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Vorrichtung zur passiven und energieautarken Distanzermittlung von bewegten Objekten


Kurzfassung

Die Erfindung zielt auf ein vollkommen energieautarkes Verfahren zur Wegstreckenbestimmung ab. Dabei erfolgt die Zeitmessung und Integration innerhalb der fluidischen bzw. mechanischen Domäne. Die Vorrichtung erlaubt so eine passive Distanzermittlung ohne externe Referenz und ohne elektrische Energie.


Hintergrund

Zur Erfassung der zurückgelegten Wegstrecke von Prüfobjekten kommen häufig Trägheitsnavigationssysteme (INS – Inertial Navigation System) zum Einsatz. Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors ermitteln diese Systeme zunächst die einwirkende Beschleunigung und berechnen durch doppelte zeitliche Integration die zurückgelegte Strecke des Prüfobjektes. Dabei wird die zeitliche Integrationsberechnung i.d.R. elektronisch umgesetzt, sodass zur Wegstreckenbestimmung stets elektrische Energie notwendig ist.


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Lösung

Die hier vorgestellte Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer zurückgelegten Strecke durch doppelte zeitliche Integration der Beschleunigung.

Im Ausführungsbeispiel besteht die Vorrichtung aus einer dämpfungsgelagerten seismischen Masse und einem steuerbaren Zeitgeber (hier eine Kapillare mit einstellbarem Ventil), der mit der seismischen Masse gekoppelt ist. Sobald eine äußere Beschleunigung auf die Vorrichtung einwirkt, entsteht proportional zur Beschleunigung eine Kraft an der seismischen Masse, die diese auslenkt. Die Position der Masse ist sowohl abhängig von der Höhe als auch von der Dauer der Beschleunigungseinwirkung. Aufgrund der gedämpften Lagerung verweilt die seismische Masse auch dann noch in ihrer Position, wenn die Beschleunigungseinwirkung abklingt und sich das Prüfobjekt mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt.

Erst beim Abbremsen wird die Prüfmasse wieder in ihre Ursprungsposition verschoben. Die Position der seismischen Masse bildet so die Geschwindigkeit des Prüfobjektes ab und stellt damit eine erste zeitliche Integration der Beschleunigung dar. Die zweite zeitliche Integration erfolgt am steuerbaren Zeitgeber. Dieser besteht aus einer Kapillare die abhängig von der Öffnung eines Ventils kontinuierlich mit einer Flüssigkeit befüllt wird. Je mehr Zeit vergeht und desto weiter das Ventil geöffnet ist, desto schneller befüllt sich die Kapillare. Dabei wird die Ventilstellung über die Position der seismischen Masse und damit über die aktuell einwirkende Geschwindigkeit des Prüfobjektes gesteuert. Bewegt sich das Prüfobjekt schnell, so ist das Ventil weit geöffnet und der Füllgrad der Kapillare steigt rasch an. Ist die Geschwindigkeit gering, so gelangt wenig Flüssigkeit in die Kapillare. Der Füllstand innerhalb der Kapillare repräsentiert somit das Ergebnis einer zweiten zeitlichen Integration der Beschleunigung, folglich die zurückgelegte Strecke des Prüfobjektes.


Vorteile

Durch den weitgehenden Verzicht auf elektronische Komponenten sowie auf eine degenerative Energiequelle (Batterie), eignet sich das Verfahren besonders zur kostengünstigen Distanzabschätzung von transportierten low-cost Produkten bei denen der Sensor in Form eines Aufklebers montiert wird und die zurückgelegte Distanz beispielsweise über RFID ausgelesen wird.


Anwendungsbereiche

Mögliche Anwendungsszenarien finden sich vor allem im Versandhandel und in der Logistikbranche zur Überwachung von transportierten Gütern.

Weiterhin kann mit dem Verfahren eine separate und ggf. verdeckte  Kontrolle der tatsächlichen Kilometerlaufleistung von Fahrzeugen erfolgen und eine Manipulation von Kilometerständen nachgewiesen werden. Diese Information ist vor allem für Kfz-Versicherer sowie für den Automobil-Gebrauchtwarenmarkt wichtig. Zur Wertsteigerung gebrauchter Kraftfahrzeuge werden in Deutschland heute in großem Stil Kilometerstände illegal manipuliert. Nach einer aktuellen Studie ist von solchen Manipulationen fast jedes dritte gebrauchte Fahrzeug betroffen, wobei jährlich einen Schaden von ca. 6 Milliarden Euro entsteht.


PATON | Patentmanagement Thüringer Hochschulen

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Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • DE 10 2019 113 891.4 anhängig

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen