Titel

Ankervorrichtung

Stand der Technik

In der WO 2013/113586 ist ein Ankersystem mit einem Sensor zur Erfassung einer axi alen Endlage einer Spreizhülse beschrieben.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Befestigungsvorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einer Sensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Befesti gungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle, die mit der Sensoreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrichtung die zumindest eine Befes tigungsgröße bereitzustellen. Es wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle elektrisch verbindbar mit einer drahtlosen Kommunikationseinheit oder direkt verbindbar mit der externen Auslesevorrichtung ist. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengüns tige Messvorrichtung bereitgestellt werden, die mit einer teuren Elektronik und/oder Kommunikation nachrüstbar ist. Vorteilhaft kann dadurch eine besonders kostengüns tige Messvorrichtung realisiert werden, über die der Zustand einer Befestigungsvorrich tung überwacht werden kann.

Bei der Befestigungsvorrichtung handelt es sich dabei insbesondere um eine Befesti gung, die im Bauwesen verwendet wird, wie beispielsweise einem Anker, einem Dübel oder einer Schraube. Unter einem Anker soll insbesondere ein Bauteil oder eine An ordnung von Bauteilen zur zugsicheren Verbindung bzw. Verankerung von Bauteilen verstanden werden. Der Anker besteht vorzugsweise aus einem zugfesten Material, bevorzugt aus einem Metall. Der Anker ist in einem Bohrloch befestigbar ausgebildet. Der Anker ist insbesondere kraft- und/oder formschlüssig mit dem Werkstoff, in wel chem das Bohrloch angeordnet ist, verbindbar ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, dass der Anker stoffschlüssig verbindbar mit dem Werkstoff, in welchem das Bohrloch angeordnet ist, ausgebildet ist. Das Bohrloch ist insbesondere als ein im Wesentlichen zylindrisches Bohrloch ausgebildet.

Der Grundkörper der Messvorrichtung kann aus einem Kunststoff, einem keramischen Werkstoff und/oder einem Metall ausgebildet sein. Der Grundkörper kann beispiels weise als eine zumindest teilweise oder partiell ringförmige Scheibe, als eine Leiter platte, als eine Mutter oder als eine Unterlegscheibe ausgebildet sein. Insbesondere ist der Grundkörper derart ausgebildet, dass der Grundkörper im befestigten Zustand in einem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist. Der Grundkörper kann da bei teilweise oder vollständig im Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung angeordnet sein. Unter dem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung soll dabei insbesondere der Be reich verstanden werden, in welchem im befestigten Zustand eine Kraft ausgehend von der Befestigungsvorrichtung wirkt. Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus einem Verbundwerkstoff.

Die Sensoreinheit kann zur Erfassung der Befestigungsgrößen einen oder mehrere Sensorelemente aufweisen. Die Sensorelemente können als passive Sensorelemente oder aktive Sensorelemente ausgebildet sein.

Unter einem aktiven Sensorelement soll dabei insbesondere ein Sensor verstanden werden, der derart ausgebildet ist, das ein elektrisches Signal ohne elektrische Energie von außen erzeugbar ist. Das aktive Sensorelement kann beispielsweise als ein Ther moelement, als ein Lichtsensor, als eine photovoltaische Zelle oder als ein Druck sensor, insbesondere als ein piezoelektrischer Drucksensor, ausgebildet sein. Das ak tive Sensorelement kann beispielsweise als ein piezoelektrisches oder ein elektrodyna misches Sensorelement ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist das aktive Sen sorelement zur Erzeugung einer mechanischen oder elektromagnetischen Anregung ausgebildet, wobei eine Antwort auf diese Anregung durch das aktive Sensorelement in ein elektrisches Signal umwandelbar ist. Im Gegensatz zu dem passiven Sensorele ment benötigt das aktive Sensorelement elektrische Energie von außen zur Erzeugung der Anregung. Das aktive Sensorelement kann beispielsweise als eine piezoelektrische Schicht, ein Schallgeber, ein Vibrationselement oder auch ein elektronischer Schwing kreis ausgeführt sein.

Unter einem passiven Sensor soll insbesondere ein Sensor verstanden werden, des sen Parameter durch die Messgröße verändert wird. Vorzugsweise ist der passive Sensor derart ausgebildet, dass der Parameter durch die Messgröße unabhängig von einer angelegten Spannung bzw. Energieversorgung veränderbar ist. Die Umwandlung in ein elektrisches Signal erfolgt vorzugsweise sobald elektrische Energie zur Verfü gung steht. Insbesondere kann eine Elektronik diesen Parameter in ein elektrisches Signal umwandeln. Der passive Sensor kann beispielsweise als ein induktives, kapazi tives, resistives und optisches Sensorelement, oder als ein Druck-, Kraft-, Inertial-, Licht-, Feuchte-, Temperatur- oder Magnetfeldsensor, als ein Thermoelement oder als ein Mikrofon ausgebildet sein.

Die Elektronik kann beispielsweise einen ASIC, einen IC bzw. integrierten Schaltkreis oder einen Mikroprozessor umfassen. Des Weiteren kann die Sensoreinheit bzw. die Elektronik eine Speichereinheit umfassen. In der Speichereinheit kann die Befesti gungsgröße zumindest zeitweise gespeichert. Des Weiteren kann in der Speicherein heit eine Identifikationsinformation digital gespeichert sein, über die die Befestigungs vorrichtung identifizierbar ist. Die Identifikationsinformation kann beispielsweise eine Typ-, Modell-, Herstellerangaben und/oder eine eindeutige Identifizierung umfassen.

Bei den Befestigungsgrößen handelt es sich insbesondere um physikalische Größen, über die der Zustand der Befestigung der Befestigungsvorrichtung, der Zustand der Befestigungsvorrichtung und/oder der Zustand des Werkstoffs, in welchem die Befesti gungsvorrichtung angebracht ist, charakterisierbar ist. Die Befestigungsgröße kann bei spielsweise als eine Kraft ausgebildet sein, mit der die Befestigungsvorrichtung ange bracht ist, bei einem Anker beispielsweise die Druckkraft auf eine Mutter. Alternativ o- der zusätzlich kann die Befestigungsgröße auch als eine Orientierung der Befesti gungsvorrichtung ausgebildet sein, beispielsweise eine Verkippung der Mutter. Auch ist es denkbar, dass die Befestigungsgröße als eine Information bezüglich der Feuchtig keit und/oder Korrosion im Bereich der Befestigungsvorrichtung oder einer Temperatur ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Befestigungsgröße als eine Informa tion bezüglich des Zustand des Umfelds der Befestigungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Schnittstelle kann als eine drahtlose Schnittstelle oder als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet sein. Unter einer drahtlosen Schnittstelle soll dabei insbesondere eine Schnittstelle verstanden werden, über die die Befestigungsgröße und/oder die Identifi kationsinformation drahtlos übertragbar ist. Die Schnittstelle kann dabei derart ausge bildet sein, dass die Daten über beispielsweise Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX übertragbar sind. Im mit der drahtlosen Kommunikationsein heit verbundenen Zustand ist die Schnittstelle als eine drahtlose Schnittstelle ausgebil det. Unter einer Kontaktschnittstelle soll dabei insbesondere eine Schnittstelle verstan den werden, über die über einen direkten Kontakt mit der externen Auslesevorrichtung Daten austauschbar sind. Die Schnittstelle, insbesondere die Kontaktschnittstelle, um fasst vorzugsweise ein Kontaktelement, das zur Übertragung von Daten mittels eines elektrischen Leiters oder eines Lichtschwingungsleiters ausgebildet ist. Die drahtlose Kommunikationseinheit ist vorzugsweise verbindbar mit dem Kontaktelement der Schnittstelle ausgebildet. Vorteilhaft kann über die Verbindung der drahtlosen Kommu nikationseinheit mit der Schnittstelle eine als Kontaktschnittstelle ausgebildete Schnitt stelle in eine drahtlose Schnittstelle umgewandelt werden. Die drahtlose Kommunikati onseinheit kann beispielsweise als ein RFID-Tag oder ein SAW-Tag ausgebildet sein.

