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Patent Searching and Data


Title:
SCREW CONNECTION HAVING A MONITORING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/033368
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a screw connection (1) formed by a thread-bearing element, in particular a screw element (2), extending along a longitudinal axis (L), and a counterpart element (3), having a monitoring device (4) for monitoring the integrity of the screw connection (1), comprising a detection device configured to detect twisting and/or displacement of one of the elements of the screw connection (1) with respect to one another or with respect to a reference element. The invention is characterized in that the detection device has at least one encoder (14) integrated in or arranged on one of the elements of the screw connection (1) - screw element (2) or counterpart element (3) - and a sensor (15) for detecting the encoder (14) or an item of encoder information, and the sensor (15) is fastened to or in a cover (17) assigned to the arrangement region (24) of the encoder (14) on an element of the screw connection (1), wherein the cover (17) is connected to one of the elements of the screw connection (1) - screw element (2) or counterpart element (3) - so as to be carried along thereby.

Inventors:
HOMANN, Matthias (Seikenkamp 17, Braunschweig, 38104, DE)
Application Number:
EP2017/069159
Publication Date:
February 22, 2018
Filing Date:
July 28, 2017
Export Citation:
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Assignee:
VOITH PATENT GMBH (St. Pöltener Str. 43, Heidenheim, 89522, DE)
International Classes:
F16B41/00; F16B1/00; F16B37/14
Domestic Patent References:
WO2005021983A12005-03-10
Foreign References:
DE102007015927A12008-10-09
EP2792571A22014-10-22
DE102011053150A12013-02-28
DE202016104954U12017-01-02
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

Schraubverbindung (1 ), gebildet von einem sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Gewinde tragenden Element, insbesondere Schraubenelement (2) und einem Gegenelement (3),

mit einer Überwachungseinrichtung (4) zur Überwachung der Integrität der Schraubverbindung (1 ), umfassend eine Detektionseinrichtung, eingerichtet ein Verdrehen und/oder Verschieben eines der Elemente der Schraubverbindung (1 ) gegeneinander oder gegenüber einem Bezugselement zu detektieren,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Detektionseinrichtung zumindest einen an einem der Elemente der Schraubverbindung (1 ) - Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) - angeordneten oder integrierten Geber (14) und einen Sensor (15) zur Detektion des Gebers (14) bzw. einer Geberinformation aufweist, und der Sensor (15) an oder in einer dem Anordnungsbereich (24) des Gebers (14) an einem Element der Schraubverbindung (1 ) zugeordneten Abdeckung (17) befestigt ist, wobei die Abdeckung (17) mitnahmefest mit einem der Elemente der Schraubverbindung (1 ) - Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) - verbunden ist.

Schraubverbindung (1 ) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Abdeckung (17) ausgebildet ist, den Anordnungsbereich (24) des Gebers (14) in Umfangsrichtung um die Längsachse (L) des Schraubelementes (9) und in Längsrichtung zumindest über den Erstreckungsbereich des Anordnungsbereiches (24) unter Ausbildung eines Abstandes zum Geber (14) zu umschließen.

Schraubverbindung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (17) von einem einseitig offenen und zumindest einen Innenraum (19, 19.1 , 19.2) zum Umschließen des Anordnungsbereiches (24) des Gebers (14) am Schraubenelement (2) oder dem Gegenelement (3) und zum Aufnehmen des Sensors (15) ausbildenden kappenartigen Element (18) gebildet ist, welches am öffnungsseitigen Endbereich (20) einen Verbindungsbereich (26) zur Verbindung mit dem Schraubenelement (2) oder dem Gegenelement (3) aufweist.

4. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die mitnahmefeste Verbindung (21 ) zwischen Abdeckung (17) und einem Element der Schraubverbindung (1 ) - Schraubenelement (2) oder Gegenelement (2) - als eine Verbindung oder Kombination von Verbindungen ausgewählt aus der nachfolgenden Gruppe von Verbindungen ausgebildet ist:

- als stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise Klebverbindung;

- als kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise Pressverbindung;

- als formschlüssige Verbindung, insbesondere Rastverbindung.

5. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die mitnahmefeste Verbindung (21 ) zwischen Abdeckung (17) und einem Element der Schraubverbindung (1 ) - Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) - als lösbare Verbindung ausgeführt ist.

6. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Geber (14) an einem der Elemente der Schraubverbindung (1 ) - Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) - und/oder der Sensor (15) an oder in der Abdeckung (17) lösbar oder unlösbar befestigt ist.

7. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (14) als optischer Geber ausgebildet ist, insbesondere als an einem Element der Schraubverbindung (1 ) - Schraubenelement (2) oder Gegenelement (3) - angebrachte Markierung, ein Farbrad oder eine Farbskala und der Sensor (15) von einem optischen Sensor gebildet ist.

8. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Sensor (15) zur kontaktlosen Detektion des Gebers (14) auf der Basis des Feldes eingerichtet ist, wobei der Geber (14) und der Sensor (15) vorzugsweise gemäß einer der nachfolgend genannten Ausführungen ausgebildet sind:

- der Geber (14) einen Permanentmagneten zur Bereitstellung eines magnetischen Feldes und der Sensor (15) einen Magnetfeldsensor umfasst;

- der Sensor (15) eine Spule zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes und der Geber (14) ein Element zur Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes umfasst;

- der Sensor (15) eine Spannungsquelle und der Geber (14) ein dielektrisches Element umfasst.

9. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein weiterer Sensor (33) in Form eines Magnetfeldsensors zur absoluten Lagebestimmung der Elemente der Schraubverbindung (1 ) zueinander vorgesehen ist.

10. Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gegenelement (3) von einer Mutter (6) gebildet wird und der Geber (14) am Schaftende (5), insbesondere der Stirnseite des Schaftes (5) des Schraubenelementes (2) angeordnet ist, und die Abdeckung (17) mit der Mutter (6) mitnahmefest verbunden ist oder das Schraubenelement (2) von einer Schraube und das Gegenelement (3) von einem ein Innengewinde aufweisenden Grundkörper gebildet ist, wobei der Geber (14) am Schraubenkopf (30), insbesondere der Stirnseite oder dem Außenumfang angeordnet ist und die Abdeckung (17) mit dem Grundkörper verbunden ist.

Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Geber (14) an einem Gegenelement (3) in Form einer Mutter (6) oder einem Grundkörper befestigt ist und die Abdeckung (17) am Schraubenelement (2).

Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Überwachungseinrichtung (4) zumindest einen weiteren Sensor (33) zur Überwachung der Umgebung der Schraubverbindung (1 ) umfasst.

Schraubverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Sensor (15) zum Anschluss an eine elektrische Auswerteeinrichtung (25) als Bestandteil der Überwachungseinrichtung (4) eingerichtet ist, indem der Sensor (15) ein Signal bereitstellt, das auf eine Abweichung vom Sollzustand der Schraubverbindung (Lageänderung zwischen Schraubelement (2) und Gegenelement (3) in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung) hinweist.

Verwendung einer Schraubverbindung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 in einer Kupplungseinrichtung, insbesondere Mittelpufferkupplung eines schienengebundenen Fahrzeuges mit zum Verbindung und/oder zum Verspannen von Bauteilen der Kupplungseinrichtung miteinander oder von Anschlussbauteilen mit der Kupplungseinrichtung.

15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei das Schraubelement (2) von einer Zugstange und das Gegenelement (3) von einer Sicherungsmutter gebildet ist.

Description:
Schraubverbindung mit einer Überwachungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung, gebildet aus einem Schraubenelement und einem Gegenelement mit einer Überwachungseinrichtung, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff von Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer derartigen Schraubverbindung in einem schienengebundenen Fahrzeug. Die Anbindung von Kupplungseinrichtungen an einem Schienenfahrzeug wird unter anderem über Befestigungseinrichtungen in Form von Schraubverbindungen realisiert. Die Kupplungseinrichtung selbst besteht aus einer Vielzahl einzelner Komponenten, die auch mittels Schraubverbindungen miteinander verbunden sind. Zusatzkomponenten werden häufig ebenfalls über Schraubverbindungen mit der Kupplungseinrichtung verbunden. Schraubverbindungen finden ferner auch in der direkten Verbindung von Bauteilen oder der Verspannung von Bauteilen gegeneinander Verwendung. Beispielsweise wird auf die Sicherung einer Zugstange gegenüber einem anderen Bauteil über ein Sicherungselement in Form einer Sicherungsmutter verwiesen. Die Schraubverbindungen umfassen dazu ein Gewinde tragendes Element, welches als Schraubenelement bezeichnet wird und ein Gegenelement, welches beispielsweise als Mutter ausgeführt ist oder von einem Bauteil gebildet ist. Das Schraubenelement kann dabei als Schraube ausgeführt sein, wobei bezüglich der Art und Ausbildung dieser keine Restriktionen bestehen. Denkbar ist jedoch auch die Ausführung als Bolzen mit Gewinde tragendem Teilbereich. Derartige Schraubverbindungen sind sehr hohen Beanspruchungen unterworfen, insbesondere da diese im Kraftfluss der Übertragung von Zug- und Druckkräften dienen und auch anderen Einflüssen, wie Vibrationen ausgesetzt sind. Die Überwachung derartiger Schraubverbindungen erfolgt in der Regel durch optische Inspektionen. Dazu werden beispielsweise Markierungen an einem der Elemente, insbesondere Schraubenelement oder Mutter angeordnet und deren Ausgangslage als Referenzlage gewählt, die in gewissen vordefinierten zeitlichen Abständen inspiziert werden und eine Lageveränderung der beiden Elemente der Schraubverbindung damit anzeigen. Problematisch gestaltet sich dabei die Überwachung von Schraubverbindungen, welche entweder nicht frei zugängig sind, da diese durch andere Bauelemente derart verbaut sind, dass diese nicht einsehbar sind. Ebenfalls problematisch ist die Überwachung von Schraubverbindungen, die zwar frei zugängig sind, jedoch aufgrund der hohen Sicherheitsrelevanz fortlaufend überwacht werden sollten, was mit der manuell erfolgenden optischen Erkennung nicht möglich ist. Auch gestaltet es sich bei einer Vielzahl von Schraubverbindungen aufgrund von deren Anordnung und Ausbildung schwierig, die Überwachung zu automatisieren, da die erforderliche Anordnung von Sensoren nicht ohne weiteres möglich ist bzw. hierzu die Bauteile in der Umgebung derart spezifiziert werden müssen, einen Sensor aufzunehmen. Ein weiteres Problem stellt dabei auch die Möglichkeit einer Nachrüstbarkeit in bereits bestehenden Systemen dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubverbindung mit einer Überwachungseinrichtung zur kontinuierlichen Überwachung während des Betriebes eines Systems mit einer derartigen Schraubverbindung bereitzustellen. Dabei soll es möglich sein, frühzeitig Veränderungen an der Schraubverbindung zu erkennen und zu signalisieren, um vorbeugende Maßnahmen einleiten zu können. Insbesondere soll eine Schraubverbindung für den Einsatz in und zur Anbindung von Kupplungssystemen von Schienenfahrzeugen derart weiterentwickelt werden, dass eine optimale Überwachung dieser auch bei schwerer Zugängigkeit zur einzelnen Schraubverbindung gegeben ist und die Überwachungseinrichtung mit geringem Aufwand nachrüstbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 und 14 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Eine Schraubverbindung, gebildet von einem sich entlang einer Längsachse erstreckenden Gewinde tragendem Element, insbesondere Schraubenelement und einem Gegenelement und mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Integrität der Schraubverbindung, umfassend eine Detektionseinrichtung, eingerichtet ein Verdrehen und/oder Verschieben eines der Elemente der Schraubverbindung gegeneinander oder gegenüber einem Bezugselement zu detektieren, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung zumindest einen an einem der Elemente der Schraubverbindung - Schraubenelement oder Gegenelement - angeordneten oder integrierten Geber und einen Sensor zur Detektion des Gebers aufweist, und der Sensor an oder in einer dem Anordnungsbereich des Gebers an einem Element der Schraubverbindung zugeordneten Abdeckung befestigt ist, wobei die Abdeckung mitnahmefest mit einem der Elemente der Schraubverbindung - Schraubenelement oder Gegenelement - verbunden ist.

Unter einem Gewinde tragenden Element, insbesondere Schraubenelement wird ein Element verstanden, welches einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden zylindrischen oder hohlzylindrischen Bereich aufweist, welcher zumindest über einen Teilbereich seiner Erstreckung in Längsrichtung mit einem Gewinde ausgebildet ist. Je nach Ausführung und Einsatzzweck ist das Schraubenelement als Schraube, gebildet aus Schraubenkopf und Schaft oder Bolzen oder Gewindestange, welcher zumindest in einem Teilbereich seiner Erstreckung in Längsrichtung ein Gewinde trägt, ausgeführt. Die Funktion des Schraubenelementes kann auch von Funktionskomponenten, beispielsweise einer Zugstange oder einem Zuganker übernommen werden.

Unter einem Gegenelement wird ein Bauteil verstanden, welches das zweite Element der mit der Schraubverbindung realisierten Schraubpaarung bildet. Bei diesem kann es sich um ein Sicherungselement in Form einer Mutter oder ein anderes Bauteil handeln, welches ein zum Schraubenelement komplementär ausgebildetes und zum Zusammenwirken mit diesem ausgebildeten Gewinde aufweist. Schraubenelement und Gegenelement tragen jeweils einen Gewindebereich. Dabei weist jeweils eines der Elemente - Schraubenelement oder Gegenelement - ein Außengewinde und das andere - Gegenelement oder Schraubenelement - das dazu komplementäre Innengewinde auf.

Mitnahmefest im Sinne der Erfindung bedeutet, dass eine Befestigung, Fixierung oder Verbindung derart erfolgt, dass die Verbindung frei von der Möglichkeit einer Relativbewegung der beiden zu verbinden Bauteile, insbesondere zwischen Abdeckung und einem der Elemente der Schraubenverbindung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass durch das Vorsehen einer Abdeckung eine einfach vornehmbare frei wählbare Positionierung von Sensoren mit geringem Aufwand ermöglicht wird. Die Anordnung der erforderlichen Sensoren kann dabei unabhängig von der Ausgestaltung der Umgebung der Schraubverbindung erfolgen. Die Anordnung eines Sensors in oder an einer der Schraubverbindung zugeordneten und mit einem Element dieser verbundenen Abdeckung bietet den Vorteil der Schaffung einer Überwachungseinrichtung, welche zum einen einfach in bestehenden Systemen, Aggregaten oder Baueinheiten nachrüstbar ist und ferner auch eine fortlaufende Überwachung im Betrieb des jeweiligen Bauteiles erlaubt. Da die Abdeckung in der Regel nicht besonders bauraumeinnehmend ausgebildet sein muss, kann diese auch für Schraubverbindungen zum Einsatz gelangen, welche nicht frei zugängig sind.

Bezüglich der Ausbildung der Abdeckung besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese ist vorzugsweise derart ausgebildet, den Anordnungsbereich des Gebers in Umfangsrichtung um die Längsachse des Schraubelementes betrachtet und in Längsrichtung zumindest über den Erstreckungsbereich des Anordnungsbereiches des Gebers unter Ausbildung eines Abstandes zum Geber zu umschließen. Mit dieser Ausführung wird der Geber vor Umwelteinflüssen geschützt. In Abhängigkeit der geometrischen Ausgestaltung der Abdeckung und/oder des gewählten Materials bietet diese ferner den Vorteil, die Schraubverbindung und die wesentlichsten Komponenten der Überwachungseinrichtung - Geber und Sensor - gegenüber Umwelteinflüssen abzuschirmen. Daher werden vorzugsweise Abdeckungen gewählt, die eine Kapselung des Anordnungsbereiches für den Geber und den Sensor bieten. Dies ist insbesondere in Einsatzfällen, wie Kupplungseinrichtungen von schienengebundenen Fahrzeugen von Vorteil, da diese neben Witterungseinflüssen auch häufig nicht optimalen Umgebungseinflüssen, wie Staub etc. ausgesetzt sind.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist dazu die Abdeckung von einem einseitig offenen und zumindest einen Innenraum zur Aufnahme des Anordnungsbereiches des Gebers am Schraubenelement oder dem Gegenelement und des Sensors ausbildenden kappenartigen Element gebildet, welches am öffnungsseitigen Endbereich einen Verbindungsbereich zur Verbindung mit dem Schraubenelement oder dem Gegenelement aufweist.

