具有监测器的旋拧连接装置的制作方法

离合器装置在轨道车辆上的联接主要通过旋拧连接装置行驶的固定装置实现。离合器装置本身由多个单独组件组成，这些组件也借助旋拧连接装置相互连接。附加组件通常也通过旋拧连接装置与离合器装置相连。此外，旋拧连接装置也用于构件的直接连接或者构件相互固持。例如拉杆相对于另一个构件通过锁紧螺母形式的锁紧元件锁紧。为此，旋拧连接装置包括承载螺纹的元件，该元件被称为螺栓元件；还包括对应元件，该对应元件例如设计为螺母或者由构件构成。在此，螺栓元件可以设计为螺栓，其中，在其形式和设计方面没有限制。然而设计为带有承载螺纹的局部区域的螺栓也是可以想到的。这种旋拧连接装置承受非常高的载荷，尤其因为旋拧连接装置在力线中用于传输拉力和压力并且也承受其他影响、例如颤振。对这种旋拧连接装置的监测通常通过光学或者视觉检查进行。为此，例如在其中一个元件上、尤其螺栓元件或者螺母上布置标记并且将元件的初始位置作为参考位置，参考位置以确定的预定义的时间间隔检查，并且以此显示旋拧连接装置的两个元件的位置改变。在此的问题在于旋拧连接装置的监测，旋拧连接装置或者是不能自由触及的，因为旋拧连接装置通过其他构件安装，使得旋拧连接装置是不可见的。同样有问题的是，对虽然能自由触及但是由于较高的安全相关性而应被持续监测的旋拧连接装置的监测，这是不能用人工进行的视觉识别实现的。在多种旋拧连接装置中由于其布置方式和设计也使得难于将监测自动化，因为需要的传感器布置不能直接实现，或者说构件为此必须特殊地在周围中容纳传感器。在此，另一个问题在于向已经存在的系统中加装的可行性。

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种旋拧连接装置，其具有监测器，用于在具有这种旋拧连接装置的系统运行时进行连续监测。在此应实现的是，提前识别并用信号表示旋拧连接装置上的变化，以便能着手进行预防性措施。尤其改进用于在轨道车辆的离合器系统的联接中的和用于轨道车辆的离合器系统的联接应用的旋拧连接装置，使得即使在难以接触各个旋拧连接装置的情况下也能实现最佳的监测，并且监测器能以较低的耗费加装。

按照本发明的解决方案通过权利要求1和14的特征表示。有利的设计方案记载在从属权利要求中。

一种旋拧连接装置，由承载沿纵轴线延伸的螺纹的元件、尤其螺栓元件和对应元件构成，所述旋拧连接装置具有用于监测旋拧连接装置的完好性的监测器，所述监测器包括探测装置，所述探测装置设置用于探测旋拧连接装置的元件相对彼此或者相对于基准元件的偏转和/或偏移，按照本发明的特征在于，所述探测装置具有至少一个布置或集成在旋拧连接装置的一个元件、即螺栓元件或对应元件上的发送器和用于探测发送器或者发送器信息的传感器，并且所述传感器固定在遮盖件上或内，所述遮盖件配属于发送器在旋拧连接装置的元件上的布置区域，其中，所述遮盖件不随动地与旋拧连接装置的一个元件、即螺栓元件或对应元件相连。

术语承载螺纹的元件、尤其螺栓元件理解为一种元件，该元件具有沿纵轴线延伸的柱形或者空心柱形的区域，该区域至少在该区域沿纵向的延伸段的局部区域上构造有螺纹。按照设计和使用目的，螺栓元件设计为螺栓，该螺栓由螺栓头和杆部或者销栓或者螺纹杆构成，所述螺栓至少在该螺栓沿纵向的延伸段的局部区域中承载有螺纹。螺栓元件的功能也可以由功能组件、例如拉杆或者拉伸杆承担。

术语对应元件理解为一种构件，该构件构成由旋拧连接装置实现的螺旋对的第二元件。对应元件可以是螺母形式的锁紧元件或者其他构件，锁紧元件或者其他构件具有相对于螺栓元件互补地设计的和设计用于与螺栓元件配合作用的螺纹。