Die externe Auslesevorrichtung weist eine Kommunikationsschnittstelle auf, über die ein von der Schnittstelle bereitgestelltes Signal empfangbar ist und kann beispiels weise als eine Bluetooth, LoRaWAN, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX Kom munikationsschnittstelle ausgebildet sein. Die externe Auslesevorrichtung kann bei spielsweise als eine insbesondere akkubetriebene externe Auslesevorrichtung ausge bildet sein. Die externe Vorrichtung kann beispielhaft als eine Handwerkzeugmaschine, die insbesondere zur Erzeugung des Bohrlochs oder zur Befestigung der Befestigungs vorrichtung, wie beispielsweise einem Anker, vorgesehen ist, ausgebildet sein. Die Handwerkzeugmaschine kann beispielhaft als eine Bohrmaschine, als eine Schlag bohrmaschine, als ein Bohrhammer, als ein Schrauber, als ein Drehschlagschrauber oder dergleichen ausgebildet sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass die externe Auslese vorrichtung als ein eigens zum Auslesen der Befestigungsvorrichtung bzw. der Schnitt stelle vorgesehenes Gerät ausgebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die externe Auslesevorrichtung als ein Smartphone, ein Tablet oder ein mobiler Rechner, wie bei spielsweise ein Laptop, ausgebildet ist. Alternativ ist ebenso denkbar, dass die externe Auslesevorrichtung als eine autonome Vorrichtung ausgebildet ist, die die Messvorrich- tung autonom ansteuert und ausliest, beispielsweise ein Roboter oder eine Drohne. Al ternativ ist denkbar, dass die externe Auslesevorrichtung als eine stationäre Einheit ausgebildet ist, die im Bereich zumindest einer Befestigungsvorrichtung, vorzugsweise in einem Bereich mit mehreren Befestigungsvorrichtungen installiert ist. Über die als stationäre Einheit ausgebildete externe Auslesevorrichtung können vorteilhaft mehrere Befestigungsvorrichtungen periodisch mittels der Schnittstelle überprüft werden, um si cherzustellen, dass die Verankerung sicher ist.

Die über die Schnittstelle bereitgestellten Informationen können beim und/oder nach dem Setzen der Befestigungsvorrichtung überwacht und ausgewertet werden, um diese in einer Infrastruktur zu speichern oder in das Speicherelement zu schreiben. Beispielsweise kann beim Setzen einer Befestigungsvorrichtung in Form eines Ankers mit einer Messvorrichtung dieser Prozess insbesondere über eine als eine Handwerk zeugmaschine ausgebildete externe Vorrichtung überwacht werden. Alternativ kann die Überwachung bzw. das Auslesen und Auswerten auch in einem Abstand von einigen Metern mittels einer mobilen externen Auslesevorrichtung erfolgen. Es ist beispiels weise denkbar, dass das Speicherelement als RFID-Element ausgebildet und dazu vorgesehen ist, von nahe der Befestigungsvorrichtung platzierten Werkzeugen oder Handwerkzeugmaschinen modifiziert und/oder beschrieben zu werden. Die Speiche rung erfolgt dabei beispielsweise über eine physikalische Modifizierung eines Wider stands oder einer Kapazität, die durch die Schnittstelle wiederum auslesbar ist. Die über die Schnittstelle bereitgestellten Informationen können auch zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die die Sensoreinheit ein Übertragungsele ment aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in eine phy sikalische Ausgangsgröße zu wandeln, wobei die Befestigungsgröße basierend auf der physikalischen Ausgangsgröße von dem Sensorelement erfasst wird. Vorteilhaft kann durch das Übertragungselement die Erfassung der Befestigungsgrößer erleichtert oder überhaupt erst ermöglich werden. Bei der physikalischen Eingangsgröße kann es sich beispielsweise um eine Kraft handelt, die auf die Messvorrichtung wirkt. Es ist ebenso denkbar, dass es sich bei der physikalischen Eingangsgröße um eine Temperatur, ei nen Druck oder eine Feuchtigkeit im Bereich der Messvorrichtung handelt. Abhängig von dem Übertragungselement sind unterschiedliche Ausgangsgrößen denkbar, wie beispielsweise eine Kraft, eine optische Größe, eine elektrische Größe, eine magneti sche Größe, etc. Das Übertragungselement kann auch einstückig mit dem Sensorele ment ausgebildet sein, sodass das Übertragungselement zusätzlich zur Erfassung der Messgröße ausgebildet ist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart elastisch ausge bildet ist, dass über eine Verformung des Übertragungselements die Befestigungs größe erfassbar ist. Vorteilhaft kann dadurch auf einfach Weise eine als Kraft ausgebil dete physikalische Eingangsgröße durch das Übertragungselement umgewandelt wer den, beispielhaft in eine Kraft, die in eine andere Richtung wirkt und/oder in eine Dicke oder Länge des Übertragungselements. Das Übertragungselement weist insbesondere ein Elastizitätsmodul von unter 10, vorzugsweise von unter 2, bevorzugt von unter 0,1, auf. Unter einem elastischen Übertragungselement soll insbesondere ein elastisch ver formbares Übertragungselement verstanden werden, dass bei einer Krafteinwirkung seine Form verändert und unter Wegfall dieser Krafteinwirkung zu seiner Ursprungs form zurückkehrt. Alternativ oder zusätzlich kann das Übertragungselement auch plas tisch verformbar ausgebildet sein, wobei die Schwelle für die Verformung vorteilhaft derart gewählt ist, dass eine ordnungsgemäße oder eine nicht ordnungsgemäße Be festigung der Befestigungsvorrichtung erfassbar bzw. anzeigbar ist.

