DE102005015688A1

DE102005015688A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Daten betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen

Info

Publication number: DE102005015688A1
Application number: DE200510015688
Authority: DE
Inventors: Udo Spindler
Original assignee: BORRIES MARKIER-SYSTEME GmbH; Borries Markier Systeme GmbH
Current assignee: BORRIES MARKIER-SYSTEME GmbH; Borries Markier Systeme GmbH
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2006-10-12
Also published as: DE202005021750U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Daten, betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor, der als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist zur Messung der Vorspannkraft in einem Verbindungselement; einen Datenträger, der ebenfalls als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist und der Markier-Daten zur Identifizierung des Verbindungselements enthält; und ein Mittel für die Zuordnung der gemessenen Vorspannkraft zu den Markier-Daten eines bestimmten Verbindungselements. Die Erfindung beschreibt weiterhin auch ein analog nachgebildetes Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erfassung von Daten betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen. Die Vorrichtung bzw. das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft für die Erfassung der Vorspannkraft von Schrauben und für die Protokollierung der Vorspannkraft auf oder in Verbindung mit einer bestimmten Schraube.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vorrichtung der Firma PFW-Technologies GmbH in Speyer zur Erfassung der Montagedehnung bzw. der Vorspannkraft in Schraubverbindungen bekannt, in der ein Permanent Mounted Transducer (PMT) System zum Einsatz gebracht wird. Dabei kann in einer handelsüblichen Schraube, die mit einem PMT-Sensor ausgestattet wurde, die Vorspannkraft mit Ultraschall in der Serienmontage exakt gemessen werden.
Beim PMT-System wird ein Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements, nämlich des Schraubenkopfes, mittels eines Plasmaverfahrens bereitgestellt. Daher ist der Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor extrem beständig gegenüber äußeren Einwirkungen.
Mit dem PMT-System können Unsicherheiten der Ultraschalleinkoppelung eliminiert werden.
Im Impuls-Echo-Verfahren wird das eingekoppelte Ultraschallsignal der Ultraschallwelle von dem Dünnschichttechnik-Sensor gegenüberliegenden Ende des Schraubenkopfes reflektiert. Der Laufzeitunterschied im verschraubten Zustand ist direkt proportional zur Vorspannkraft.
Der Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor wird über ein Messstift, der mit einem Ultraschallgenerator verbunden ist und der in einem Schlüssel eingebaut wird, angeregt. Die reflektierte Ultraschallwelle wird einem Ultraschallmessgerät zurückgeführt, der mit dem Ultraschallgenerator integriert sein kann. Somit entsteht ein geschlossener Messaufbau und der Schlüssel wirkt als Drehmomentschlüssel.
Im Ultraschallmessgerät wird das Messsignal ausgewertet und der direkte Wert der aktuellen Vorspannkraft im Display angezeigt. Durch die spezielle Aufbringungsart des Dünnschichttechnik-Sensors ist es möglich, longitudinale und transversale Ultraschallwellen gleichzeitig zu erzeugen.
Die Erfassung der Vorspannkraft von Schrauben mit dem PMT-System erlaubt sehr hohe Genauigkeiten verglichen mit herkömmlichen Drehmoment-Systemen und hat zahlreiche Einsatzmöglichkeiten im Kraftfahrzeug-, Eisenbahn- und Anlagenbau, in der chemischen Industrie, der Luft- und Raumfahrt aber auch in der Schiff- und Energieanlagenherstellung.
Darüber hinaus ist es erforderlich, die Vorspannkraft einer Schraube in kritischen Anwendungen, wie z. B. Luft- und Raumfahrt, zu protokollieren und dieser bestimmten Schraube zuzuordnen.
Üblicherweise werden Schraubenköpfe mit Markierungen vorgesehen, die in Form einer eingravierten oder eingeritzten Klarschrift im montierten Zustand der Schraube sichtbar sind. Das Verwenden der sichtbaren Markierungen in Klarschrift ist jedoch für eine automatisierte Erfassung und Protokollierung bzw. schraubenspezifischen Zuordnung der Messwerte der Vorspannkraft nicht geeignet.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die/das die Nachteile des Standes der Technik beseitigt und eine automatische Erfassung und Protokollierung bzw. spezifische Zuordnung der Messwerte der Vorspannkraft an einem Verbindungselement gestattet.
Diese und weitere der nachstehenden Beschreibung zu entnehmenden Aufgaben werden von einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren gemäß den anliegenden Ansprüchen gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die Wirkungsweise verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen die vorliegende Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung weiterhin dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären und einem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Dabei zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Schraube mit einem daran angebrachten PMT-Sensor und einem Datenträger mit Markier-Daten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Draufsicht des Schraubenkopfes mit einem daran angebrachten PMT-Sensor und einem Datenträger mit Markier-Daten gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Seitenansicht einer Schraube mit einem daran angebrachten PMT-Sensor und einem Datenträger mit Markier-Daten gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Seitenansicht einer Schraube mit einem daran angebrachten PMT-Sensor und einem Datenträger mit Markier-Daten gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
