Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine batteriebetriebene Vorrichtung zur Auswertung von Sensorsignalen und insbesondere auf eine schraubbare Unterbringung (z.B. in Form einer Gewindehülse) von Elektronik in einem stark begrenzten Bauraum.

Hintergrund

Bei vielen Anwendungen ist es erforderlich, eine Sensorik zusammen mit einer Elektronik und Energieversorgung auf geringem Bauraum unterzubringen. Insbesondere stellt dies ein Problem dar, wenn - abgesehen vom geringen Platzangebot - eine raue Umgebung herrscht bzw. wenn die Sensorik zusammen mit der Elektronik und der Energieversorgung auf bewegte Teile untergebracht werden soll, wo eine Verdrahtung oder Energiezufuhr nur begrenzt möglich ist.

Ein Beispiel ist ein mit Kühlschmierstoff durchflossener Werkzeughalter, der beispielsweise angepasst werden soll, um eine aktive Sensorik zu integrieren und die dazugehörigen Sensorsignale drahtlos zu übertragen, ohne dadurch eine Störkontur zu erzeugen. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Unterbringung der Elektronik in einer mehr oder wenig aufwendig hergestellten Nut im Inneren des Werkzeughalters, die allerdings nur mit erheblichen Mehraufwand bestückbar ist und außerdem keine eigene Energieversorgung aufweist.

Ein weiteres Beispiel sind Vibrations-, Kraft- oder Dehnungsmessungen, die an drehenden Teilen durchgeführt werden sollen. Auch hier ist oft der Bauraum sehr begrenzt und eine Verdrahtung ist ebenso wenig möglich.

Daher besteht ein Bedarf nach weiteren Möglichkeiten, um eine Elektronik zusammen mit einer Energieversorgung möglichst als eine autark arbeitende Einheit bereitzustellen. Zusammenfassung

Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch eine batteriebetriebene Vorrichtung zur Auswertung von Sensorsignalen nach Anspruch l, eine Gewindehülse nach Anspruch 6 und ein Verfahren zu deren Herstellung nach Anspruch 8 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine batteriebetriebene Vorrichtung zur Auswertung von Sensorsignalen. Die Vorrichtung umfasst eine erste Platine, eine zweite Platine, ein flexibles elektrisches Verbindungselement, einen Mikro- controller und eine Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung. Die erste Platine und die zweite Platine weisen jeweils eine elektrische Kontaktfläche zur Kontaktierung von zumindest einer Batterie auf. Das flexible elektrische Verbindungselement verbindet die erste Platine und die zweite Platine miteinander und weist eine Länge auf, sodass die Batterie beidseitig durch die beiden Kon- taktflächen kontaktierbar ist. Der MikroController ist ausgebildet zum Auswerten der Sensorsignale und ist auf der ersten Platine angeordnet. Er ist mit den beiden elektrischen Kontaktflächen der ersten Platine und der zweiten Platine verbunden, um nach einem Einsetzen der Batterie mit Strom versorgt zu werden. Die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung ist ausgebildet, um den MikroController mit einer externen Auswerteeinheit/Steuereinheit zu verbinden.

Die batteriebetriebene Vorrichtung umfasst nicht zwingenderweise die Batterie (z.B. eine oder mehr Knopfzellen) selbst, sondern ist lediglich dazu geeignet, um eine entsprechende Batterie aufzunehmen. Die Batterie ist somit nicht zwingender Teil der Vorrichtung. Außerdem weist die Vorrichtung gemäß weiterer Aus- führungsbeispiele genau zwei oder mehr als zwei Platinen auf, zwischen denen sandwichartig eine oder mehrere Batterien untergebracht und kontaktiert werden können. Die zweite Platine kann optional aus einem flexiblen Leiterplattenmaterial gebildet sein (ähnlich zu dem Verbindungselement).

Optional ist die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung ausgebildet, um Sensorsignale von einem externen Sensor zu empfangen und die Sensorsignale an den MikrocontroUer weiterzuleiten und Ergebnisse der Auswertung an die externe Auswerteeinheit weiterzugeben.

Optional weist die Vorrichtung weiter zumindest einen Sensor auf, der Sensordaten erfasst und an den MikrocontroUer übermittelt, wobei der MikrocontroUer ausgebildet ist, um zumindest eine Vorverarbeitung der Sensordaten vorzunehmen. Optional ist der zumindest eine Sensor ausgebildet, um zumindest eine der folgenden Messgrößen zu erfassen: Vibrationen, eine Temperatur, eine Beschleunigung, eine Kraft, eine Dehnung, Schall, Körperschall, Drehwinkel, Neigung, Zeit, Positionsdaten (z.B. GPS-Daten).

