用于测量在张紧带中的拉应力的装置和方法与流程

本发明涉及根据权利要求1和权利要求11的前序部分所述的用于测量在张紧带中的拉应力的装置和方法。

背景技术：

德国专利文件de19739667涉及一种用于获取安全带(gurtband)、尤其紧固带的带应力的装置，带有用于安全带的具有横向于罩壳纵轴线布置的引导部的基底罩壳，其中，在两个位置固定的引导部之间设置有借助于至少一个弹簧弹性地支撑的引导部，并且其中，在测量带应力的进程中，在弹簧弹性的引导部上利用安全带的扁平侧交替地对着引导部贴靠的安全带被迫从其伸展的伸延中变到在测量方向上与应力成比例的偏转中，并且带有与弹簧弹性的引导部相关联的应力显示标度用于显示偏转的安全带的应力状态。弹簧弹性的引导部构造为沉入到支柱罩壳中的偏转支柱，其利用预设的行程可从静止位置转移到测量位置中。弹簧在此保持在传递行程的止挡件和偏转支柱的基底之间，并且在测量位置中根据安全带的应力状态的指示在降低在基底和止挡件之间的间距的情况下以及在增加偏转支柱到支柱罩壳中的沉入深度的情况下可压缩，其中，偏转支柱的沉入深度可借助于应力显示标度来获取。

从美国专利申请文件us2003/0174055中已知一种用于显示紧固带的应力的警报工具，其集成到张紧带中并且在带应力损失的情况下触发警报。工具包括布置在罩壳中的弹簧，其借助于与张紧带连接的销根据施加的张紧力被压紧。如果没有或过低的张紧力施加到张紧带处，弹簧操纵触发警报信号的触点。警报信号然后经由无线进一步传递到在驾驶员舱中的接收工具处。该布置的缺点是，仅传递一数字值(是/否)。

同样从文件gb-a-2466463中已知一种类似的装置，其示出了用于张紧带的应力指示器。指示器的罩壳可通过两个相对而置的贯穿套环开口在长度上被挂入到张紧带中。在罩壳处固定有弹簧，该弹簧垂直于张紧带定向并且取决于带应力被压缩。弹簧开启并且闭合电触点并且由此如开关起作用，该开关示出了，带应力是否是足够的。传感器或者开关在此布置在弹簧的背离张紧带的侧边处。由此可同样获取仅一数字值(0或1)。取决于带应力的弹簧相对于罩壳的不同的位置不可利用在弹簧的一端处这样的传感器组件来获取。

美国专利文件7,112,023涉及一种用于探测不足的张紧带应力的警报工具，其可施加到张紧带处。工具包括两件式的罩壳，其在两个彼此相对而置的端侧处分别具有用于引入或者引出张紧带的缝口。在罩壳内部存在弯曲的金属弹簧，其使张紧带的位于两个缝口之间的区段偏转。如果拉应力增加，金属弹簧被挤紧，这是对于施加的拉应力的尺度(mass)。借助于布置在金属弹簧之下的接近传感器测量在接近传感器和弯曲的弹簧之间的间距。如果拉应力处于预定的阈值之下，触发电子信号。作为接近传感器考虑光基的传感器或运动传感器。同样提出了磁体的使用，当弹簧被磁场获取时，通过该磁体触发信号。

文件ep-a-1467193公开了一种用于装载安全性的用于监视带(gurt)的底座或应力的系统。该系统包括集成到带单元中的力传感器，该力传感器测量力，该力是必要的用于使张紧的带偏转预设的路径。在此，带的按规定的底座被持续的、也就是说在车辆的行驶期间也自动地被监控，并且数据从发送器经由无线传递到显示器单元处。根据文件ep-a-1467193可显示获取的带应力的值、获取的带应力的改变以及阈值的超越。文件ep-a-1467193提出，利用延伸测量条带测量使用的力。

文件wo2009/113873描述了用于监视张紧带和用于装载安全性的类似物的状态的传感器单元。传感器单元包括一个或多个测量元件，以测量张紧力、应力、压力、弯曲力矩等等。具体地提出了，使用可形变的、在截面中圆形的套管，在该套管中容纳有与张紧带连接的销。感应的、光学的、磁性的以及其他的效果被提出用于确定变形，然而未做出更详细的实施的是，这具体地用于哪种传感器并且这些传感器如何布置。