Die mitnahmefeste Verbindung zwischen Abdeckung und einem Element der Schraubverbindung - Schraubenelement oder Gegenelement ist vorzugsweise als eine Verbindung oder Kombination von Verbindungen ausgewählt aus der nachfolgenden Gruppe von Verbindungen ausgebildet:

- als stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Klebverbindung;

- als kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer

Pressverbindung;

- als formschlüssige Verbindung, vorzugsweise in Form einer Bajonett - oder Rastverbindung. In besonders vorteilhafter Ausbildung ist die mitnahmefeste Verbindung zwischen Abdeckung und einem Element der Schraubverbindung - Schraubenelement oder Gegenelement - als lösbare Verbindung ausgeführt. Dies erlaubt bei Bedarf einen Zugang zur Schraubverbindung frei von einer Zerstörung der Abdeckung oder der Verbindung und die Wiederverwendung der Abdeckung sowie des an oder in dieser angeordneten Sensors. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Überwachungseinrichtung erfolgt die Befestigung des einzelnen Gebers an einem der Elemente der Schraubverbindung - Schraubenelement oder Gegenelement - und/oder des Sensors an oder in der Abdeckung lösbar. Der Vorteil besteht auch hier in der Austauschbarkeit, insbesondere, wenn auf Überwachungssysteme nach anderem physikalischen Prinzip umgestellt werden soll oder bei Defekt. Unlösbare Verbindungen werden insbesondere dann gewählt, wenn es beim Austausch nicht auf die Wiederverwendbarkeit ankommt.

Bezüglich der Art der verwendeten Geber und Sensoren und der Verfahren zum Detektieren bestehen keine Restriktionen. Vorzugsweise werden kontaktlos wirkende Geber/Sensoreinheiten eingesetzt. Die Anforderungen an die Maßgenauigkeit bei der Positionierung der jeweiligen Sensoren in der Abdeckung sind dann nicht so hoch. In einer ersten Ausführung ist der Geber als optischer Geber ausgebildet, insbesondere als an einem Element der Schraubverbindung - Schraubenelement oder Gegenelement - angebrachte Markierung, ein Farbrad oder eine Farbskala und der Sensor von einem optischen Sensor gebildet. In einer zweiten Ausführung ist der Sensor zur kontaktlosen Detektion des Gebers auf der Basis des Feldes eingerichtet, wobei der Geber und der Sensor vorzugsweise gemäß einer der nachfolgend genannten Ausführungen ausgebildet sind:

- der Geber einen Permanentmagneten zur Bereitstellung eines magnetischen Feldes und der Sensor einen Magnetfeldsensor umfasst; - der Sensor eine Spule zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes und der Geber ein Element zur Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes umfasst;

- der Sensor eine Spannungsquelle und der Geber ein dielektrisches Element umfasst.

In einer ersten Variante wird eine magnetische Bestimmung durchgeführt. Dazu kann der Geber einen Permanentmagneten zur Bereitstellung eines magnetischen Feldes und der Sensor einen Magnetfeldsensor umfassen. Der Magnetfeldsensor kann aktiv ausgeführt sein, beispielsweise als Hall-Sensor, oder passiv, etwa als Reed-Kontakt. Das magnetische Feld kann einfach und sicher detektiert werden, solange der Sensor am Geber angebracht ist. In einer weiteren Ausführungsform kann ein magnetisches Leitelement vorgesehen sein, um das Magnetfeld im Bereich des Sensors zu formen, sodass es im Bereich des Sensors verstärkt ist, solange keine Auflösung stattgefunden hat.

In einer zweiten Variante wird eine induktive Bestimmung durchgeführt. Dabei kann der Sensor eine Spule zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes und der Geber ein Element zur Beeinflussung des elektromagnetischen Feldes umfassen. Insbesondere kann der Geber ein weichmagnetisches Element umfassen, um das elektromagnetische Feld zu formen, sodass die Feldstärke im Bereich des Sensors oder eine Stromaufnahme der Spule in Anwesenheit des Gebers beeinflusst sein können. Üblicherweise wird die Spule mit einem Wechselstrom angesteuert, wobei die Spannungsquelle vom Sensor umfasst oder extern realisiert werden kann. Das elektromagnetische Feld wird bevorzugt auf der Basis eines durch die Spule fließenden Stroms oder einer an der Spule anliegenden Spannung bestimmt. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch auch ein dedizierter Sensor zur Bestimmung des elektromagnetischen Feldes vorgesehen sein.

In einer dritten Variante erfolgt eine kapazitive Bestimmung, wobei der Sensor bevorzugt eine Spannungsquelle und der Geber ein dielektrisches Element umfasst. Zwischen dem Sensor und dem Geber besteht dabei ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke durch das dielektrische Element beeinflusst und insbesondere verstärkt werden kann. Wird der Geber vom Sensor getrennt, so kann insbesondere eine Änderung der Kapazität zwischen Anschlüssen der Spannungsquelle erfolgen, die mittels einer geeigneten Auswerteeinrichtung bestimmt werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann vom Sensor umfasst sein oder extern bereitgestellt werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist ein weiterer Sensor in Form eines Magnetfeldsensors zur absoluten Lagebestimmung der Elemente der Schraubverbindung zueinander vorgesehen.

Bezüglich der Ausgestaltung von Schraubenelement und Gegenelement besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. In einer ersten Variante ist das Gegenelement von einer Mutter gebildet und der Geber vorzugsweise am Schaftende, insbesondere der Stirnseite des Schaftes des Schraubenelementes angeordnet, wobei die Abdeckung mit der Mutter mitnahmefest verbunden ist.