Außerdem kann die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung ausgebildet sein, um Steuerbefehle von einer externen Steuereinheit entgegenzunehmen und basierend darauf, beispielsweise den Sensor zu veranlassen, Sensordaten zu erfassen.

Der zumindest eine Sensor kann auf der ersten Platine oder der zweiten Platine oder auf dem Verbindungselement angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass eine Antenne zur drahtlosen Datenübertragung als Teil des flexiblen elektrischen Verbindungselementes ausgebildet ist. Weiterhin ist es möglich, dass bei mehreren Sensoren ein Teil der Sensoren auf der ersten Platine und ein anderer Teil der Sensoren auf der zweiten Platine bzw. auf dem Verbindungselement ausgebildet sind.

Optional hat die erste Platine und die zweite Platine eine Form (z.B. eine runde Form), so dass die erste Platine und die zweite Platine zusammen mit der Batterie in eine Bohrung oder in eine Gewindehülse einsetzbar ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Gewindehülse mit einem hülsenförmigen Körper, der ein Außengewinde und einen Innenbereich aufweist. Die Gewindehülse umfasst weiter eine der zuvor beschriebenen Vorrichtungen, die zusammen mit zumindest einer Batterie in den Innenbereich einsetzbar ist, sodass die Gewindehülse zusammen mit der Vorrichtung in eine Bohrung einschraubbar ist. Optional weist die Gewindehülse ein Deckelelement auf, das ausgebildet ist, um nach einem Einsetzen der Vorrichtung in den hülsenförmigen Körper den hül- senförmigen Körper entsprechend zu verschließen. Optional kann eine Vorspannung auf die Vorrichtung ausgeübt werden, so dass die erste Platine und die zweite Platine die dazwischen angeordnete Batterie unter einer Vorspannung kontaktieren. Zudem könnten sich Erhebungen im Inneren der Hülse befinden, sodass die Platinen im Inneren gehalten werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindehülse mit montierter Elektronik. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen einer zuvor beschriebenen Vorrichtung und eines hülsenförmigen Körpers, der ein Außengewinde und einen Innenbereich aufweist;

- Einsetzen zumindest eines elektrischen Energiespeichers (z.B. eine Batterie) zwischen der ersten Platine und zweiten Platine;

- Einsetzen der Vorrichtung zusammen mit der Batterie in den Innenbereich des hülsenförmigen Körpers, sodass die Gewindehülse zusammen mit der Vorrichtung in eine Bohrung einschraubbar ist.

Es ist ebenfalls möglich, dass die Elektronik (die zuvor beschriebene Vorrichtung) in einem Zylinder mit einem Außengewinde eingesetzt und anschließend in einem beispielhaften Werkzeughalter oder ein anderes Bauelement eingeschraubt wird, um dort Sensordaten zu erfassen bzw. auszuwerten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher ebenfalls auf entsprechende Verwendungen der Vorrichtung.

Vorteile von Ausführungsbeispielen ergeben sich insbesondere aus den folgenden Aspekten:

- Die Elektronik kann effizient in bestehende Werkzeughalter integriert werden, ohne dass die Struktur und Beschaffenheit des Werkzeughalters beeinträchtigt wird.

- Es ist auf einfacher Weise möglich, die Elektronik auszutauschen, wobei es nur einen geringen Eingriff in den Werkzeughalter oder das Werkstück bedarf (z.B. das Ausbilden einer Bohrung mit einem optionalen Innengewinde, an dem beispielsweise die Gewindehülse eingeschraubt wird).

- Eine einfache Nachrüstung der Sensorik ist möglich.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

Fig. l zeigt eine batteriebetriebene Vorrichtung zur Auswertung von Sensorsignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung aus der Fig. l von der gegenüberliegenden Seite.

Fig. 3 zeigt das Resultat nach dem Einsetzen der Batterien in die Vorrichtung aus der Fig. l.