文件ep-a-0984873涉及一种用于显示在拉力器件如拉力带或栓绳处的拉应力的负载显示器。这些拉力器件设有套环或孔眼，用于作用于导入反向固位力到拉力器件的匹配部件，例如紧固棘爪的销。文件ep-a-0984873的负载显示器具有近似嵌环的形状，其支脚贴靠在套环或孔眼的内置的侧壁处并且具有近似横向于内侧壁可弹性地变形的显示体。

通过文件ep-a-1537393公开了上面提及的负载显示器的进一步开发。在该负载显示器中，在弹簧和销之间布置有成型件，该成型件产生过度应力(überspannung)以及因此产生弹簧常数的改变。

描述的负载显示器具有的优点是，该负载显示器可成本适宜地生产、耐用并且可靠。与之相反的缺点是，为了读取施加的张紧力必须前往到相应的张紧带。

技术实现要素：

本发明的任务是，提出用于测量在张紧带中的拉应力的一种系统和一种方法，其可成本适宜地生产并且提供对于拉应力的可靠的值。目的还在于，为机械的带应力指示器提供剩余价值。

该目的和其他的目的通过根据权利要求1所述的主题实现。根据本发明的主题的有利的设计方案在从属权利要求中限定。

本发明涉及一种用于测量在张紧带中的拉应力的装置，其带有可弹性地变形的弹性元件，该弹性元件可取决于张紧带的拉应力变形。该装置此外包括带有测量弹性元件的偏转的传感器组件的电子传感器单元以及将数据信号传递到接收器处的发送器。

根据独立权利要求1的特征，本发明的解决方案通过以下方式实现，传感器组件布置在弹性元件的端部处。这样布置的优点是，机械的带应力指示器的设计可被采用并且传感器组件可集成到现有的设计中。由此可将开发成本保持成低的，因为现有的指示器可经济地生产。在市场中数年来接受和所需的现有的机械的指示器通过传感器组件获得对于用户的剩余价值，其在生产中是成本适宜的并且在构建中是简单的。

现有的机械的带应力指示器优选地是带有两个可弹性形变的支脚的u形的成型件。在一特别优选的实施方式中传感器组件集成到弹性元件的支脚中。支脚的间距取决于带应力的大小。带应力越大，两个支脚彼此被挤压得越近。在支脚中的传感器组件具有的优点是，传感器组件仅须测量在两个支脚之间的间距，以获得关于带应力的大小的数据。

在另一优选的实施方式中，传感器组件集成在支脚的自由端部的区域中。在自由端部处相对于带应力的间距的改变是最大的。与此相应地通过该传感器定位可以准确地测量，因为相对于应力改变存在显著的间距改变。同样在自由端部处空间足以集成传感器组件。另一优点在于，产生指示器的回复力的反正存在的金属夹具遮护和保护传感器组件以防外部的影响。传感器组件可完全地以包封的形式集成到自由的支脚端部中，由此同样实现相对于强烈的外部的负载的足够的保护。优选的是，整个的传感器单元集成到支脚中。用于整个的传感器单元的空间是在支脚中，并且该传感器单元在整体上良好地被保护以防机械的负载，因为该传感器单元能完全地包封在支脚中。

在另一优选的实施方式中，传感器组件通过磁性的测量系统形成。磁性的测量系统是典型地相对于湿气和污物不易受影响的。磁性的传感器因此最优地适用于在典型地伴随恶劣的使用条件的运载方式中的使用。

在另一特别优选的实施方式中，传感器组件或者通过磁体传感器、尤其霍尔传感器和永磁体，或者通过涡流传感器和金属板形成。该磁性的测量系统可靠地并且不易受影响地工作。霍尔传感器提供的优点是，不仅在状态改变时，而且当该霍尔传感器位于其中的磁场是恒定的时，该霍尔传感器提供信号。因此该霍尔传感器可实时提供测量信号并且可连续地测量带应力(即使在该带应力是恒定的时)。作为磁性的传感器组件还可设想的是磁阻器和场板或gmr(巨磁阻)传感器。

目的适宜地，电子传感器单元集成在弹性元件中，由于整个的传感器单元连同微处理器、传感器组件、能量源以及发送器集成在u形的成型件中，弹性元件或应力指示器是单件式的紧凑的构件。