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine optische Eigenschaft des Übertragungselements in Abhän gigkeit der physikalischen Eingangsgröße ändert. Vorteilhaft kann die optische Eigen schaft von der Sensoreinheit erfasst werden. Bei der optischen Eigenschaft kann es sich beispielsweise um die Transparenz, den Brechungsindex, das Reflexionsvermö gen, die Farbe, etc. des Übertragungselements handeln.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine magnetische Eigenschaft in Abhängigkeit der physikali schen Eingangsgröße ändert. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das Übertragungselement derart ausgebildet ist, dass sich zumindest eine elektrische Ei genschaft des Übertragungselements in Abhängigkeit der physikalischen Eingangs größe ändert. Bei den magnetischen Eigenschaften kann es sich beispielsweise um eine Kopplungsgröße, eine magnetische Suszeptibilität, eine magnetische Permeabili tät, eine resultierende Änderung des Magnetflusses bzw. des Flussübertrags, um eine induktive Dämpfungsgröße oder um ein geändertes Wirbelstromverhalten handeln. Bei den elektrischen Eigenschaften kann es sich beispielsweise um eine Kapazität eines Kondensators, insbesondere eine Kapazität eines Plattenkondensators, um eine die lektrische Permitivität, um eine elektrische Suszeptibilität oder um einen elektrischen Widerstand, insbesondere um einen Übergangswiderstand, handeln.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle zumindest ein mechanisches Ver bindungselement zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit der drahtlosen aufweist. Vorzugsweise ist die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung werkzeuglos lösbar ausgebildet. Vorteilhaft kann dadurch die Verbindung der Schnittstelle mit der drahtlosen Kommunikationseinheit gelöst werden, um eine andere Messvorrichtung mit der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle zu verbinden.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit und die Schnittstelle beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei das Sensorelement radial innenliegend und die Schnittstelle radial außenliegend angeordnet ist. Insbesondere ist die Sensoreinheit in einem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung und die Kommunikationseinheit außer halb des Kraftpfads der Befestigungsvorrichtung angeordnet. Vorteilhaft kann dadurch die Belastung auf die Kommunikationseinheit reduziert werden. Unter radial innenlie gend soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden, dass im mit der Befesti gungsvorrichtung befestigten Zustand quer zur Verbindungsrichtung der Abstand der Sensoreinheit zu der Befestigungsvorrichtung geringer ist als der Abstand der Schnitt stelle bzw. der drahtlosen Kommunikationseinheit. Die Schnittstelle kann auf einer Oberseite, einer Unterseite oder am Rand der Messvorrichtung angeordnet sein. Unter einer Oberseite der Messvorrichtung soll dabei insbesondere die Seite verstanden wer den, die im befestigten Zustand von dem Werkstück, an dem die Befestigungsvorrich tung angebracht ist, abgewandt ist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle mit dem Sensorelement über ein elektrisches Verbindungselement verbunden ist. Das elektrische Verbindungsele ment kann beispielsweise als ein Draht, ein Kabel oder als eine Leiterbahn ausgebildet sein. Es ist ebenso denkbar, dass das Verbindungselement als eine Kontaktelektrode, eine Ringelektrode, ein Array bzw. eine Matrize von Kontakten oder eine Spule ausge bildet ist. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Abschirmung auf, die dazu ausgebildet ist, das Sensorelement und/oder das Verbindungselement abzuschirmen. Die Abschirmung kann beispielsweise eine Schirmungsstruktur oder eine Massenein fassung für Elektroden umfassen. Es ist auch denkbar, dass die Abschirmung zumin dest einen Schirmring umfasst. Unter abschirmen soll in diesem Zusammenhang ins besondere eine geeignete Abschirmung gegen elektrische und/oder magnetische Fel der verstanden. Vorteilhaft kann dadurch sichergestellt werden, dass die Erfassung von Befestigungsgrößen, die beispielsweise über eine Kapazität ermittelt werden, nicht oder kaum verfälscht werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Messvorrichtung eine Referenzstruktur zum Abgleich mit Umweltparametern aufweist. Vorteilhaft kann dadurch die Genauigkeit der Erfassung der Befestigungsgröße erhöht werden. Die Referenzstruktur ist vorzugs weise außerhalb des Kraftpfads angeordnet.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Schnittstelle zumindest zwei Kontaktelemente aufweist, die jeweils dazu ausgebildet sind, zumindest eine Befestigungsgröße bereit zustellen. Vorteilhaft können dadurch mehrere Befestigungsgrößen der externen Aus lesevorrichtung bereitgestellt werden. Die Kontaktelemente können dabei gleich ausge bildet sein, sind allerdings insbesondere elektrische nicht miteinander verbunden. Das Kontaktelement kann beispielsweise als eine Elektrode, als ein Stecker, als eine Buchse, als ein Kontaktpad oder dergleichen ausgebildet sein.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein System, aufweisend eine Messvorrichtung wie zuvor beschrieben und einer drahtlosen Kommunikationseinheit, wobei die drahtlose Kommunikationseinheit stoffschlüssig oder kraft- und/oder formschlüssig mit der Mess vorrichtung verbunden ist. Vorteilhaft kann dadurch eine Messvorrichtung, die drahtlos mit einer externen Auslesevorrichtung kommunizieren kann, realisiert werden.

Insbesondere betrifft die Erfindung weiterhin eine Messvorrichtung für eine Befesti gungsvorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einer Sensoreinheit, die dazu ausgebil det ist, zumindest eine Befestigungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle, die mit der Sensoreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrich tung die zumindest eine Befestigungsgröße bereitzustellen, wobei die Sensoreinheit ein Anregungselement zur mechanischen und/oder elektrischen Anregung der Befesti gungsvorrichtung und ein Sensorelement aufweist, wobei das Sensorelement dazu ausgebildet ist, eine Befestigungsgröße in Abhängigkeit der Antwort auf die Anregung zu erfassen. Vorteilhaft kann dadurch Energie in die Befestigungsvorrichtung oder de ren Umgebung eingebracht und die Reaktion darauf gemessen werden, wobei über die ermittelten Werte der Zustand der Befestigung ermittelbar ist. Das Anregungselement kann beispielsweise piezoelektrisch oder elektrodynamisch ausgebildet sein. Das An regungselement kann ein aktives Sensorelement und/oder ein passives Sensorelement aufweisen. Das Anregungselement ist insbesondere zur Erzeugung einer mechani schen oder elektromagnetischen Anregung ausgebildet, wobei eine Antwort auf diese Anregung durch das Sensorelement in ein elektrisches Signal umwandelbar ist. Insbe sondere kann eine Elektronik die Antwort auf die Anregung in ein elektrisches Signal umwandeln. Das Anregungselement benötigt elektrische Energie zur Erzeugung der Anregung. Das Anregungselement kann beispielsweise als eine piezoelektrische Schicht, ein Schallgeber, ein Vibrationselement oder auch ein elektronischer Schwing kreis ausgeführt sein. Das Anregungselement und das Sensorelement können einstü ckig ausgebildet sein, wobei das Sensorelement vorzugsweise als ein aktiver Sensor ausgebildet ist.

Das Anregungselement ist insbesondere mit einer Elektronik verbunden. Die Elektronik kann dabei sowohl die Energieversorgung für das Anregungselement bereitstellen als auch das Anregungselement steuern oder regeln. Die Steuerung bzw. Regelung erfolgt dabei über einen ASIC, einen Microcontroller oder ähnlichem.

Alternativ oder zusätzlich ist ebenso denkbar, dass die Messvorrichtung derart ausge bildet ist, dass die Anregung des Anregungselements in das Werkstück bzw. die die Befestigungsvorrichtung aufnehmende Struktur hineinwirkt.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Anregungselement dazu ausgebildet ist, eine mechanische Schwingung zu erzeugen. Die mechanische Schwingung kann ins besondere als eine Schallwelle ausgebildet sein. Die mechanische Schwingung kann dabei als Longitudinal- und/oder Transversalwelle ausgebildet sein.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit dazu ausgebildet ist, die Befesti gungsgröße basierend auf der Laufzeit, der Intensität, der Frequenz und/oder der Rich tung der mechanischen Schwingung zu erfassen. Vorteilhaft kann dadurch eine präzise Erfassung der Befestigungsgröße realisiert werden. Zudem wird vorgeschlagen, dass das Anregungselement als ein Piezoelement ausge bildet ist. Vorzugsweise ist das als Piezoelement ausgebildete Anregungselement ein stückig mit dem Sensorelement ausgebildet.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Anregungselement dazu ausgebildet ist, eine elektromagnetische Anregung durchzuführen, wobei das Sensorelement eine Be festigungsgröße basierend auf einer elektrischen Impedanz erfasst. Insbesondere ist das Anregungselement als ein Kondensator ausgebildet, der mit unterschiedlichen Fre quenzen umgeladen wird. Über eine derartige Anregung ist beispielsweise eine Erfas sung der Feuchtigkeit des die Befestigungsvorrichtung aufnehmenden Werkstücks denkbar.

Insbesondere betrifft die Erfindung weiterhin ein System, aufweisend eine Messvorrich tung wie zuvor beschrieben und einer weiteren Messvorrichtung, die drahtlos miteinan der verbunden sind, wobei die weitere Messvorrichtung ein Sensorelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Befestigungsgröße in Abhängigkeit der Antwort auf die Anregung des Anregungselements der Messvorrichtung zu erfassen. Die weitere Messvorrichtung kann im Wesentlichen identisch zu der Messvorrichtung ausgebildet sein.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Befestigungsvorrichtung, umfassend folgende Schritte:

- Senden eine Signals von einer externen Auslesevorrichtung an eine Messvorrichtung die mit einer Befestigungsvorrichtung an einem Werkstück befestigt ist;

- Empfangen des Signals durch die Messvorrichtung;

- Aktivierung eines Anregungselements der Messvorrichtung in Abhängigkeit des Sig nals der externen Auslesevorrichtung;

- Mechanische und/oder elektrische Anregung der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks durch das Anregungselement;

- Erfassung des Antwortsignals auf die Anregung des Anregungselements durch eine Sensoreinheit der Messvorrichtung. Vorteilhaft kann über das Antwortsignal eine Be festigungsgröße erfasst und somit der Zustand der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks ermittelt werden.