Eine zweite Variante ist dadurch charakterisiert, dass das Schraubenelement von einer Schraube und das Gegenelement von einem ein Innengewinde aufweisenden Grundkörper gebildet ist, wobei der Geber am Schraubenkopf, insbesondere der Stirnseite oder dem Außenumfang angeordnet ist und die Abdeckung mit dem Grundkörper verbunden ist. Eine dritte mögliche Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass der Geber an einem Gegenelement in Form einer Mutter oder einem Grundkörper befestigt ist und die Abdeckung am Schraubenelement. Alle Ausführungen bieten den Vorteil, die Abdeckung mit integriertem oder angebrachtem Sensor als Gesamteinheit aufsteckbar gestalten zu können. Diese kann beispielsweise als vormontierte Baueinheit bereitgestellt werden. In einer weiteren Weiterbildung umfasst die Überwachungseinrichtung zumindest einen weiteren Sensor zur Überwachung der Umgebung der Schraubverbindung. Derartige Sensoren können ebenfalls auf einfache Art und Weise von der Abdeckung aufgenommen oder an dieser angeordnet werden. Die Abdeckung kann dazu beispielsweise zusätzlich vorbereitete Aufnahme- bzw. Anordnungsbereiche für weitere Sensoren aufweisen. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist zur standardisierten Ausführung von Abdeckungen die Abdeckung derart ausgebildet, eine Vielzahl vorbereiteter Anordnungsbereiche aufzuweisen. Diese können dann je nach Anordnung der Geber und Zuordnung zu diesem in montierter Stellung von den Sensoren belegt werden.

Die Energieversorgung des einzelnen Sensors kann lokal durch eine Batterie oder einen Akku und/oder durch die elektrische Versorgung des Zuges beim Einsatz in einer Zugkupplung oder durch die elektrische Versorgung eines Systems erfolgen. Die Energieversorgung kann ferner durch Energie Harvesting erfolgen.

Der Sensor kann insbesondere zum Anschluss an eine elektrische Auswerteeinrichtung eingerichtet sein, indem der Sensor ein Signal bereitstellt, das auf eine Abweichung vom Sollzustand der Schraubverbindung (Lageänderung zwischen Schraubenelement und Gegenelement in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung) hinweist. Die Auswerteinrichtung kann Bestandteil einer Steuerung sein oder aber in ein übergeordnetes Steuer- und/oder Regelsystem für die Baugruppe, in welcher die Überwachung der Schraubverbindung erfolgt, integriert sein.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer vorbeschriebenen Schraubverbindung mit Überwachungseinrichtung mit in oder an einer Abdeckung angeordneten Sensor gemäß einem der Ansprüche in einer Kupplungseinrichtung, insbesondere Mittelpufferkupplung eines schienengebundenen Fahrzeuges zum Verbinden und/oder zum Verspannen von Bauteilen der Kupplungseinrichtung miteinander , der Anbindung der Kupplungseinrichtung an ein schienengebundenes Fahrzeug und/oder dem Verbinden von Anschlussbauteilen mit der Kupplungseinrichtung. Der Einsatz in schienengebundenen Fahrzeugen ermöglicht eine fortlaufende und automatisierte Überwachung und Erkennung von Relativbewegungen der Elemente der Schraubverbindungen zueinander auch im Betrieb des Fahrzeuges. Die aufwendige manuelle Kontrolle kann entfallen und es kann relativ schnell auf einen sich anbahnenden Defekt sicherheitsrelevanter Verbindungen reagiert werden. Ein besonders vorteilhafter Einsatzfall stellt die Überwachung einer Schraubverbindung dar, bei welcher das Schraubelement von einer Zugstange und das Gegenelement von einer Sicherungsmutter gebildet sind.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:

Figur 1 a zeigt beispielhaft eine Schraubverbindung mit

Überwachungseinrichtung und Abdeckung in einer ersten Ausbildung; Figur 1 b zeigt in eine Ansicht auf die Stirnseite eines Schraubenkopfes die

Anordnung eines Gebers;

Figur 1 c verdeutlicht eine Ausbildung der Abdeckung in drei Ansichten;

Figur 2 zeigt beispielhaft eine Schraubverbindung mit

Überwachungseinrichtung und Abdeckung in einer zweiten Ausbildung; Figur 3 zeigt beispielhaft eine Schraubverbindung gemäß Figur 2 mit einer

Abdeckung in einer Weiterbildung;

Figur 4 zeigt beispielhaft eine Schraubverbindung gemäß Figur 1 a mit einer

Abdeckung in einer Weiterbildung;

Figur 5 zeigt eine Ausbildung einer Schraubverbindung mit einer alternativen

Fixierung der Abdeckung;

Figur 6 zeigt beispielhaft eine Schraubverbindung für den Einsatz in einem

Schienenfahrzeug, insbesondere gebildet zwischen einer Zugstange und einer Sicherungsmutter.

Die Figur 1 a verdeutlicht in schematisiert stark vereinfachter Darstellung eine Schraubverbindung 1 , gebildet von einem Schraubenelement 2 und einem Gegenelement 3 mit einer Überwachungseinrichtung 4 in einer ersten Ausbildung. Das Schraubenelement 2 ist durch eine Erstreckung in einer Längsrichtung charakterisiert. Die Längsachse ist mit L bezeichnet. Derartige Schraubverbindungen 1 dienen dabei beispielsweise der Verbindung oder Verspannung zweier Bauelemente, hier den Bauelementen 7 und 8. Im dargestellten Fall erstreckt sich das Schraubenelement 2 mit seinem Schaft 5 durch jeweils eine Durchgangsöffnung 9 und 10 der Bauelemente 7, 8 und wird mittels des Gegenelementes 3 in Form einer Mutter gegenüber den Bauelementen 7 und 8 gesichert. Der Schraubenkopf stützt sich an einer Stirnseite 1 1 des einen Bauelementes 7 ab, während die Sicherung über das Gegenelement 3 erfolgt, welches die beiden Bauelemente 7, 8 gegeneinander verspannt. Die Anordnung des Gegenelementes 3 erfolgt auf der von der Stirnseite 1 1 wegweisenden Stirnseite 12 am Bauelement 8. Der Schraubenschaft 5 steht dabei über die miteinander verbundenen Bauelemente 7 und 8 hinaus. Um eine Überwachung der Integrität der Schraubverbindung 1 zu ermöglichen, ist die Überwachungseinrichtung 4 vorgesehen. Diese umfasst eine Detektionseinrichtung, eingerichtet, ein Verdrehen und/oder axiales Verschieben der beiden Elemente der Schraubverbindung - Schraubenelement 2 und/oder Gegenelement 3 - zu erfassen. Diese weist dazu einen, an einem Element der Schraubverbindung 1 , hier am Schraubenelement 2, vorzugsweise der Stirnfläche 13, am Endbereich des Schaftes 5 angeordneten Geber 14 auf. Die Detektionseinrichtung umfasst ferner zumindest einen Sensor 15 zur Erfassung zumindest einer der nachfolgenden Größen:

- einer einen Zustand oder Eigenschaft des Gebers 14 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe

- einer eine Lage des Gebers 14 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe; - einer die Signalstärke des Gebers 14 wenigstens mittelbar charakterisierenden

Größe.

Der Sensor ist mit 15, die aktive Sensorfläche mit 15a bezeichnet.

Um bei frei herausragendem Ende des Schraubenelementes 2 trotzdem eine Überwachung zu ermöglichen, erfolgt die Anordnung des Sensors 15 an oder in einer Abdeckung 17, vorzugsweise an einem am Innenumfang 16 der Abdeckung 17 vorgesehenen Anordnungsbereich. Die Abdeckung 17 ist dabei mit einem Element der Schraubverbindung 1 - Schraubenelement 2 oder Gegenelement 3 -, hier dem Gegenelement 3 in Form der Mutter 6, verbunden. Die Abdeckung 17 umschließt den Anordnungsbereich 24 des Gebers 14 an dem Schraubenelement 2 in Umfangsrichtung um die Längsachse L des Schraubenelementes 2 betrachtet und in Längsrichtung zumindest über den Anordnungsbereich des Gebers 14 am Schraubenelement 2. Die Abdeckung 17 umschließt damit den Endbereich der Schraubverbindung 1 , insbesondere den frei über die miteinander verbundenen Bauelemente 7, 8 hinausragenden Teile der Schraubverbindung 1 .

Vorzugsweise ist die Abdeckung 17 von einem kappenartigen Element 18 unter Ausbildung eines Innenraumes 19 gebildet, welches an einem Element der Schraubverbindung 1 , hier dem Gegenelement 4 mitnahmefest befestigt ist. Der Innenraum 19 ist zum Umschließen des Anordnungsbereiches 24 des Gebers 14 ausgeführt und ferner zum Aufnehmen des Sensors 15. Das kappenartige Element 18 ist dazu durch einen Wandbereich charakterisiert, welches in Umfangsrichtung um die Längsachse L zumindest über die Erstreckung des Anordnungsbereiches 24 erstreckend ausgeführt ist. Das kappenartige Element 18 ist ferner zum Aufnehmen des Anordnungsbereiches 24 und des Sensors 15 in den Innenraum 19 an einem Endbereich 20 offen ausgebildet. In diesem Endbereich weist das kappenartige Element einen Verbindungsbereich auf 26 auf. Dieser dient der Aufnahme oder zur Ausbildung von Verbindungseinrichtungen zum Zusammenwirken und der Ausbildung einer mitnahmefesten Verbindung 21 des kappenartigen Elementes 18 mit dem Gegenelement 3, hier der Mutter 6. Zum Schutz vor Verunreinigungen und zur Anordnung des Sensors 15 ist das kappenartige Element 18 an dem von der Verbindung 1 wegweisenden Endbereich geschlossen ausgeführt.

Das kappenartige Element 18 kann vielgestaltig ausgeführt sein. Im einfachsten Fall wird der Wandbereich im Befestigungsbereich am Gegenelement 3 bei Befestigung am Außenumfang des Gegenelementes 3 hinsichtlich des Innenumfanges komplementär zum Außenumfang des Gegenelementes 3 ausgebildet. Das kappenartige Element 18 ist in diesem Fall auf das Gegenelement 3 in axialer Richtung aufgesteckt. Die Verbindung 21 kann durch Wahl der Passungen als Pressverbindung ausgebildet sein, Vorzugsweise ist die Verbindung 21 als stoffschlüssige Verbindung durch Verkleben realisiert. Dadurch wird eine Relativbewegung zwischen dem Gegenelement und der Abdeckung 17 sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung sicher vermieden, das heißt die Abdeckung 17 ist mitnahmefest mit dem Gegenelement 3 verbunden. Denkbar ist es auch, die Passungen zwischen Innenumfang des kappenartigen Elementes im Verbindungsbereich 26 und am Außenumfang des Gegenelementes 3 derart zu gestalten, dass eine Presspassung erzeugt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Verbindung 21 durch Formschluss zu realisieren.

Eine von einem kappenartigen Element 18 gebildete Abdeckung 17 ist beispielhaft in Figur 1 c in drei Ansichten wiedergegeben. Erkennbar ist komplementäre Ausführung des Wandprofils am Innenumfang 16 zum Außenumfang des Gegenelementes 3.

Die Anordnung des Sensors 15 erfolgt vorzugsweise kontaktlos zum Geber 14, vorzugsweise in einem Abstand dem Geber 14 gegenüberliegend. Im dargestellten Fall erfolgt die Anordnung in besonders vorteilhafter Weise am Boden 22 des kappenartigen Elementes 18. Über entsprechende Durchgangsöffnungen 23 an dem kappenartigen Element 18 erfolgt dabei die Energieversorgung und/oder Ankopplung des Sensors an entsprechende Einrichtungen zur Weiterleitung und Auswertung der erfassten Größen, beispielsweise eine Auswerteinrichtung 25. Die Ankopplung ist mit 28 bezeichnet. Die Auswerteinrichtung 25 kann ferner die Funktion einer Anzeige eines Falles von Relativbewegung der Elemente der Schraubverbindung zueinander, insbesondere optisch oder akustisch oder anderer Art ermöglichen. Die Auswerteinrichtung kann Bestandteil einer der jeweiligen Baugruppe zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung sein. Bezüglich der Ausbildung des Gebers 14 besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Bei diesem kann es sich entweder um einen optischen Geber, beispielsweise in Form einer auf das Schraubenelement 2, insbesondere der Stirnseite 13 aufgebrachten Markierung oder eines Farbrades oder einer Farbskala handeln. Der Geber 14 kann ferner magnetisch oder kapazitiv aufgebracht werden. Der Sensor 15 führt dann eine Lagebestimmung durch. Verdreht sich ein Element der Schraubverbindung 1 , insbesondere das Schraubenelementes 2, dann wird die Lage des Gebers 14 relativ zum Sensor 15 verändert, sodass der Sensor 15 eine Veränderung feststellen kann und diese einer übergeordneten Einrichtung, beispielsweise Steuerung melden kann.

Verdeutlicht die Figur 1 a schematisiert vereinfacht die Anordnung der Überwachungseinrichtung 4 an einer Schraubverbindung 1 mittels in einer Abdeckung 17 angeordneten Gebern 14 und Sensoren 15 , verdeutlicht die Figur 2 die Überwachung am Schraubenkopf des Schraubenelementes 2. Das Schraubenelement 2 ist im dargestellten Fall in das Gegenelement 3 eingeschraubt. Um ein Verdrehen gegenüber dem Gegenelement 3 zu detektieren, ist der Schraubenkopf an seiner senkrecht zur Längsachse ausgerichteten Stirnfläche 27 mit einem Geber 14 versehen. Die Anordnung des mit diesem zusammenwirkenden Sensors 15 erfolgt in Analogie zu der in der Figur 1 a beschriebenen Ausbildung durch Anordnen an oder in einer Abdeckung 17, die am Gegenelement 3 befestigt ist. Die Befestigung kann kraft- oder formschlüssig oder aber auch stoffschlüssig erfolgen. Die Funktionsweise gestaltet sich analog zu der in den Figuren 1 a bis 1 c beschriebenen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einfache Ausbildungen der Abdeckung 17 in Form von kappenartigen Elementen 18. Diese sind entweder bei Ausführung gemäß Figur 2 hohlzylindrisch ausgebildet oder aber zumindest am Innenumfang 16 an die Kontur des Gegenelementes 3 angepasst, wie in Figur 1 a und über Verbindungseinrichtungen 21 an einer Stirnseite oder einem Außenumfang des Gegenelementes 3 verbunden. Die Figur 3 verdeutlicht eine alternative Anordnung von Geber 14 und Sensor 15 der Überwachungseinrichtung 4 in einer Einbausituation einer Schraubverbindung 1 gemäß Figur 2. Verbindungsbereich 26 der Abdeckung mit einem Element der Schraubverbindung 1 und die Anordnung der Einheit aus Sensor 15 und Geber 14 erfolgt hier in radialer Richtung mit Versatz, vorzugsweise jedoch in einem axialen Erstreckungsbereich bezogen auf die Erstreckung der Längsachse. Auch hier erstreckt sich das Schraubenelement 2 mit der Längsachse L durch eine Gewinde tragende Durchgangsöffnung 29 an einem Gegenelement 3 bzw. ist an diesem gesichert. Bei diesem kann es sich um einen Grundkörper oder aber ein anderes Bauteil, beispielsweise ein Wandbereich eines Bauteils etc. handeln. Der Schraubenkopf liegt an einer Stirnseite des Grundkörpers bzw. Gegenelementes 3 an. Die Abdeckung 17 ist hier mit dem Schraubenkopf 30 verbunden und eingerichtet, einen Sensor 15 zur Detektion einer Geberinformation eines am Gegenelement 3 angeordneten Gebers zu erfassen. Die Abdeckung 17 ist dazu derart ausgebildet, dass diese einen Verbindungsbereich 26 zur Verbindung mit dem Schraubenkopf 30 aufweist und ferner einen weiteren Bereich 31 zur Anordnung des Sensors sowie zur Aufnahme bzw. dem Umschließen des Gebers 14 bei Montage am Schraubenkopf 30. Der Geber 14 ist dabei an der Stirnseite 32 des Grundkörpers bzw. Gegenelementes 3 in radialer Richtung bezogen zur Längsachse L des Schraubenelementes 2 außerhalb des Schraubenkopfes 30 angebracht, vorzugsweise erfolgt die Anordnung in einer Ebene mit der Anlagefläche des Schraubenkopfes 30 an der Stirnseite 32 des Grundkörpers bzw. Gegenelementes 3. Die Abdeckung 17 umfasst dazu zwei Wandbereiche, einen ersten Wandbereich und einen zweiten Wandbereich, wobei der erste Wandbereich einen ersten Innenraum 19.1 zur Aufnahme des Schraubenkopfes 30 und einen zweiten Innenraum 19.2, der in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse L der Abdeckung 17 auf einen größeren Durchmesser als der erste liegt, angeordnet ist. Der zweite Innenraum 19.2 dient der Aufnahme von Geber 14 und Sensor 15. Die Verbindung 21 der Abdeckung 17 mit dem Schraubenkopf 30 erfolgt beispielsweise durch Verkleben, das heißt stoffschlüssig. Andere Ausführungen, beispielsweise durch Kraftschluss oder Formschluss, sind denkbar, bedingen jedoch eine entsprechende Ausgestaltung von Abdeckung und Schraubenkopf 30 mit Presspassung oder mit zusätzlichen Verbindungselementen. Vorzugsweise ist die Abdeckung 17 mit dem Verbindungsbereich 26 auf den Schraubenkopf 30 aufsteckbar ausgebildet.