证实为有利的是，发送器和与发送器连接的发送模块设计用于单路通讯。发送器可基本上为此设计成以不同的时间间隔(根据选择哪个运行模式)发送数据。单路通讯是特别节省能量的。例如蓝牙4.0标准可用在发送模块中，其通过发送减少的数据记载和其他的能量优化的设置而被看作极其电池友好的。

目的适宜地，装置包括附加的无线中继器或无线继电器。该设备实现了即使在不适宜的环境条件中无线通讯的有效距离，例如在装载许多金属或金属模壳时或在很长的负载列车或载重桥的情况下。

有利地，霍尔传感器通过施加外部的交变场作为在不同的运行模式之间的开关起作用。该特征实现了，不需要物理的开关或接口来校准、调整或配置指示器。因此通过无线地实现存取(zugriff)可操作传感器单元(尽管其优选地完全被包封)。

优选地，通过施加外部的交变场，霍尔传感器可将发送器和/或发送模块从单路通讯转换到发送和接收器模式(双路通讯)中。因此可实现无线地转换到配置模式(在其中可校准和配置传感器单元)中。

本发明的另一方面涉及一种用于测量在张紧带中的拉应力的方法。根据独立方法权利要求的特征，张紧力通过以下方式测量，即，传感器组件布置在弹性元件的端部处并且测量两个的端部的间距。弹性应力的改变促使弹性元件的两个端部的间距的改变，该间距改变由传感器组件获取或测量。

根据上述的实施方案优选的是，张紧力借助于霍尔传感器和永磁体或借助于涡流传感器被测量，因为该测量方法是不易受影响的和可靠的。

优选地，在布置在弹性元件处的微处理器的存储器中存储有适用于相应的弹性器件的标度因子。通过无线地将微处理器从工作模式转换到配置模式中，标度因子可在微处理器中储存或改变。通过改变标度因子可检验或校准装置。通过例如以实验的方式确定在拉应力和弹性元件端部的间距之间的比例，可确定标度因子。

在一优选的方法步骤中，通过将外部的电交变场施加到霍尔传感器处，发送器和/或发送模块转换到接收模式中。无线地操作传感器单元允许了，可省去物理的接口、插口或其他。传感器单元可因此特别良好地以被保护的方式实施。

在另一优选的方法步骤中，多个指示器根据储存在接收单元中的装载图(ladeplan)与接收单元连接，其中，系统关联通过智能手机实现。由此每个单个指示器在装载物运载期间被获取并且可通过在智能手机处可视化的装载图随时被定位。当多个张紧带中的一个在行驶期间松开时，这是特别实用的。松开的张紧带可立即借助于装载图定位并且紧接着被再张紧。

本发明还涉及一种用于记录在张紧带中的拉应力的装置。传感器组件实现了，实时获取测量信号。这就是说，在每个任意的时间点，存在测量值。测量值载录因此可无缝地实现并且突出地适用于同时记载(数据记入)多个张紧带的拉应力获取。

有利地传感器组件或者通过霍尔传感器和永磁体、通过涡流传感器和金属板、或者通过永磁体和磁体传感器形成。该磁性的测量系统对于污物和机械负载是不易受影响的并且即使在恒定的磁场下也提供测量数据。

本发明的另一方面涉及一种用于记录在张紧带中的拉应力的方法。根据独立方法权利要求的特征，以间隔的方式数据信号作为数据包被发送到接收器单元处，在发送器单元中实时存储并且随时可从接收器单元中读取。由此可实现无缝的数据载录。该方法因此以理想的方式适合于，完全自动地执行强制的数据记载。因而辛苦生成的手动的记录可通过进行的可视的监控因此省去。

在一特别优选的实施方式中存储的或载录的数据信号以计算机可读的格式(例如以pdf格式)的设计而可读。

附图说明

现在参考图纸描述本发明的实施例。其中：

图1示出了根据现有技术的带应力指示器，

图2以侧视图示出了带有集成的霍尔传感器的带应力指示器，

图3示出了沿剖切线iii-iii的图2的指示器的俯视图，

图4示出了图2的指示器的三向投影图，

图5示出了带有集成的涡流传感器的带应力指示器，

图6示出了图2的带应力指示器的框图。

具体实施方式

在图1中示出了机械的带应力指示器11，如其从现有技术中已知的那样。带应力指示器11是带有第一和第二可弹性地形变的支脚13a,13b和基底15的u形的成型件。指示器11的基底15基本上半圆形地弯曲。指示器11包括由塑料构成的插入件17，该插入件17由金属夹具19包围。插入件17加强金属夹具19的弹性作用并且实现指示器11的持久负载。