Zusätzlich sind noch weitere Schritte denkbar, wie beispielsweise: - Bereitstellung des Antwortsignals über eine Schnittstelle der Messvorrichtung wie zu vor beschrieben;

- Auswertung des Antwortsignals durch die Messvorrichtung oder die externe Auslese vorrichtung;

- Empfang des Antwortsignals durch die externe Auslesevorrichtung;

- Ermittlung eines Zustands der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks in Abhängigkeit des Antwortsignals;

- Anzeige des Zustands der Befestigungsvorrichtung und/oder des Werkstücks auf der externen Auslesevorrichtung, insbesondere über einen Bildschirm der externen Ausle sevorrichtung.

Insbesondere betrifft die Erfindung zudem eine Messvorrichtung für eine Befestigungs vorrichtung, mit einem Grundkörper, mit einer Sensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, zumindest eine Befestigungsgröße zu erfassen, mit einer Schnittstelle, die mit der Sen soreinheit verbunden und dazu ausgebildet ist, einer externen Auslesevorrichtung die zumindest eine Befestigungsgröße bereitzustellen, wobei die Messvorrichtung eine Energieversorgungseinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Sensorelement, ein Anregungselement und/oder eine Kommunikationseinheit mit Energie zu versorgen. Vorteilhaft kann dadurch die Messvorrichtung mit Energie versorgt werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit ein Energieauf nahmeelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, ein externes elektromagnetisches Signal zur Energieversorgung der Messvorrichtung umzuwandeln. Vorteilhaft kann dadurch auf einfache Weise Energie in die Messvorrichtung eingeführt werden. Das externe elektromagnetische Signal wird von einer externen Energiequelle, die nicht Teil der Messvorrichtung und/oder Befestigungsvorrichtung ist, bereitgestellt. Das externe elektromagnetische Signal kann beispielsweise als eine Funkwelle oder Licht, insbe sondere Licht im sichtbaren Bereich oder UV- oder I R-Licht, ausgebildet sein. Das Energieaufnahmeelement ist insbesondere dazu ausgebildet, das externe elektromag netische Signal in ein elektrisches Signal bzw. in elektrische Energie umzuwandeln. Weitere vorteilhafte Wellenlängenbereiche liegen in Bereichen, die bereits regulato risch ausreichend hohe Funkleistungen erlauben, bspw. in den Bereichen für RFID, für Radar oder in allgemein verfügbaren Bereichen für die Kommunikation. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit ein Energiespei cherelement aufweist. Vorteilhaft kann dadurch die Energie zeitweise gespeichert oder angesammelt werden, bis die erforderliche Menge an Energie für eine Messung oder einen Vorgang wie die Kommunikation mit einer externen Auslesevorrichtung erreicht ist. Das Energiespeicherelement kann beispielsweise als ein Kondensator, insbeson dere ein keramischer Kondensator oder ein Tantal Kondensator, ausgebildet sein. Al ternativ ist auch denkbar, dass das Energiespeicherelement als ein elektrochemischer Akkumulator, als ein Supercap oder als ein elektrolytischer Kondensator

Zudem wird vorgeschlagen, dass das Energiespeicherelement eine Kapazität von zu mindest 5 - 500 pF, insbesondere zumindest 10 - 200 pF, aufweist. Vorteilhaft kann dadurch sichergestellt werden, dass die Speicherkapazität des Energiespeicherele ments ausreichend groß ist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit derart ausgebil det ist, dass die Energie im Energiespeicherelement so lange gespeichert wird, bis ein Schwellenwert erreicht wird, wobei bei Überschreitung des Schwellenwerts das Senso relement, das Anregungselement und/oder das Kommunikationselement aktiviert wird.

Insbesondere betrifft die Erfindung weiterhin ein System bestehend aus einer Messvor richtung wie zuvor beschrieben und einer externen Energieversorgungvorrichtung. Die externe Energieversorgungseinheit kann beispielsweise in einer Gebäudeinfrastruktur einheit, wie beispielsweise einem Rauchmelder, integriert sein. Vorteilhaft kann dadurch die Messvorrichtung regelmäßig oder nach Bedarf mit Energie versorgt wer den. Es ist ebenso denkbar, dass die Energieversorgungseinheit als eine mobile ex terne Energieversorgungseinheit ausgebildet ist, die von einem Benutzer tragbar, wie beispielsweise ein Smartphone oder eine Taschenlampe. Alternativ ist ebenso denk bar, dass die externe Energieversorgungseinheit als eine autonome Vorrichtung aus gebildet ist, die die Messvorrichtung autonom ansteuert und diese mit Energie versorgt, beispielsweise ein Roboter oder eine Drohne. Vorteilhaft ist die Anregung bzw. die elektromagnetische Strahlung der externen Energieversorgungseinrichtung auf die Energieversorgungseinheit optimiert.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer Mess vorrichtung für eine Befestigungsvorrichtung, umfassend folgende Schritte: - Aktivierung einer externen Energieversorgungseinheit; Die Aktivierung kann manuell getriggert über einen Benutzer oder automatisch erfolgen. Die automatische Aktivie rung kann beispielsweise zeitlich getriggert sein.

- Bereitstellung von Energie in Form eines elektromagnetischen Signals durch eine ex terne Energieversorgungseinheit; Die externe Energieversorgungseinheit kann tragbar, autonom mobil oder als eine stationäre Vorrichtung ausgebildet sein. Bei der externen Energieversorgungsvorrichtung kann es sich auch um die externe Auslesevorrichtung handeln.

- Umwandung des elektromagnetischen Signals in eine elektrische Energie durch die Energieversorgungseinheit;

- Speichern der Energie durch die Energieversorgungseinheit;

- Steuerung der Messvorrichtung basierend auf einer Zustandsgröße der Energiever sorgungseinheit; Insbesondere handelt es sich bei der Zustandsgröße der Energiever sorgungseinheit um einen Füllstand der Energiespeichereinheit der Energieversor gungseinheit. Durch eine Steuerung der Messvorrichtung in Abhängigkeit einer Zu standsgröße der Energieversorgungseinheit kann vorteilhaft eine ausreichende Ener gieversorgung der Messvorrichtung während ihrer Aktivierung sichergestellt werden.

- Bereitstellung der Energie einem Sensorelement, einem Anregungselement und/oder einer drahtlosen Kommunikationseinheit;

- Aktivierung des Sensorelements, des Anregungselements und/oder der drahtlosen Kommunikationseinheit. Vorteilhaft können sämtliche elektronischen Bauteile der Messvorrichtung durch die Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt werden.

Die einzelnen Schritte des Verfahrens laufen vorzugsweise in der oben genannten Rei henfolge ab.

Zeichnungen

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merk- male in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen fassen. Bezugszeichen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung, die sich im Wesentlichen entsprechen, werden mit derselben Zahl und mit einem die Ausführungsform kennzeichnenden Buchstaben versehen.

Es zeigen:

Fig. la eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform ei ner Messvorrichtung mit einer Befestigungsvorrichtung;

Fig. lb eine perspektivische Ansicht der Messvorrichtung gemäß Fig. la;

Fig. lc einen Teilschnitt durch die Messvorrichtung gemäß Fig. la;

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform einer Messvorrichtung;

Fig. 3 eine weitere alternative Ausführungsform der Messvorrichtung;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Messvorrichtung;

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Messvorrichtung;

Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der Messvorrichtung;

Fig. 7 eine siebte Ausführungsform der Messvorrichtung;

Fig. 8 eine achte Ausführungsform der Messvorrichtung; Fig. 9a eine schematische Ansicht einer neunten Ausführungsform der Messvorrichtung;

Fig. 9b eine schematische Ansicht zweier Messvorrichtungen gemäß Fig. 9a.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. la ist eine Seitenansicht einer Befestigungsvorrichtung 10 mit einer Mess vorrichtung 100 gezeigt. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist insbesondere zur Montage von Schwerlastbauteilen 12 an Wänden oder Decken ausgebildet. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist beispielhaft als ein Anker ausgebildet. Hierzu wird zunächst ein Bohrloch 16 in einem Werkstück 18 mittels einer als Bohrhammer ausgebildeten Handwerkzeugmaschine 1004 erzeugt. Das Werkstück 18 ist bei spielhaft als eine Betonwand ausgebildet. Die Befestigungsvorrichtung 10 be steht aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Edelstahl.