Der Geber 314 ist hier am Gegenelement 3, insbesondere der Stirnseite 32 angeordnet.

Demgegenüber verdeutlicht die Figur 4 eine Ausbildung des Einsatzes einer Abdeckung 17 gemäß Figur 3 in einer Ausbildung der Schraubverbindung 1 gemäß Figur 1 . Diese kann dazu verwendet werden, um einen zusätzlichen Geber 33 zu platzieren. Dazu bildet die Abdeckung 17 auch hier zwei Innenräume19.1 , 19.2 aus, die jeweils dem Umschließen eines Anordnungsbereiches 24 eines Gebers 14 an einem Element der Schraubverbindung 1 in Umfangsrichtung um die Längsachse L dienen sowie der Anordnung bzw. Zuordnung eines Sensors 15 zu diesem Geber 14, um eine Relativbewegung zwischen den Elementen der Schraubenpaarung zu detektieren. Der andere weitere Sensor 33 ist hier an dem Bauteil 8 angeordnet und mit diesem verbunden. Die Verbindung kann kraftschlüssig oder formschlüssig oder stoffschlüssig oder einer Kombination aus diesen erfolgen. Mit dem Sensor 33 kann das Bauteil 7 überwacht werden. Die Figur 5 verdeutlicht eine alternative Anordnung eines Gebers und Sensors am Schraubenelement und Gegenelement bzw. Abdeckung in einer Situation gemäß Figur 1 , das heißt im Endbereich eines Schaftes 5 einer Schraubverbindung 1 , welche durch ein Sicherungselement in Form einer Mutter 6 gesichert ist. Die Befestigung der Abdeckung 17 erfolgt hier am Gegenelement 3, sondern am Schraubenelement 2, wobei die Befestigung über einen durch das Schraubenelement, insbesondere den Schraubenschaft, senkrecht zur Längsrichtung erstreckenden Splint erfolgt. Die Anordnung des Gebers 14 erfolgt am Gegenelement 3, insbesondere Außenumfang einer Mutter 6, während der Sensor 15 an der diesem gegenüberliegenden Fläche an der Abdeckung 17 angebracht ist, das heißt, nicht am Bodenbereich, sondern in einem den Anordnungsbereich 24 des Gebers 14 in Umfangsrichtung schließenden Bereich des Gegenelementes 3. Figur 6 verdeutlicht beispielhaft eine Ausführung gemäß Figur 1 , bei welcher das Schraubenelement 2 von einem Zuganker oder Zugstange gebildet ist und das Gegenelement 3 von einer Sicherungsmutter, wobei der Zuganker durch einen Grundkörper geführt ist und diesen gegenüber einem anderen, hier nicht dargestellten Bauteil verspannt.

Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausbildungen beschränkt. Ferner beinhaltet diese alle Ausführungen, die durch die Anordnung eines Gebers 14 an einem Element der Schraubverbindung 1 - Schraubenelement 2 oder Gegenelement 3 - charakterisiert sind, wobei die Anordnung des Gebers 14 in einem Bereich erfolgt, welcher im Normalfall freitragend ist, weshalb die Anordnung des die Geberinformation erfassenden Sensors 15 an oder in einer Abdeckung 17 erfolgt, die den Anordnungsbereich 24 des Gebers 14 in Umfangsrichtung umschließend ausgebildet ist und ferner mit einem Element der Schraubverbindung 1 - Schraubenelement 2 oder Gegenelement 3 - mitnahmefest verbunden ist. Diese Verbindung 21 kann kraft-, form- oder stoffschlüssig ausgebildet sein. Diesbezüglich bestehen keine Restriktionen. Vorzugsweise werden lösbare Verbindungen gewählt. Diese sind dann kraft- oder stoffschlüssig ausgebildet. Um eine hermetisch feste Abdichtung zu gewährleisten, wird vorzugsweise ein Stoffschluss alternativ oder zusätzlich zum Einsatz gelangen.

Bezugszeichenliste

I Schraubverbindung

2 Schraubenelement

3 Gegenelement

4 Überwachungseinrichtung

5 Schaft

6 Mutter

7 Bauelement

8 Bauelement

9 Durchgangsöffnung

10 Durchgangsöffnung

I I Stirnseite

12 Stirnseite

13 Stirnfläche am Endbereich des

Schraubenelementes/Schaftes

14 Geber

15 Sensor

16 Innenumfang

17 Abdeckung

18 kappenartiges Element

19 Innenraum

19.1 , 19.2 Innenraum

20 Endbereich

21 Verbindung

22 Boden

23 Durchgangsöffnung

24 Anordnungsbereich

25 Auswerteinrichtung

26 Verbindungsbereich

27 Stirnfläche Schraubenkopf 28 Anschluss

29 Durchgangsöffnung am Gegenelement

30 Schraubenkopf

31 Bereich

32 Stirnseite

33 weiterer Geber

34 Sensor

L Längsachse