Fig. 4A, 4B zeigen ein beispielhaftes Einsetzen der Vorrichtung aus der Fig. 1 zusammen mit mehreren Batterien in eine Gewindehülse.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine batteriebetriebene Vorrichtung 100 zur Auswertung von Sensorsignalen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 umfasst: eine erste Platine 110, eine zweite Platine 120, ein flexibles elektrisches Verbindungselement 130, einen MikroController 140 und eine Einrichtung 150 zur drahtlosen Datenübertragung (kann optional zusammen mit dem MikroControllers 140 auf einem Chip integriert sein). Die erste Platine 110 und die zweite Platine 120 weisen jeweils eine elektrische Kontaktfläche 112, 122 zur Kontaktierung von zumindest einer Batterie auf (nicht gezeigt in Fig. 1). Das flexible elektrische Verbindungselement 130 verbindet die erste Platine 110 mit der zweiten Platine 120 und weist eine Länge auf, sodass die Batterie beidseitig durch die beiden Kontaktflächen 112, 122 kontaktierbar ist. Der Mikrocontroller 140 dient zur Auswertung der Sensorsignale und ist auf der ersten Platine 110 (auf der Rückseite) ausgebildet und ist mit den beiden elektrischen Kontaktflächen 112, 122 der ersten Platine 110 und der zweiten Platine 120 verbunden, um nach einem Einsetzen der Batterie mit Strom versorgt zu werden. Die Einrichtung 150 zur drahtlosen Datenübertragung ist ausgebildet, um den Mikrocontroller 140 mit einer externen Auswerte- oder Steuereinheit zu verbinden.

Beispielsweise kann die erste Platine 110 und die zweite Platine 120 jeweils eine scheibenförmige, runde Platine sein, wobei die Elektronik zwischen der ersten und zweiten Platine 110, 120 aufgeteilt und die Energieversorgung in Form der Batterie 50 zwischen den Platinen 110, 120 bzw. den entsprechenden Kontaktflä- chen 112, 122 geklemmt werden kann. Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Verbindungselement 130 eine flexible Leiterplatte, die auch Starrflex genannt wird. Die elektrischen Kontaktflächen 112, 122 befinden sich auf der Unterseite einer jeden Platine 110, 120 und bilden freie metallische Flächen 112, 122, zwischen denen der Energiespeicher 50 (Batterien, Akku, etc.) geklemmt werden.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 100 von der gegenüberliegenden Seite, so dass der Mikrocontroller 140 auf der ersten Platine 110 sichtbar ist. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind auf der zweiten Platine 120 eine Vielzahl von Sensorelementen 160 und die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung 150 angeordnet. Die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung 150 kann aber auch zusammen mit dem Mikrocontroller 140 in einem Package/Chip integriert bzw. auf der gleichen Platine angeordnet sein. Außerdem sind die erste Platine 110 und die zweite Platine 120 als runde, scheibenförmige Platinen gebildet, die beispielsweise einen Durchmesser aufweisen, der an eine einzusetzende Batterie angepasst ist. Es können auch mehrere Batterien übereinander gestapelt zwischen der ersten Kontaktfläche 112 und der zweiten Kontaktfläche 122 seriell miteinander verschaltet werden.

Das Resultat ist in der Fig. 3 gezeigt, wo zwei Batterien 50 zwischen der scheibenförmig ausgebildeten ersten Platine 110 und der scheibenförmig ausgebildeten zweiten Platine 120 angeordnet sind und der MikroController 140 auf einer Fläche gegenüberliegend zum Batteriekontakt ausgebildet ist. Anschließend kann diese Elektronik (Vorrichtung 100) zusammen mit den Batterien 50 in einer einfach zu fertigenden Bohrung eingesetzt werden.

Durch die runde und kompakte Form der Platinen 110, 120 kann die Elektronik sehr einfach in Bohrungen platziert werden. Es ist ebenfalls möglich, dass die Elektronik/ Vorrichtung 100 in einer Gewindehülse montiert wird, so dass Objekte sehr schnell und kosten effizient mit der Elektronik bestückt werden können. Die Elektronik ist mechanisch fest mit dem Objekt verbunden, kann jedoch trotzdem schnell ausgetauscht werden. Die mechanisch feste Verbindung hat den Vorteil, dass Sensoren 160 auf der Elektronik weiterhin alle Messgrößen aus dem Inneren des Objektes erfassen können.