Zur Montage wird zunächst das Schwerlastbauteil 12 an der Wand positioniert. Die Befestigungsvorrichtung 10 wird über eine Montageöffnung 20 des Schwer lastbauteils 12 in das Bohrloch 16 hineingeführt, sodass ein Befestigungsbereich der Befestigungsvorrichtung 10 innerhalb des Bohrlochs 16 angeordnet ist. Die Befestigungsvorrichtung 10 weist ein vorderes Ende 22 auf, das im befestigten Zustand im Bohrloch 16 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Befestigungsvor richtung 10 ein dem vorderen Ende 22 gegenüberliegendes hinteres Ende 24 auf. Das hintere Ende 24 ist im befestigten Zustand in einem Bereich außerhalb des Bohrlochs 16 angeordnet.

Die Befestigungsvorrichtung 10 umfasst ein Zugaufnahmeelement 26, über das eine Zugkraft auf einen Grundkörper 28 der Befestigungsvorrichtung 10 einleitbar ist. Das Zugaufnahmeelement 26 ist beispielhaft als ein Gewinde 30 bzw. als ein Außengewinde ausgebildet. Die Zugkraft wird dabei über eine Mutter 32, die mit dem Zugaufnahmeelement 26 verbunden ist, eingeleitet. Des Weiteren umfasst die Befestigungsvorrichtung 10 eine Spreizhülse 34, das bei der Befestigung der Befestigungsvorrichtung 10 im Werkstück 18 diese durch eine radial nach außen wirkende Kraft sichert.

Des Weiteren weist Befestigungsvorrichtung 10 eine Unterlegscheibe 36 auf, die ebenfalls beispielsweise aus einem Metall bzw. Stahl gebildet ist. Die Unterleg scheibe 36 ist dazu ausgebildet, eine Kraft ausgehend von der Befestigungsvor richtung 10 bzw. der Mutter 32 auf eine größere Fläche zu verteilen. Die Messvorrichtung 100 weist einen Grundkörper 102 auf. Der Grundkörper 102 ist ringförmig ausgebildet und weist beispielhaft einen größeren Durchmesser auf, als die Unterlegscheibe 36. Es ist allerdings ebenso denkbar, dass die late rale Erstreckung des Grundkörpers 102 kleiner ist, als die der Unterlegscheibe 36 oder an diese angepasst ist. Alternativ wäre ebenso denkbar, dass die Unter legscheibe 36 und der Grundkörper 102 der Messvorrichtung 100 einstückig aus gebildet sind.

Die Befestigungsvorrichtung 10 ist in Fig. la im befestigten Zustand gezeigt, in der die Befestigungsvorrichtung 10 im Bohrloch 16 angeordnet ist. Zur Befesti gung wird die Befestigungsvorrichtung 10 zunächst mit einer Unterlegscheibe 36 und im Anschluss mit der Messvorrichtung 100 verbunden.

In einem weiteren Schritt wird eine Mutter 32 mit der Befestigungsvorrichtung 10 verbunden. Die Mutter 32 weist ein nicht dargestelltes Innengewinde auf, das zu dem als Gewinde 30 ausgebildeten Zugaufnahmeelement 26 der Befestigungs vorrichtung 10 korrespondiert. Zunächst wird die Mutter 32 solange auf die Be festigungsvorrichtung 10 geschraubt, bis die Mutter 32 an der Unterlegscheibe 36 und die Unterlegscheibe 36 über die Messvorrichtung 100 an dem Schwer lastbauteil 12 anliegt. Anschließend wird mittels eines Werkzeugs, wie einem Schraubenschlüssel, oder einer Handwerkzeugmaschine 1004, wie einem Schrauber, ein Drehmoment auf die Mutter 32 übertragen, wobei über das Zug aufnahmeelement 26 das auf die Mutter 32 wirkende Drehmoment in eine auf die Befestigungsvorrichtung 10 wirkende Zugkraft übertragen wird.

Die Messvorrichtung 100 ist in einem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung 10 angeordnet, um eine Befestigungsgröße in Form einer Kraft, insbesondere einer Vorspannkraft, zu erfassen.

In Fig. lb ist eine perspektivische Ansicht der Messvorrichtung 100 gezeigt. Die Messvorrichtung 100 weist eine Sensoreinheit 104 zur Erfassung der Befesti gungsgröße mittels zumindest eines Sensorelements 106 auf. Die Sensoreinheit 104 ist mit einer Schnittstelle 108 verbunden. Die Schnittstelle 108 ist dazu aus gebildet, einer externen Auslesevorrichtung 1000 die von der Sensoreinheit 104 erfasste Befestigungsgröße bereitzustellen. Die Schnittstelle 108 ist beispielhaft als eine Kontaktschnittstelle ausgebildet. Die Schnittstelle 108 umfasst vier Kon taktelemente 110, die als Kontaktflächen 112 auf einer Oberseite der Messvor richtung 100 angeordnet sind. Die Oberseite der Messvorrichtung 100 ist im be festigten Zustand dem Schraubkopf bzw. der Mutter 32 der Befestigungsvorrich tung 10 zugewandt. Die Schnittstelle 108 bzw. die Kontaktelemente 110 können durch die externe Auslesevorrichtung 1000 direkt kontaktiert werden, um Daten auszutauschen bzw. die Befestigungsgrößen zu übermitteln. Die Schnittstelle 108 umfasst optional noch einen weiteres Kontaktelement 114, das zur Verbin dung mit einer Masse vorgesehen ist.

Die Schnittstelle 108 ist über ein Verbindungselement 116 mit der Sensoreinheit 104 verbunden. Das Verbindungselement 116 ist beispielhaft als eine Elektronik 118 ausgebildet. Die Elektronik 118 umfasst einen integrierten Schaltkreis 120, der mit der Sensoreinheit 104 und der Schnittstelle 108 verbunden. Die Elektro nik 118 weist zudem ein Speicherelement 122 auf, in welchem Daten, insbeson dere die von der Sensoreinheit 104 erfassten Daten bzw. Befestigungsgrößen, speicherbar sind. In dem Speicherelement 122 ist beispielhaft zusätzlich eine ID der Messvorrichtung 100 gespeichert, über welche die Messvorrichtung identifi zierbar / charakterisierbar ist.

Die Energieversorgung der Elektronik 118 erfolgt über eine Energieversorgungs einheit 124. Die Energieversorgungseinheit 124 ist dazu ausgebildet, die Sen soreinheit 104 bzw. das Sensorelement 106 mit Energie zu versorgen. Die Ener gieversorgungseinheit 124 umfasst ein Energiespeicherelement 126 und ein Energieaufnahmeelement 128.

Das Energieaufnahmeelement 128 ist dazu ausgebildet, ein externes insbeson dere elektromagnetisches Signal zur Energieversorgung der Messvorrichtung 100 in elektrische Energie umzuwandeln. In der Ausführungsform Gemäß Fig. lb ist das Energieaufnahmeelement 128 beispielhaft zur Umwandlung eines elektro magnetischen Signals in Form von Licht ausgebildet. Das Energieaufnahmeele ment 128 ist insbesondere als eine Solarzelle 130 ausgebildet, die mittels des photovoltaischen Effekts das aufgenommene Licht, beispielsweise Sonnenlicht, in, eine elektrische Energie umwandelt. Das Energieaufnahmeelement 128 ist auf der Oberfläche der Messvorrichtung 100 angeordnet. Das Energieaufnahme element 128 weist eine Fläche bzw. Oberfläche von zumindest 0,5 cm ² , insbe sondere zumindest 1 cm ² , vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 cm ² und 10 cm ² auf. Bevorzugt ist die Größe des Energieaufnahmeelements 128 derart ausgebildet, dass sie zumindest 10 %, vorzugsweise zumindest 25 %, bevorzugt zumindest 50 %, der im befestigten Zustand der Befestigungsvorrichtung 10 frei liegenden Fläche entspricht. Die freiliegende Fläche ist in der gezeigten Ausfüh rungsform die dem Schwerlastbauteil 12 abgewandte Teil der Oberfläche der Messvorrichtung 100, der nicht von der Befestigungsvorrichtung 10 durch die Mutter 32 beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist das Energieaufnahmeelement 128 derart ausgelegt, dass es eine Leistung von zumindest 100 pW, vorzugsweise zumindest 250 pW, bevorzugt zumindest 1 mW, aufweist. Vorteilhaft kann dadurch das Energiespeicherelement 126 in wenigen Sekunden ausreichend ge laden werden, um die Sensoreinheit 104 und/oder die Elektronik 118 mit Energie zu versorgen.

Das Energiespeicherelement 126 ist beispielhaft als ein Kondensator in Form ei nes Tantal- Kondensators ausgebildet. Vorteilhaft weist der Tantal- Kondensator aufgrund seiner inneren porösen Struktur bei geringer Größe eine sehr hohe Speicherkapazität auf. Das Energiespeicherelement 126 weist insbesondere eine Kapazität von zumindest 100 pF, vorzugsweise zumindest 0,5 mF, bevorzugt mehrere mF auf, um eine ausreichend hohe Energie für die Durchführung von Messungen oder Kommunikation mit der externen Auslesevorrichtung 1000 be reitzustellen. Die Energieversorgungseinheit 124 ist beispielhaft derart ausgebil det, dass die Energie im Energiespeicherelement 126 so lange gespeichert wird, bis ein Schwellenwert erreicht wird, wobei bei Überschreitung des Schwellen werts das Sensorelement 106 aktiviert wird. Der Schwellenwert beträgt beispiel haft ein Kapazitätswert von 50 pF. Alternativ kann der Schwellenwert auch als eine Spannung am Energiespeicherelement ausgebildet sein, wie beispielsweise 3,0 V.

Die Energieversorgungseinheit 124 wird beispielhaft über eine externe Energie versorgungseinheit 1100 mit Energie versorgt. Die externe Energieversorgungs einheit 1100 ist beispielhaft als eine Taschenlampe 1102 mit einem Linsensys- tem ausgebildet, um auch entfernte Messvorrichtungen 100 bzw. Befestigungs vorrichtungen 10 zu beleuchten. Alternativ wäre auch denkbar, dass die externe Energieversorgungseinheit 1100 als ein Flutlicht ausgebildet ist. Die von der ex ternen Energieversorgungseinheit 1100 ausgehende elektromagnetische Strah lung ist vorteilhaft auf die verwendete Solarzelle 130 optimiert, in dem die emit tierte Wellenlänge angepasst ist.

Das Sensorelement 106 der Sensoreinheit 104 ist beispielhaft als ein passives Sensorelement 132 ausgebildet. Insbesondere ist das Sensorelement 106 als ein abgeschirmter Kondensator 134 ausgebildet und in Fig. lc in einer Schnittdar stellung gezeigt. Das Sensorelement 106 umfasst beispielhaft vier elektrisch leit fähige Ebenen 136, die durch den Grundkörper 102 der Messvorrichtung 100 elektrisch voneinander isoliert sind. Zur elektrischen Isolierung kann der Grund körper 102 beispielhaft in den Bereichen zwischen den leitfähigen Ebenen 136 eine keramische Struktur, einen verstärkten Kunststoff oder einen glasfaserver stärkten Kunststoff aufweisen. Die leitfähigen Ebenen 136 bestehen vorzugs weise aus einem Metall, wie beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung.

Es ist ebenso denkbar, dass die leitfähigen Ebenen 136 aus Gold oder einer Goldlegierung bestehen. Die beiden außenliegenden leitfähigen Ebenen 138 sind einer Abschirmung 140 zugeordnet. Vorteilhaft decken diese außenliegenden Ebenen 138 einen möglichst großen Anteil der Ebene ab, insbesondere zumin dest 50 %, vorzugsweise zumindest 75 %, der Ebene, um eine effektive Abschir mung des Sensorelements 106 vor äußeren Störfaktoren, wie beispielsweise elektromagnetischer Strahlung, bereitzustellen. Die beiden außenliegenden Ebe nen 138 sind dabei elektrisch miteinander über ein Abschirmungselement 142 verbunden, das bevorzugt vorzugsweise vollständig entlang oder nahe des äuße ren Randes der leitfähigen Ebenen 136 angeordnet ist. Des Weiteren sind die außenliegenden Ebenen 138 mit dem Massekontakt 114 verbunden.

Die zwei innenliegenden leitfähigen Ebenen 144 bilden einen Parallelplatten - Kondensator. Die leitfähigen Ebenen 136 des Parallelplatten- Kondensators sind dabei ringförmig ausgebildet und verlauf kreisförmig um die mittige Öffnung 146 der Messvorrichtung 100. Der innenliegenden Ebenen 144 sind dabei vorzugs weise vollständig innerhalb der Abschirmung 140 angeordnet, um eine Störung der Erfassung der Befestigungsgröße zu vermeiden. Es ist ebenso denkbar, dass die Sensoreinheit 104 mehrere Sensorelemente 106 aufweist. Beispielsweise könnte die Sensoreinheit 104 drei Sensorelemente auf weisen, die ebenfalls als Parallelplatten- Kondensatoren ausgebildet sind, und kreissegmentartig um die mittlere Öffnung 146 verteilt sind.

Des Weiteren weist die Sensoreinheit 104 eine Referenzstruktur 148 auf. Die Re ferenzstruktur 148 besteht ebenfalls aus einem Parallelplatten- Kondensator und ist vollständig innerhalb der Abschirmung 140 angeordnet. Die Referenzstruktur 148 ist im Gegensatz zu dem Sensorelement 106 außerhalb des direkten Kraft pfads angeordnet, sodass die Referenzstruktur im befestigten Zustand nicht di rekt unterhalb des Schraubkopfes bzw. der Mutter 32 der Befestigungsvorrich tung 10 angeordnet ist.

Das Sensorelement 106 und die Referenzstruktur 148 sind mit jeweils einem Kontaktelement 110 der Schnittstelle 108 verbunden, um die erfasste Befesti gungsgröße einer externen Auslesevorrichtung 1000 bereitzustellen. Mittels der Elektronik 118 und/oder der externen Auslesevorrichtung 1000 ist es beispielhaft möglich, basierend auf einer Differenz der beiden erfassten Befestigungsgrößen in Form der Kapazitäten eine Befestigungskraft zu ermitteln. Des Weiteren ist es auch möglich, dass über die erfassten Befestigungsgrößen auch weitere Ein flüsse, wie beispielsweise die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Alterung des Trägermaterials bzw. des Werkstücks, etc. ermittelt werden.

In dieser Ausführungsform werden die Kondensatoren bzw. das Sensorelement 106 und die Referenzstruktur 148 ausgelesen, sobald die Energieversorgungs einheit 124 genügend Energie gespeichert hat bzw. ein Schwellenwert über schritten wird. Die Steuerung erfolgt dabei über die Elektronik 118, welche so wohl mit der Energieversorgungseinheit 124 als auch mit der Sensoreinheit 104 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist auch denkbar, dass das Auslesen der Kondensatoren in vorbestimmten Zeitintervallen, beispielsweise einmal täglich, wöchentlich, monatlich oder jährlich erfolgt. Die erfassten Werte werden vorzugs weise digital über die Schnittstelle 108 bereitgestellt. Die als Kontaktschnittstelle ausgebildete Schnittstelle 108 kann beispielsweise mit einer als Handwerkzeugmaschine 1004 ausgebildeten externen Auslesevor richtung 1000 zum Datenaustausch verbunden werden. Die Verbindung erfolgt dabei beispielsweise über ein Kabel 1006, das mit den Kontaktelementen 110 der Messvorrichtung direkt verbindbar ist. Die Handwerkzeugmaschine 1004 ist beispielhaft als ein Akku-Schrauber ausgebildet.

Zusätzlich ist die Schnittstelle 108 mit einer externen Kommunikationseinheit 150 verbindbar ausgebildet. Die externe Kommunikationseinheit 150 ist beispielhaft als ein RFID-Tag 152 ausgebildet und kann über eine stoffschlüssige Verbin dung, beispielsweise durch Verkleben, mit der Messvorrichtung 100 bzw. der Schnittstelle 108 verbunden werden. Im mit der externen Kommunikationseinheit 150 verbundenen Zustand kann die erfasste Befestigungsgröße einer externen Auslesevorrichtung 1000 wie beispielsweise einem Smartphone über eine draht lose Kommunikation 1010 bereitgestellt werden. Der RFID-Tag kann dabei in ge eigneten Frequenzen, beispielsweise durch die Elektronik 118, verstimmt werden oder es kann der Wert der Befestigungsgröße ausgelesen und in eine digitale In formation umgesetzt werden. Vorteilhaft kann dadurch ein deutlich benutzer freundliches System realisiert werden. Bevorzugt ist die Verbindung zwischen der Messvorrichtung 100 und der externen Kommunikationseinheit 150 derart ausgebildet, dass sie lösbar, insbesondere werkzeuglos lösbar, ist. Die Energie versorgung der externen Kommunikationseinheit 150a erfolgt über die von der Energieversorgungseinheit 124 aufgenommen Energie.

Alternativ wäre es ebenso denkbar, dass die externe Kommunikationseinheit 150 als ein SAW-Tag ausgebildet, der eine drahtlose Kommunikation mittels Oberflä chenwellen ermöglicht.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Messvorrichtung 100 gezeigt. Die Messvorrichtung 100a entspricht im Wesentlich der zuvor beschriebenen Messvorrichtung 100 und unterscheidet sich durch die Ausbildung der Schnitt stelle 108a und der externen Kommunikationseinheit 150a. Die Schnittstelle 108a als ein Sensorknoten ausgebildet ist, der geeignete Kon takte zur Verbindung mit der externen Kommunikationseinheit 150a, beispiels weise in Form eines Bluetooth Beacons 154a, aufweist. Zur werkzeuglos lösba ren Verbindung der externen Kommunikationseinheit 150a mit der Messvorrich tung 100a weist die Messvorrichtung 100a eine mechanische Schnittstelle 156a auf. Die mechanische Schnittstelle 156a ist teilweise einstückig mit dem Grund körper 102a der Messvorrichtung 100a ausgebildet und umfasst mehrere Rast arme 158a, die zur kraft und formschlüssigen Verbindung mit einem Gehäuse 160a der externen Kommunikationseinheit 150a ausgebildet sind. Die Rastarme 158a greifen dabei in korrespondierende Ausnehmungen (nicht dargestellt) an der Außenseite des Gehäuses 160 der externen Kommunikationseinheit 150a ein. Das Bluetooth Modul der externen Kommunikationseinheit 150a ist auf einer Leiterplatte innerhalb des Gehäuses 160 angeordnet, um dies vorteilhaft zu schützen.

Wie bereits im vorherigen Ausführungsbeispiel erfolgt die Energieversorgung der externen Kommunikationseinheit 150a über die von der Energieversorgungsein heit 124a aufgenommen Energie. Die Energieversorgungseinheit 124a umfasst wie zuvor ein Energieaufnahmeelement 128a und ein Energiespeicherelement 126a.

Das Energieaufnahmeelement 124a beispielhaft zur Umwandlung eines elektro magnetischen Signals in Form einer Funkwelle oder einer Radiowelle ausgebil det. Das Energieaufnahmeelement 128a ist auf der Oberfläche der Messvorrich tung 100a angeordnet. Die externe Energieversorgungseinheit 1100a kann dabei beispielsweise als ein RFID-Sendegerät oder als ein GSM-Sendegerät ausgebil det sein.

In Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Messvorrichtung 100 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Messvorrichtung 100b unterscheidet sich dabei von der zuvor beschriebenen Messvorrichtung 100 insbesondere durch die Ausbildung der Schnittstelle 108b. Die Schnittstelle 108b umfasst zwei mal vier Kontaktelemente 110b in Form von Steckerbuchsen 162b, die mit der Sensoreinheit 104b verbunden sind. Dabei sind jeweils vier Steckerverbinder 162b mit dem Sensorelement 106b und vier Steckerverbinder 162b mit der Refe renzstruktur 148b verbunden. Die Steckerverbinder 162b sind vorzugsweise als MMCX (micro-miniature coaxial) Steckerverbinder ausgebildet. Die Steckerver binder 162b sind nach außen gerichtet, um einen möglichst kompakten Aufbau der Messvorrichtung 100b zu realisieren.

In den Figuren 4 bis 9b sind weitere Ausführungsformen der Messvorrichtung 100 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Die Schnittstellen 108c bis 108h sind dabei stets als Kontaktschnittstelle ausgebildet, die verbindbar mit ei ner nicht dargestellten externen Kommunikationseinheit ist. Des Weiteren weisen sämtliche Messvorrichtung 100c bis 100h eine optionale Energieversorgungsein heit 124c bis 124h auf.

Die Messvorrichtung 100c gemäß Fig. 4 weist einen Grundkörper 102c auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36c der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung 100c weist ein Übertragungselement 164c auf, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung 100c wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße umzuwandeln. Das Übertragungselement 164c ist beispielhaft als ein elastisches Element 166c ausgebildet, das eine gummiartige Hülle aufweist, die mit einem insbesondere zähflüssigem Fluid gefüllt ist. Alternativ wäre auch ein fluidgefüllter Ballon denk bar. Durch das elastische Element 166c wird die physikalische Eingangsgröße in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Drucks und oder Verformung bzw. verlängerte Strecke des Übertragungselements 164c umgewandelt. Die physikalische Ausgangsgröße wird von der Sensoreinheit 104c der Messvorrich tung 100c erfasst und als Befestigungsgröße der Schnittstelle 108c bereitgestellt. Die Sensoreinheit 104c ist hierfür beispielhaft zur Erfassung des Drucks ausge bildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Sensoreinheit 104c ein Sensorelement 106c in Form einer Brückenschaltung mit vier Widerständen aufweist, wobei insbesondere nur einer oder zwei der Widerstände ihren Wert durch die Verbiegung bzw. den Druck ändern. Alternativ könnte die Verformung beispielsweise durch ein Sensorelement 106c in Form eines optischen Sensors wie einer Kamera erfasst werden. Die Messvorrichtung lOOd gemäß Fig. 5 weist einen Grundkörper 102d auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36d der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung lOOd weist ein Übertragungselement 164d auf, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung 100c wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Lichtsignals umzuwandeln. Das Übertragungselement 164d ist beispielhaft als eine lichtleitende Schicht 168d ausgebildet. Alternativ wäre auch ein in einer Schicht eingebetteter Lichtleiter denkbar. Durch die lichtleitende Schicht 168d wird die physikalische Eingangsgröße bzw. die verursachte Quetschung in eine physikalische Ausgangsgröße Form einer Lichttransmission durch das Übertra gungselement 164d umgewandelt. Insbesondere ist die lichtleitende Schicht 168d derart ausgebildet, dass sich die Lichttransmission durch das Übertra gungselement 164d in Abhängigkeit der aufgebrachten Kraft ändert. Die physika lische Ausgangsgröße wird von der Sensoreinheit 104d der Messvorrichtung lOOd erfasst und als Befestigungsgröße der Schnittstelle 108d bereitgestellt. Die Sensoreinheit 104d ist hierfür beispielhaft zur Erfassung der Lichttransmission ausgebildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Sensoreinheit 104d ein Sensorelement 106d in Form ei eines optischen Sensors wie einer Ka mera oder eine Photodiode aufweist. Um die Messung zu verbessern kann an ein oder mehreren Stellen über eine Lichtquelle (nicht dargestellt) ein Lichtsignal in das transparente Übertragungselement 164d eingebracht werden.