指示器11布置在张紧带的套环和张紧棘轮的保持销之间。保持销被引导穿过成型件，在该处基底15形成销眼21，张紧带在基底15的外侧处转向并且因此缠绕指示器11。通过在支脚13a,13b的方向上作用的张紧力，影响了支脚13a,13b的间距20。张紧力越大，两个支脚13a,13b的间距20越小。将指示器尺寸设计成，在最大的规定的张紧力时支脚13a,13b彼此贴靠。张紧力可仅当场直接在张紧棘轮处看出。

在图2至5中示出的根据本发明的实施方式示出了电子带应力指示器23。基本上，指示器23在其机械的构建中与指示器11相同。然而提供了剩余价值，张紧力不必再直接地在张紧棘轮处看出，而是可借助于在线显示器在另一地点处、优选地在载重汽车的驾驶员舱中示出。获取的数据不是如其由机械的指示器11示出的近似值，而是精确的优选地数字的数据。数字的数据可在每个时间点获取，可载录并且可无线地传递。数字的数据说明在限定的张紧带处在限定的时间点的张紧力的相应的大小。

为了得到这样的数字的数据，指示器23装备有以磁性的间距传感器25的设计的传感器组件。

在根据图2的实施方式中，间距传感器25通过霍尔传感器27和永磁体29实现。霍尔传感器27的测量原理基于，霍尔传感器测量磁体的场强。场强取决于在霍尔传感器27和永磁体29之间的间距20而改变。霍尔传感器27测量场强并且将该场强转换成电压信号。当场强是恒定，即相对于永磁体29的间距20不改变时，霍尔传感器同样产生电压信号。布置在电路板32上的霍尔传感器27优选地布置在第一或第二支脚13a,13b的自由端部处。永磁体29布置在另一支脚13a,13b的自由端部处。霍尔传感器27的测量精度不会通过脏物和水而损害(只要该污物和水不是磁性的)。因此该霍尔传感器27特别良好地适用于在张紧带中的使用，因为张紧带在运载行驶期间常常被强烈地污染。

优选地，霍尔传感器27连同电路板31和永磁体29集成到支脚13a或13b中。由此特别良好地保护间距传感器25。电子构件可完全包封在支脚13a,13b中，例如通过将该电子构件灌入到插入件17的塑料中。在插入件17中，在支脚13a,13b的自由端部的区域中还可设置带有推入缝口的空穴。在将电子构件27,29,31推入到空穴中之后，可例如通过浇灌该推入缝口来封闭推入缝口。通过金属夹具19在外面包围插入件17并且可用作保护板，加强电子构件27,29,31的保护。

在根据图5的实施方式中，磁性的间距传感器25通过涡流传感器33和导电的金属板35实现。涡流传感器33的测量原理基于，线圈被高频交流电通流。如果将传导性的材料、例如金属板35引入到线圈的磁场中，便出现涡流，其可作为线圈的提高的功率消耗被测量。金属板35离涡流传感器33越近，线圈的功率消耗就越高。优选地带有罐形芯(topfkern)的线圈安置在支脚13a或13b的自由端部中。罐形芯在一侧闭合，由此阻止磁场可不受阻碍地从背离金属板的这侧逸出。同样在该实施方式中涡流传感器与电路板37连接。

在电路板31或37上布置有能量源、优选地纽扣电池47和发送器45，该能量源与同样布置在电路板31,37上的微处理器连接。在发送器45和微处理器41之间优选地插入有发送模块43(图6)。尽管可设想的是，发送器以每种无线标准发送并且还可接收数据，但是省电的无线标准是优选的，该无线标准仅发送数据并且这不是持续的，而是仅在确定的时间间隔中(单路通讯)。作为无线标准因此提供有蓝牙4.0，其实现了低能量运行方式。