螺栓元件和对应元件分别承载螺纹区域。在此，分别有一个元件(螺栓元件或者对应元件)具有外螺纹，并且另一个元件(对应元件或者螺栓元件)具有与此互补的内螺纹。

按照本发明，术语“不随动”意味着固定、定位或者连接，使得两个待连接构件、尤其在遮盖件和旋拧连接装置的一个元件之间不能相对运动地连接。

按照本发明的解决方案的优点是，通过设置遮盖件用极低耗费实现传感器简单的可自由选择的定位。在此，需要的传感器的定位可以与旋拧连接装置的环境设计无关地进行。传感器在配属于旋拧连接装置的和与旋拧连接装置的元件相连的遮盖件中或者遮盖件上的布置优点在于构建一种监测器，该监测器一方面可以简单地加装到现有系统、机组或者构件单元中，并且还允许在相应构件运行中的持续监测。因为，遮盖件通常不必特别占用空间地设计，所以该遮盖件也可以用于不能自由触及的旋拧连接装置。

在遮盖件的设计方面存在多种可行方案。所述遮盖件优选设计用于沿围绕螺栓元件的纵轴线的周向和沿纵向至少超出发送器的布置区域的延伸区域地、在与发送器形成间距的情况下包围发送器的布置区域。利用该设计方案对发送器针对环境影响进行保护。

根据遮盖件的几何设计和/或所选材料，该设计方案还提供的优点是，将旋拧连接装置和监测器的重要组件(发送器和传感器)相对于环境影响屏蔽。因此优选选择用于发送器和传感器的布置区域的封装的传感器。这尤其在诸如轨道运行车辆的离合器装置的使用情况中是有利的，因为该离合器装置除了承受天气影响之外通常也承受不是最佳的环境影响、例如灰尘等。

为此在有利的设计方案中，所述遮盖件由帽状元件构成，所述帽状元件是单侧开口的并且构成至少一个内腔，以便包围发送器在螺栓元件或对应元件上的布置区域并且容纳传感器，所述帽状元件在开口侧的端部区域上具有用于与螺栓元件或对应元件连接的连接区域。

在遮盖件和旋拧连接装置的一个元件、即螺栓元件或对应元件之间的不随动的连接部设计为优选从下组连接中选出一种连接或者多种连接的组合：

-材料接合的连接、优选粘接的形式；

-摩擦接合的连接、优选挤压连接的形式；

-形状接合的连接、优选插接连接或卡锁连接的形式。

在特别有利的设计方案中，所述遮盖件和旋拧连接装置的一个元件、即螺栓元件或对应元件之间的不随动的连接部设计为可松脱的连接部。在需要时，这实现了无需损坏遮盖件或者连接就能触及旋拧连接装置和遮盖件以及布置在遮盖件上或者遮盖件内的传感器的再次使用。

在监测器的一种特别有利的设计方案中，各个发送器可松脱地固定在旋拧连接装置的一个元件、即螺栓元件或对应元件上，和/或传感器可松脱地固定在遮盖件上或内。在此的优点在于可更换性、尤其当替换为按照其他物理原理的监测系统时或者故障时。当更换时不考虑再次使用时，就尤其选择不可松脱的连接。

在所使用的发送器和传感器的种类和用于探测的方法方面没有限制。优选地使用无接触式作用的发送器/传感器单元。因此在将相应传感器定位到遮盖件中时对尺寸精度的要求就不太高。

在第一设计方案中，所述发送器设计为光学发送器、尤其是安装在旋拧连接装置的一个元件、即螺栓元件或对应元件上的标记、色轮或者色标，并且所述传感器由光学传感器构成。

在第二设计方案中，所述传感器设置用于基于场无接触地探测所述发送器，其中，所述发送器和传感器优选按照下述设计方案之一设计：

-所述发送器包括用于提供磁场的永磁体并且所述传感器包括磁场传感器；

-所述传感器包括用于提供电磁场的线圈并且所述发送器包括用于影响该电磁场的元件；

-所述传感器包括电压源并且所述发送器包括介电元件。

在第一变型设计方案中进行磁性的确定。为此发送器可以包括用于提供磁场的永磁体并且传感器包括磁场传感器。磁场传感器可以设计为有源的、例如设计为霍尔传感器，或者可以设计为无源的，例如设计为簧片继电器。只要传感器被带到发送器处，磁场就可以被简单和可靠地探测。在另一种实施方式中可以规定磁性的导引元件，以便在传感器区域中形成磁场，从而只要没有进行解析，则磁场在传感器区域中是增强的。

