receiving pressure from components of a screw connection, when the pressure sensor (S) is arranged between the components of the screw connection and the screw connection is tightened, and designed to provide pressure information, - With a computing unit (T), programmed to determine a safety information from the pressure information, - With a radio interface (A), suitable for transmitting the security information to a reading device (L), and - With a sheath (U), which at least partially surrounds the pressure sensor (S), the arithmetic unit (T) and the radio interface (A).

Device according to claim 1, - In which the sheath (U) is designed as a lock washer, retaining ring, screw or nut, which is in particular a component of the screw, or - In which the sheath (U) is connected to a lock washer, a locking ring, a screw or a nut.

Device according to one of the preceding claims, - In which the sheath (U) in addition to a battery for providing electrical energy or a means for generating electricity, in particular a piezoelectric element or a coil, at least partially encloses, and - In which the sheath (U) additionally encloses an electronic memory, wherein the electronic memory is arranged in particular together with the arithmetic unit (T) on a microchip.

Device according to one of the preceding claims, - In which a material of the sheath (U) is identical to a material of the screw, or - In which the material of the envelope (U) deviates from the material of the screw connection and is compressible, in particular plastic or rubber.

Device according to one of the preceding claims, In which the pressure sensor (S) is a piezoelectric element, - In which the pressure sensor (S) is an electrical contact which is closed or opened at a certain pressure, or - In which the pressure sensor (S) consists of strain gauges.

Device according to one of the preceding claims, - In which the radio interface (A), in particular an RFID radio interface, comprises at least one antenna, and - In which the antenna is circular, arranged in several loops or meandering.

Apparatus according to claim 66, - In which the pressure sensor (S) is connected to the antenna, which in turn is connected to the arithmetic unit (T), and - In which the antenna for transmitting the pressure information of the pressure sensor (S) to the arithmetic unit (T) is suitable.

Device according to one of the preceding claims, - With a plurality of pressure sensors (S) arranged to measure a characteristic contact pressure profile when the pressure sensors (S) are arranged within the screw and the screw is tightened, and - In which the arithmetic unit (T) is programmed to determine a safety information from the measurement data of the pressure sensors (S), which includes the characteristic contact pressure profile.

Device according to claim 8, - In which a lock washer, a locking ring, a screw or a nut has a support surface with bumps, and - In which the characteristic contact pressure profile is caused by the support surface with bumps when the screw is tightened.

Device according to claim 8, - Formed as a lock washer, which consists of two mutually rotatably mounted discs, which have at least one bearing surface with bumps, and - In which the characteristic contact pressure profile is caused by the support surface with bumps when the screw is tightened.

Use of the device according to one of the preceding claims for fastening a door, a control cabinet, car wheels or a panel in an interior of a means of transport.

Arrangement for monitoring an integrity of a screw connection, with at least one device according to one of the preceding claims, wherein the screw connection is mounted in a technical installation, in particular a rail vehicle, a power plant or a factory, or in a machine, - With a permanently installed in the technical system or in the machine reader (L), which is set up to receive the security information, and - with a central processing unit, programmed to detect a loosening of the screw on the basis of security information and to control - an output means suitable for generating a warning message and for issuing the warning message to an operator, or - a diagnostic memory, arranged for archiving the safety information, or - an emergency shutdown, programmed for an emergency shutdown of the technical system or the machine.

Method for monitoring an integrity of a screw connection, - In which a sheath (U) at least one pressure sensor (S), a computing unit (T) and a radio interface (A) at least partially encloses, In which the pressure sensor (S) and at least part of the sheath (U) are arranged between components of a screw connection, In which the screw connection is tightened, whereby the components of the screw connection exert pressure on the pressure sensor (S), In which the pressure sensor (S) receives the pressure and provides pressure information, - In which a computing unit (T) determines a security information from the pressure information, and - In which a radio interface (A) transmits the security information to a reader (L).

Method according to claim 13, where the security information includes at least one of the following information: A status flag, which indicates whether an integrity of the screw connection is given, - an identifier, A measured pressure, A measured contact pressure profile, A measured electrical resistance or a measured electrical contact, - a random value, a checksum, a password or a cryptographic key, or - any further information.

Method according to claim 13 or 14, - In which the radio interface (A) transmits the security information to the reading device (L) only if the computing unit (T) determines that the measured pressure deviates from a desired value.

A method according to claim 13, 14 or 15, - In which a loosening or tightening of the screw connection by the arithmetic unit (T) is detected by this queries the pressure information, whereupon a counter is updated in an electronic memory or a test value is deleted in the electronic memory or overwritten by a modified value.

Method according to one of claims 13-16, - In which the reader (L) is a mobile tester with which the integrity of the screw connection is checked during an inspection or maintenance.

Method according to one of claims 13-16, - In which the screw is mounted in a technical system, in particular a rail vehicle, a power plant or a factory, or in a machine, and - In which the security information is transmitted to a also installed in the technical system or the machine reader, whereupon the technical system or the machine detects a loosening of the screw and generates a warning, which is output to an operator, written in a diagnostic memory or leads to an emergency shutdown of the technical system or the machine.

Method according to one of the preceding claims, - In which a plurality of pressure sensors (S) are arranged within the screw and the screw is tightened, whereupon the pressure information of the pressure sensors (S) form a characteristic contact pressure profile, and - In which the arithmetic unit (T) determines the safety information from the pressure information of the pressure sensors (S), wherein the safety information includes the characteristic contact pressure profile.

Method according to one of the preceding claims, - In which the characteristic contact pressure profile transmitted to the reader (L) and stored in an electronic memory of the reader (L) or in a database as a reference contact pressure profile for a subsequent verification of the integrity of the screw, or - In which the characteristic contact pressure profile in an electronic memory, in particular write-protected, is stored, wherein the electronic memory is in the immediate vicinity of the arithmetic unit (T) or in the arithmetic unit (T).