为了配置和校准电子带应力指示器23设置成，发送模块43或发送器45可转换到双路通讯中。对此霍尔传感器27通过外部的电交变场激励并且将发送模块43或发送器45转换到双路通讯中，在该双路通讯中发送器45可同样接收数据。数据接收(例如为了配置和校准)通过无线实现。由此可省略接口并且电子构件可完全包封地且与之相应良好地被保护地集成在支脚13a,13b中。

取决于两个支脚13a,13b彼此的间距20，电子带应力指示器23可位于不同的模式中。如果指示器23不处于使用中并且不存在带应力，指示器23转换到“沉睡模式”中。指示器23便断开并且发送器完全不发送。如果带应力被施加到指示器23处，则指示器23变换到“激活模式”中，在该“激活模式”中发送器以确定的时间间隔发送数据，该数据反映了两个支脚13a,13b的间距20以及与之相应的带应力。指示器23也可置于到“睡眠模式”中，在该“睡眠模式”中发送间隔被延长，由此可节省能量。当在较长的时间上获取恒定的带应力时，指示器23被置于到该模式中。例如发送器就仅仅在每30-60秒发送一个数据信号。在各个运行模式之间的变换可同样通过上述的外部的交变场的施加实现。在此霍尔传感器27通过外部的交变场激励作为接收通讯接口起作用，以便可在不同的运行模式之间切换。

指示器的识别码可通过以下方式分配，即该指示器利用张紧带的rf标签或条形码通讯。优选地在张紧带的每个带套环处布置有指示器23。如果张紧带在装载物处被夹住并且仅仅一侧被张紧，则该故障由多个指示器23中的一个识别，因为不是所有的指示器示出了足够的带应力。

在图6中示出了带有霍尔传感器27的指示器23的框图。由霍尔传感器27产生的模拟的测量信号取决于永磁体29的间距20。为了转变成数字的数据，提供有模数转换器39，其将数字的数据传递到微处理器41处。微处理器41将数据传递到发送模块43处。发送模块43可如上述那样是蓝牙4.0发送模块。然后数据可从发送器45发送到接收器处。

通过微处理器41也能接通和切断霍尔传感器27的电流供应。由此可通过微处理器控制，霍尔传感器是否激活。

无线地通过无线传输到接收单元处的数据信号可通过接收单元可视化。接收单元适宜地包括接收器、显示器、到可用的电流供应处的联接部和微处理器。例如在载重汽车的驾驶员舱中，固定多个装载物的张紧带的应力状态可在显示器工具(屏幕)上示出。应力状态可例如通过动态的条形图可视化或在应力损失时可以以视觉的或听觉的信号的设计触发警报。用于与中继器连接的接口属于接收单元的适宜的另外的功能块，该中继器将指示器的无线信号传递到接收单元，并且用于与lkw的速度计信号相连接。

除了张紧带的应力状态之外，接收单元可同样访问和可视化带应力指示器23的另外的参数。其中包括指示器23的电池电压、在时间间隔中的带应力的最小值和最大值、或指示器23的生产日期。此外可存在gps接收器和usb接口。通过载录gps位置，保证了载录的不中断的可追踪性。

优选地接收单元具有两个蓝牙le(低能量)模块。由此接收单元可与智能手机连接。如果智能手机与接收单元连接，则整个的装置因此将操作以及数据在智能手机上目视化。系统的实际操作因此通过智能手机产生。第一蓝牙le模块设计为主设备(master)并且与指示器和中继器通讯。第二蓝牙le模块设计为从设备(slave)并且与智能手机通讯。

接收单元还可用于多个张紧带的拉应力的记载或记录。对此在数据存储器中的传输的数据信号永久地载录在接收单元的存储器中。因此可实时获取所抓住的张紧带的应力状态。例如应力状态的数据可在外部的usb棒上作为pdf数据传递。同样可设想的是，数据直接地以不可改变的数据格式保存在usb棒上。使用的张紧带的记载的拉应力可因此在每个pc上且随时读取。

插图说明

11机械的带应力指示器

13a,13b第一和第二可形变的支脚

15基底

17由塑料组成的插入件

19金属夹具

20在支脚之间的间距

21销眼

23电子的带应力指示器

25磁性的间距传感器

27霍尔传感器

29永磁体

31电路板

33涡流传感器

35金属板

37电路板

39模数转换器

41微处理器

43发送模块

45发送器

47纽扣电池