在第二变型设计方案中进行电感的确定。为此传感器可以包括用于提供电磁场的线圈并且发送器包括用于影响该电磁场的元件。发送器尤其可以包括软磁性的元件，以便形成电磁场，使得在传感器区域中的场强或者线圈的电能消耗在存在发送器的情况下可以被影响。通常，线圈用交流电通电启动，其中，传感器可以包括电源或者电源设计在外部。电磁场优选基于流过线圈的电流或者加载在线圈上的电压确定。然而，在另外的实施方式中，也可以规定专用的传感器用于确定电磁场。

在第三变型设计中进行电容的确定，其中，传感器优选包括电压源并且发送器包括介电元件。在此，在传感器和发送器之间存在电场，该电场的场强被介电元件影响并且尤其被增强。若发送器脱离传感器，则尤其在电压源的接线端之间电容改变，这种改变可以借助合适的评估装置确定。传感器可以包括该评估装置或者评估装置设计在外部。

按照特别有利的改进设计，设有形式为磁场传感器的另外的传感器，用于旋拧连接装置的元件相对彼此的绝对的位置确定。

在螺栓元件和对应元件的设计方面存在多种可行方案。在第一变型设计中，所述对应元件由螺母构成，并且所述发送器优选布置在螺栓元件的杆端部上、尤其杆的端侧上，其中，所述遮盖件与螺母不随动地相连。

第二变型设计的特征在于，所述螺栓元件由螺栓构成，并且所述对应元件由具有内螺纹的基体构成，其中，所述发送器布置在螺栓头部上、尤其端侧或者外周面上，并且所述遮盖件与所述基体相连。第三种可行的变型设计的特征在于，所述发送器固定在螺母形式的对应元件上或者基体上，并且所述遮盖件固定在螺栓元件上。所有实施方式的优点在于，遮盖件与集成的或者安装的传感器作为整体单元能够插接。这例如可以作为预安装的结构单元提供。

在另外的改进方案中，所述监测器包括用于监测旋拧连接装置的周围环境的至少一个另外的传感器。这种传感器同样可以以简单的方式被遮盖件容纳或者布置在遮盖件上。遮盖件为此可以例如具有用于额外的传感器的额外地准备好的容纳区域或者布置区域。按照特别有利的设计方案，为了标准化地实施遮盖件，遮盖件设计为具有多个准备好的布置区域。分别按照发送器的布置方式和相对于发送器的配属方式，这些布置区域能在安装位置中被传感器占据。

各个传感器的供能可以在局部通过电池或者蓄电器和/或在用于列车离合器的情况中通过列车的供电装置或者通过系统的供电装置进行。供能还可以通过能量获取(energieharvesting)进行。

所述传感器可以尤其设置用于与电气的评估装置进行连接，方法是，所述传感器提供信号，该信号表明相对于旋拧连接装置的额定状态的偏差(在螺栓元件和对应元件之间沿纵向和/或周向的位置变化)。评估装置可以是控制装置的组成部分，但是也能集成到用于对旋拧连接装置进行监测的构件组的上级控制系统和/或调节系统中。

特别有利的是，将按照上述权利要求之一的上述具有监测器的旋拧连接装置连同布置在遮盖件中或者遮盖件内的传感器使用在离合器装置中、尤其使用在轨道运行车辆的中心缓冲击离合器中，用于连接和/或紧固离合器装置的构件、将离合器装置联接到轨道运行车辆上和/或将接头构件与离合器装置相连。在轨道运行车辆中的应用甚至在交通运输工具的运行中也实现了对旋拧连接装置的元件彼此相对运动的持续和自动的监测和识别。可以取消费事的人工检查，并且可以比较快地对影响安全的连接部出现的故障做出反应。