Die Messvorrichtung lOOe gemäß Fig. 6 weist einen Grundkörper 102e auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36e der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung lOOe weist zwei Übertragungselemente 164e auf, die dazu ausgebildet sind, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung lOOe wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Magnetfelds umzuwandeln. Eines der Übertragungselemente 164e ist als ein Magnetelement 170e zur Erzeugung eines Magnetfelds ausgebildet. Das Magnetelement kann beispielsweise wie aufgeführt als ein Permanentmagnet 172e ausgebildet sein. Alternativ wäre auch denkbar, dass das Magnetelement 170e beispielsweise als ein Elektromagnet bzw. eine Spule ausgebildet ist. Das als Magnetelement 170e ausgebildete Übertragungselement 164e ist derart an geordnet, dass das erzeugte Magnetfeld sich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, mit dem Kraftpfad der Befestigungsvorrichtung 10 und/oder dem wei teren Übertragungselement 164e, das als eine Schicht 174e ausgebildet ist, die das Magnetfeld basierend auf der auf sie wirkenden Kraft beeinflusst und/oder verdrängt, überlappt. Die Schicht 174e kann beispielweise als eine ferromagneti sche Schicht ausgebildet sein, deren Feldleitfähigkeit vom Druck abhängig ist. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Schicht 174e als ein ferromagnetisches „Shape Memory Alloy“ ausgebildet ist, das bei einem vordefinierten Druck seine Kristallkonfiguration derart ändert, damit es ab diesem Schwellenwert von Mag netfeld-leitend auf Magnetfeld-verdrängend umschaltet. Vorteilhaft können über die verschiedenen Schichten 174e sowohl quantitative Messungen als auch zu verlässige qualitative Messungen durchgeführt werden. Die physikalische Aus gangsgröße wird von der Sensoreinheit 104e der Messvorrichtung lOOe erfasst und als Befestigungsgröße der Schnittstelle 108e bereitgestellt. Die Sensorein heit 104e ist hierfür beispielhaft zur Erfassung des Magnetfelds ausgebildet. Dies kann beispielsweise realisiert werden, indem die Sensoreinheit 104e ein Senso relement 106e in Form eines Magnetfeldsensors wie einem Hall-Sensor aufweist. Um die Messung zu verbessern kann die Sensoreinheit mehrere Hall-Sensoren aufweisen.

Die Messvorrichtung lOOe gemäß Fig. 7 weist einen Grundkörper 102f auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36f der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung lOOf weist ein Übertragungselemente 164f auf, die dazu ausgebildet sind, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung lOOf wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße in Form eines Wirbelstroms bzw. einer Induktivität umzuwandeln. Das Übertragungselemente 164f ist als eine Spule 176f zur Induzierung eines Wirbelstroms in der Befesti gungsvorrichtung 10 ausgebildet. Abhängig von der Kraftkopplung der Befesti gungsvorrichtung 10 ändert sich das Antwortsignal und damit die physikalische Ausgangsgröße, das von der Sensoreinheit 104f gemessen wird. Das Sensorele ment 106f kann dabei die Erregerspule 176f umfassen. Die Kraftkopplung der Befestigungsvorrichtung 10 ergibt sich aus den zwischen den einzelnen Teilen, beispielsweise der Mutter 32 und der Messvorrichtung lOOf, wirkenden Kräften. Die Messvorrichtung 100g gemäß Fig. 8 weist einen Grundkörper 102g auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36g der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung 100g weist ein Übertragungselement 164g auf, das dazu ausgebildet ist, eine physikalische Eingangsgröße in Form einer Kraft, die im befestigten Zustand ausgehend von der Befestigungsvorrichtung 10 auf die Messvorrichtung 100g wirkt, in eine physikalische Ausgangsgröße umzuwandeln. Die Sensoreinheit 104g umfasst ein Sensorelement 106g, das als ein passives Sensorelement ausgebildet ist. Beispielhaft ist das Sensorelement 106g dazu ausgebildet, eine Befestigungsgröße in Form einer Kraft zu erfassen. Das Senso relement 106g kann beispielhaft als ein Kondensator der, der über eine Wider standsänderung die Befestigungsgröße erfasst. Das Übertragungselement 164g ist als eine Verstärkungsschicht 176g ausgebildet, die elektrisch leitfähig ist und mittels geeigneter Strukturen druckabhängig eine Änderung des Widerstands des Sensorelements 106g verstärkt. Alternativ wäre auch denkbar, dass bei einer an deren Ausgestaltung der Sensoreinheit 104g bzw. des Sensorelements 106g das Übertragungselement 164g bzw. das Verstärkungselement 176g anders ausge bildet ist. Beispielsweise wäre ebenso denkbar, dass das Verstärkungselement 176g die Änderung eines Stroms in Abhängigkeit der angelegten Kraft verstärkt.

Die Messvorrichtung 100h gemäß Fig. 9a weist einen Grundkörper 102h auf, der einstückig mit der Unterlegscheibe 36h der Befestigungsvorrichtung 10 ausgebil det ist. Die Messvorrichtung 100h weist wie in den Ausführungsformen zuvor eine Sensoreinheit 104h, eine Energieversorgungseinheit 124h und eine Schnitt stelle 108h. Des Weiteren weist die Messvorrichtung 100h bzw. die Sensorein heit 104h ein Anregungselement 180h zur mechanischen und/oder elektrischen Anregung der Befestigungsvorrichtung 10 und ein Sensorelement 106h auf, wo bei das Sensorelement 106h dazu ausgebildet ist, eine Befestigungsgröße in Ab hängigkeit der Antwort auf die Anregung zu erfassen. Das Anregungselement 180h ist beispielhaft als ein Piezoelement 182h ausgebildet. Das Anregungsele ment 180h ist vorzugsweise auf einer dem zu befestigenden Bauteil 12 zuge wandten Seite der Messvorrichtung 100h bzw. der Unterlegscheibe 36h angeord net. Das Piezoelement 182h kann als Schicht bzw. Beschichtung oder als eine Scheibe ausgebildet sein. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. Wechselspannung kann mittels des Anregungselements eine Kraft bzw. eine Vib ration zur Anregung der Befestigungsvorrichtung 10, des Schwerlastbauteils 12 und/oder des Werkstücks 18 erzeugt und in den Kraftpfad eingekoppelt werden. Das Anregungselement 180h kann zumindest teilweise einstückig mit dem Sen sorelement 106h ausgebildet sein, sodass auch die Erfassung der Befestigungs größe zumindest teilweise über das Piezoelement 182h erfolgt. Zeitgleich zur An regung kann die Kapazität gemessen werden, bzw. zeitversetzt die Rückstellkraft elektrisch als Strompuls erfasst werden, woraus sich Rückschlüsse auf das Be festigungssystem schließen lassen. Je nach dynamischer Anregung lassen sich auch Rückschlüsse aus der umliegenden Befestigungsmatrix ziehen, bspw. durch Resonanzen und/oder Reflexionen mechanischer Schwingungen.

Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass das Anregungselement 180h dazu ausgebildet ist, eine Impedanzmessung durchzuführen. Das Anregungselement 180h kann hierfür beispielhaft als ein Kondensator ausgebildet sein, wobei die Spannung im Kondensator mit unterschiedlichen Frequenzen umgeladen wird und in die Befestigungsmatrix bzw. die Befestigungsvorrichtung 10 und das Werkstück 18 einstrahlt. Ein Sensorelement 106h erfasst eine Befestigungsgröße durch die Antwort, das heißt die Geschwindigkeiten der Umladung, wie beispiels weise mittels einer Frequenz- oder Phasenverschiebung, des Systems Konden sator und Umgebung. Hierdurch können Rückschlüsse auf vorhandene Ionen, Hohlräume oder auch Risse in der Umgebung gezogen werden.

In Fig. 9b ist ein System aus zwei Messvorrichtung 100h, die jeweils mit einer Befestigungsvorrichtung 10 zur Befestigung eines Schwerlastbauteils 12 verbun den sind in einer schematischen Seitenansicht gezeigt. Das Anregungselement 180h kann zusätzlich als Schlag- oder Schallgeber eingesetzt werden. Ebenfalls ist denkbar, dass das Anregungselement 180h der einen Messvorrichtung 100h zur Impedanzmessung der weiteren Messvorrichtung 100h eingesetzt wird. Vor teilhaft sind dabei beide Messvorrichtung 100h bzw. die Schnittstellen 108h der Messvorrichtungen 100h mit jeweils einer externen Kommunikationseinheit wie zuvor beschrieben verbunden, sodass die Messvorrichtung 100h drahtlos mitei nander kommunizieren und Daten untereinander austauschen können.