Fig. 4A, 4B zeigen ein beispielhaftes Einsetzen der Vorrichtung 100 zusammen mit den Batterien 50 in eine Gewindehülse 200, die einen Hülsenkörper 210 mit einem Außengewinde aufweist. Fig. 4A zeigt eine Querschnittsansicht durch den Hülsenkörper 210 mit dem Außengewinde, der in eine Bohrung (nicht dargestellt) mit einem Innengewinde eingedreht werden kann. Der Hülsenkörper 210 umfasst eine Öffnung 220 und kann von der gegenüberliegenden Seite geschlossen sein. Zudem können sich Erhebungen 230 im Inneren des Hülsenkörpers 210 befinden, sodass die Vorrichtung 100 im Inneren gehalten werden kann. Außerdem ist die erste Platine 110 und die zweite Platine 120 derart kreisförmig gebildet, dass sie in dem Hülsenkörper 210 möglichst genau eingepasst werden können (siehe Fig. 4B).

Optional wird die Öffnung 220 des Hülsenkörpers 210, durch die die Vorrich- tung 100 eingeführt wurde, mit einem Deckel verschlossen (in der Fig. 4B nicht gezeigt). Der Deckel kann beispielsweise auf eine der Erhebungen 230 fixiert werden und unter einer Vorspannung die Vorrichtung 100 in dem Hülsenkörper 210 halten, sodass stets ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zu der Batterie gegeben ist. Nach dem Verschließen des Hülsenkörpers 210 kann die Gewindehülse in eine Bohrung (z.B. eines Werkzeughalters) eingeschraubt werden und dort Sensorsignale erfassen und diese drahtlos an eine externe Auswerteschaltung übertragen.

Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst der MikroController 140 bzw. die Vorrichtung 100 eine Bluetooth-Schnittstelle als Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung 150, die beispielsweise mit einer eingebauten Antenne für 2,4 GHz arbeitet. Ein beispielhaft eingebauter Schock-Sensor kann beispielsweise genutzt werden, um Vibrationen vor Ort zu erfassen. Ein solches System stellt eine vollständig autark arbeitende Vorrichtung dar, die zur Erfassung und Weiterleitung von Vibrationsdaten geeignet ist.

Somit erlauben Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, dass vorhandene Bauteile oder Werkzeughalter oder andere Elemente zu einem energieautarken Sensor mit einer integrierten Funkübertragung kombiniert werden können. Ebenso wird eine kontaktlose, von physischen Schnittstellen unabhängige Erfassung und Übertragung von Messdaten, wie beispielsweise die Temperatur, Beschleunigung, Vibrationen, etc., möglich. Im Vergleich zu bisherigen bekannten Lösungen ist somit eine unkomplizierte und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, um eine Elektronik zusammen mit einer Sensorik in schwer zu wartenden bzw. austauschenden Elementen unterzubringen, die keinen großen Bauraum benötigen.

Ausführungsbeispiele beziehen sich ebenfalls auf eine Verwendung der flexiblen Leiterplatten und damit verbundenen Platinen zur Erfassung von Sensordaten und eine Vorverarbeitung in Bohrungen oder Einschraubverbindungen, wobei eine integrierte Antenne eine drahtlose Datenübertragung ermöglicht. Anwendungsgebiete von Ausführungsbeispielen umfassen insbesondere die Datener- fassung über eine Sensorik, wie beispielsweise bei Werkzeugmaschinen in Form von Vibrationen als Indikator für einen Verschleiß, oder für einen Kühlmittel- durchfluss, Krafterfassung oder Temperatur möglich sind. Insbesondere sind Ausführungsbeispiele dort anwendbar, wo nur ein geringes Platzangebot vorhanden ist und die Sensoren möglichst unsichtbar sind und eine physische Schnittstelle nicht vorhanden sein soll (z.B. aufgrund der Bewegung der entsprechenden Teile). Außerdem sind Ausführungsbeispiele für autark arbeitende Systeme nützlich.

Somit können Ausführungsbeispiele für die folgenden Technologien genutzt werden:

Prozessüberwachung in der Produktion,

Versuchsaufbauten (Entwicklung/Forschung),

Alarmanlagen,

Wellen/drehende Teile.

Die Batterie und der Stromverbrauch der Sensorik bestimmt dabei die Lebensdauer, die daher beispielsweise durch die Batteriekapazität vorgegeben werden kann. Es ist ebenso möglich, Sensoren mit einer individuell angepassten Lebensdauer bereitzustellen.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

50 zumindest einen elektrischen Energiespeicher (z.B. Batterie)

100 batteriebetriebene Vorrichtung

110, 120 Platinen

112, 122 elektrische Kontaktflächen

130 flexibles elektrisches Verbindungselement

140 MikroController

I50 Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung

l60 zumindest ein Sensorelement

200 Gewindehülse

210 Hülsenkörper

220 Hülsenöffnung

230 Erhebungen