对旋拧连接装置的监测的特别有利的应用情况是，螺栓元件由拉杆构成并且对应元件由锁紧螺母构成。

下面根据附图阐述按照本发明的解决方案。在附图中：

图1a示例性示出第一设计方案中具有监测器和遮盖件的旋拧连接装置；

图1b以向螺栓头的端侧上的视图示出发送器的布置方式；

图1c以三个视图示出遮盖件的设计；

图2示例性示出第二设计方案中具有监测器和遮盖件的旋拧连接装置；

图3示例性示出按照图2的旋拧连接装置，其具有按照改进方案的遮盖件；

图4示例性示出按照图1a的旋拧连接装置，其具有按照改进方案的遮盖件；

图5示出旋拧连接装置的设计方案连同遮盖件的备选固定方式。

图6示例性示出用于在轨道车辆中使用的旋拧连接装置，其尤其构造在拉杆和锁紧螺母之间。

图1a以很大程度简化的示图示出旋拧连接装置1，旋拧连接装置1由螺栓元件2和对应元件3构成，在第一设计方案中旋拧连接装置具有监测器4。螺栓元件2通过沿纵向的延伸段表示。纵轴线用l表示。在此，这种旋拧连接装置1例如用于两个构件、在此即构件7和8的连接或者紧固。在所示情况中，螺栓元件2以其杆部5分别延伸穿过构件7、8的通孔9和10，并且借助螺母形式的对应元件3相对于构件7和8锁紧。螺栓头部支撑在构件7的端侧11上，通过对应元件3进行锁紧，对应元件3将两个构件7、8相互紧固。对应元件3布置在构件8上的背离端侧11的端侧12上。在此，螺栓杆部5超出相互连接的构件7和8。为了实现对旋拧连接装置1的完整监测，设有监测器4。监测器4包括探测装置，探测装置设置为检测旋拧连接装置的两个元件(螺栓元件2和/或对应元件3)的偏转和/或轴向偏移。为此，探测装置具有在旋拧连接装置1的元件上、在此在螺栓元件2上、优选在端面13上、在杆部5的端部区域布置的发送器14。探测装置还包括至少一个传感器15用于检测下述量值的至少一个：

-至少间接表征发送器14的状态或者特性的量值；

-至少间接表征发送器14的位置的量值；

-至少间接表征发送器14的信号强度的量值。

传感器用15表示，主动的传感面用15a表示。

为了在螺栓元件2的端部自由伸出时还能实现监测，而将传感器15布置在遮盖件17上或者遮盖件17内，优选布置在设在遮盖件17的内周面16上的布置区域中。在此，遮盖件17与旋拧连接装置1的元件(螺栓元件2或者对应元件3)、在此与螺母6形式的对应元件3连接。沿围绕螺栓元件2的纵轴线l的周向观察，遮盖件17包围发送器14在螺栓元件2上的布置区域24，并且沿纵向至少位于发送器14在螺栓元件2上的布置区域之上。遮盖件17以此包围旋拧连接装置1的端部区域、尤其旋拧连接装置1的自由突伸超出相互连接的构件7、8的部分。

优选地，遮盖件17由帽状元件18在形成内腔19的情况下构成，帽状元件18在旋拧连接装置1的元件、在此即对应元件4上不随动地固定。内腔19设计用于包围发送器14的布置区域24并且还用于容纳传感器15。帽状元件18为此通过壁区域表示，该壁区域沿围绕纵轴线l的周向至少在布置区域24的延伸段上延伸。帽状元件18为了在内腔19中容纳布置区域24和传感器15还设计为在端部区域20处开口。在该端部区域中，帽状元件具有连接区域26。连接区域26用于容纳或者构造用于共同作用的连接装置，并且用于构成帽状元件18与对应元件3、在此即螺母6的不随动的连接部21。为了保护传感器15不受污染和为了布置传感器15，帽状元件18在远离连接部1的端部区域上设计为封闭的。

帽状元件18可以设计为各种形式。在最简单的情况中，壁区域设计为在对应元件3的固定区域中在固定在对应元件3的外周面上时在内周面方面互补于对应元件3的外周面。帽状元件18在此情况中沿轴向插套到对应元件3上。连接部21可以通过选择配合度而设计为挤压连接，优选连接部21通过粘接实施为材料接合的连接。以此，在对应元件和遮盖件17之间的相对运动沿纵向和沿周向都能更可靠地避免，就是说遮盖件17与对应元件3不随动地连接。还可以想到的是，在连接区域26中帽状元件的内周面与对应元件3的外周面之间的配合设计为产生挤压配合。另一种可行方案是，连接部21通过形状配合实现。

由帽状元件18构成的遮盖件17例如在图1c中以三个视图给出。可以看到在内周面16上的壁型廓相对于对应元件3的外圆周互补的设计。

传感器15优选相对于发送器14无接触地布置，优选以一个间距与发送器14相对置。在所示情况中，以特别有利的方式布置在帽状元件18的底部22。在此，通过在帽状元件18上相应的通孔23进行供能和/或传感器与用于传送和评估检测到的量值的相应装置、在此即评估装置25相耦连。该耦连用28表示。评估装置25还可以光学地或者声学地或者以其他方式实现显示旋拧连接装置的元件彼此相对运动情况的功能。评估装置可以是配属于相应构件组的控制装置和/或调节装置的组成部分。

在发送器14的设计方面存在多种可行方案。发送器14可以是光学发送器、例如形式是施加在螺栓元件2、尤其端侧13上的标记或者色轮或者色标。发送器14还可以实施为磁性或者电容的。传感器15然后进行位置确定。若旋拧连接装置1的元件、尤其螺栓元件2偏转，则发送器14相对于传感器15的位置改变，使得传感器15可以确定这种变化并且可以将该变化报告给上级装置、例如控制装置。

图1a以简化示意图示出监测器4借助布置在遮盖件7中的发送器14和传感器15在旋拧连接装置1上的布置，图2示出在螺栓元件2的螺栓头部上的监测。螺栓元件2在所示情况中旋拧到对应元件3中。为了探测相对于对应元件3的偏转，螺栓头部在螺栓头部垂直于纵轴线定向的端面27上配有发送器14。与发送器14配合作用的传感器15的布置类似于在图1a中所述设计方案地通过布置在遮盖件17上或者遮盖件17内实现，遮盖件固定在对应元件3上。所述固定可以摩擦接合地或者形状接合地也可以材料接合地进行。作用方式类似于在图1a至1c中的作用方式。

图1和图2示出帽状元件18形式的遮盖件17的简单的设计方案。遮盖件17或者在按照图2的设计方案中空心柱式地设计，或者如图1至少在内周面16上适配于对应元件3的轮廓，并且通过连接装置21连接在对应元件3的端侧上或者外周面上。

图3示出在旋拧连接装置1按照图2的安装情况中监测器4的发送器14和传感器15的备选的布置方式。在此，遮盖件与旋拧连接装置的元件的连接区域26和由传感器15和发送器14构成的单元沿径向错移地布置，然而优选在沿纵轴线的延伸段的轴向延伸区域中错移地布置。在此，螺栓元件2也以纵轴线l延伸穿过在对应元件3上的承载螺纹的通孔29，或者说螺栓元件2在对应元件3上锁紧。对应元件3可以是基体或者也可以是其他构件、例如构件等的壁区域。螺栓头部贴靠在基体的或者说对应元件3的端侧上。遮盖件17在此与螺栓头部30相连，并且遮盖件17设置为包围用于探测布置在对应元件3上的发送器的发送器信息的传感器15。为此，遮盖件17设计为，遮盖件17具有用于与螺栓头部30连接的连接区域26，并且还具有另外的区域31，另外的区域31用于布置传感器以及用于在安装到螺栓头部30上时容纳或者说包围发送器14。在此，发送器14在基体的或者说对应元件3的端侧32上沿相对于螺栓元件2的纵轴线l的径向安装在螺栓头部30的外部，优选安装在具有螺栓头部30在基体的或者说对应元件3的端侧32上的贴靠面的平面中。为此，遮盖件17包括两个壁区域，即第一壁区域和第二壁区域，其中，第一壁区域布置在用于容纳螺栓头部30的第一内腔19.1与第二内腔19.2之间，第二内腔19.2沿相对于遮盖件17的纵轴线l的径向处于比第一内腔更大的直径处。第二内腔19.2用于容纳发送器14和传感器15。遮盖件17与螺栓头部30的连接部21例如通过粘接、即材料接合实现。可以想到其他设计方案、例如通过摩擦接合或者形状接合，然而取决于遮盖件和螺栓头部30的利用挤压配合或者利用附加的连接元件的相应的设计方案。优选地，遮盖件17设计为能通过连接区域26插套到螺栓头部30上。

发送器314在此布置在对应元件3上、尤其端侧32上。

相反地，图4示出按照图3的遮盖件17在按照图1的旋拧连接装置1的设计中使用的设计方案。该设计方案可以用于定位额外的发送器。为此，遮盖件17在此也构成两个内腔19.1、19.2，两个内腔分别用于沿围绕纵轴线l的周向包围发送器14在旋拧连接装置1的元件上的布置区域24，以及用于相对于发送器14布置或者配设传感器15，以便探测螺旋对件的元件之间的相对运动。其他的另外的传感器33在此布置在构件8上并且与构件8相连。连接部可以摩擦接合地或者形状接合地或者材料接合地或者以这些接合的组合实现。利用传感器33可以监测构件7。

图5示出发送器和传感器在螺栓元件和对应元件或者说遮盖件上在按照图1的情况中的备选的布置方式，即在旋拧连接装置1的杆部5的端部区域中，旋拧连接装置1通过螺母6形式的锁紧元件锁紧。在此，遮盖件17在对应元件3上固定，而是在螺栓元件2上固定，其中，所述固定通过延伸穿过螺栓元件、尤其穿过螺栓杆部垂直于纵向延伸的开口销实现。发送器14布置在对应元件3上、尤其螺母6的外周面上，同时传感器15安装在遮盖件17上与对应元件3对置的面上，就是说不是安装在底部区域上，而是在对应元件3的沿周向合围发送器14的布置区域24的区域中。

图6示例性示出按照图1的设计方案，其中，螺栓元件2由拉伸杆或者拉杆构成，并且对应元件3由锁紧螺母构成，其中，拉伸杆导引穿过基体并且将基体相对于另一个在此未示出的构件紧固。

按照本发明的解决方案不限于在图1至图6中示出的设计方案。此外，按照本发明的解决方案包含所有特征为将发送器14布置在旋拧连接装置1的元件(螺栓元件2或者对应元件3)上的设计方案，其中，发送器14的布置在一种区域中进行，该区域在正常情况中是一端固定的，因此检测发送器信息的传感器15在遮盖件17上或者遮盖件17中进行，遮盖件17设计为沿周向包围发送器14的布置区域24并且还与旋拧连接装置1的元件(螺栓元件2或者对应元件3)不随动地连接。连接部21可以设计为摩擦接合、形状接合或者材料接合。在这方面没有限制。优选选择可拆卸的连接部。这种连接部就设计为摩擦接合或者材料接合。为了保证隔绝的牢固的密封，优选备选地或者附加地使用材料接合的连接。

附图标记列表：

1旋拧连接装置

2螺栓元件

3对应元件

4监测器

5杆部

6螺母

7构件

8构件

9通孔

10通孔

11端侧

12端侧

13在螺栓元件/杆部的端部区域上的端面

14发送器

15传感器

16内周面

17遮盖件

18帽状元件

19内腔

19.1、19.2内腔

20端部区域

21连接部

22底部

23通孔

24布置区域

25评估装置

26连接区域

27螺栓头部的端面

28连接端

29在对应元件上的通孔

30螺栓头部

31区域

32端侧

33另外的发送器

34传感器

l纵轴线