5 eine schematische Seitenansicht einer Schraube mit einem daran angebrachten PMT-Sensor und einem Datenträger mit Markier-Daten gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird in einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht, worin in bekannter Weise eine Schraube 1 mit einem PMT-Sensor 3 in ihrem Kopfbereich 2 ausgestattet ist. Weiterhin wird in 1 ein herkömmlicher Messstift 4 gezeigt, der ebenfalls in bekannter Weise mit einem passenden Ultraschallmessgerät/Ultraschallgenerator 5 verbunden ist, um eine Erfassung der Vorspannkraft an der Schraube 1 in Längsrichtung zu ermöglichen. Eine longitudinale Ultraschallwelle einschließlich ihrer Reflektion wird mit Bezugszeichen 6 bezeichnet. Der Messstift 4 wird in einem nicht gezeigten Schlüssel oder Werkzeug, der bzw. das formschlüssig in den Schraubenkopf 2 eingreifen kann, integriert.
Erfindungsgemäß wird ein Datenträger 7 in Form eines RFID-Chips am Schraubenkopf 2 seitlich vom PMT-Sensor 3 befestigt. Es ist jedoch denkbar, den RFID-Chip in Übereinstimmung mit der Erfindung oberhalb oder unterhalb des PMT-Sensors 3 oder seitlich am Schraubenkopf 2 zu befestigen, wie schematisch in den 3 bis 5 gezeigt, wobei in der dritten Ausführungsform der RFID-Chip 7 in der Mantelfläche des Schraubenkopfes 2 zur Vermeidung von Beschädigungen bei der Montage eingelassen ist.
Der RFID-Chip kann als Micro Tag 2k der Firma Microsensys ausgebildet sein, der mit einem 2 kbit wiederbeschreibbaren Speicher EEPROM ausgestattet ist und in einem Bereich von z. B. 13,56 MHz kontaktlos durch einen an und für sich bekannten Lesestift (nicht gezeigt) der Firma Microsensys lesbar und beschreibbar ist. Der EEPROM ist in verschiedenen Größen verfügbar. Auch sind RFID-Chips as EPROM verfügbar.
Besonders vorteilhaft kann erfindungsgemäß der Lesestift in den Messstift 4 integriert werden, wobei in diesem Fall der Ultraschallgenerator 5 entsprechend zu betreiben ist. In diesem Fall ist auch das Ultraschallmessgerät 5 auszubilden, um die Daten des RFID-Chips auszuwerten bzw. die Daten auf diesen zu schreiben.
Eine bevorzugte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt, wobei die Schritte der Erfassung der Vorspannkraft und der Markier-Daten in beliebiger Reihenfolge durchführbar sind.
Zunächst kann die Schraube durch den Schlüssel oder das Werkzeug festgezogen werden, wobei im Anschluss die Vorspannkraft durch den in einem geeigneten Bereich zur Erzeugung von Ultraschallwellen betriebenen Messstift erfasst wird und dem Gerät 5 zugeführt wird.
In einem weiteren Schritt kann die gemessene Vorspannkraft auf den RFID-Chip geschrieben werden, indem der Messstift wiederum in einen geeigneten Frequenzbereich zum Beschreiben des RFID-Chips betrieben wird.
Somit stehen auf dem RFID-Chip die Vorspannkraft in Verbindung mit den vorgespeicherten Markier-Daten der Schraube zur Verfügung.
Durch die zeitliche Versetzung der obigen Schritte werden Störungen zwischen der Ultraschallmessung und der HF-Auswertung bzw. Beschreibung des RFID-Chips vermieden. Weiterhin können (unabhängig von der zeitlichen Versetzung) vorteilhaft die Frequenzen der Ultraschallmessung und der HF-Auswertung so unterschiedlich gewählt werden, dass Interferenzen ausgeschlossen werden.
In einer Abwandlung des obigen Verfahrens ist es denkbar, zunächst die Daten des RFID-Chips auszulesen und diese zusammen mit der erfassten Vorspannkraft einem externen Anzeigegerät und/oder Aufzeichnungsgerät (z. B. eine externe Datenbank, Drucker usw.) zuzuführen. Es ist auch denkbar gemäß der Erfindung die Markier-Daten und die erfassten Vorspannkraft-Daten sowohl auf dem RFID-Chip als auch in einer externen Datenbank zu speichern und/oder anzuzeigen oder auszudrucken.
Weiterhin ist denkbar, dass der RFID-Chip durch eine andere Markierung ersetzt wird, z. B. Data-Matrix oder dergleichen, wobei in diesem Fall das Merkmal des Wiederbeschreibens entfällt und der Lesestift entsprechend auszubilden ist.
Die Erfindung ist für Abänderungen zugänglich, ohne sich vom ihrem Schutzumfang zu lösen. So kann z. B. der Lesestift im Kopf des Werkzeugs oder Schlüssel selbst (und nicht im Messstift) realisiert werden, wobei in diesem Fall der abseits des PMT-Sensors angebrachte RFID-Chip besser erreichbar ist.
Wenn in irgendeinem der Ansprüche erwähnte technische Merkmale mit einem Bezugszeichen versehen sind, wurden diese Bezugszeichen lediglich eingeschlossen, um die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen. Entsprechend haben diese Bezugszeichen keine einschränkende Auswirkung auf den Schutzumfang eines jeden Elements, das exemplarisch durch solche Bezugszeichen bezeichnet wird.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von Daten betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: einen Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor, der als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist, zur Messung der Vorspannkraft in einem Verbindungselement; einen Datenträger, der ebenfalls als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist und der Markier-Daten zur Identifizierung des Verbindungselements enthält; und ein Mittel für die Zuordnung der gemessenen Vorspannkraft zu den Markier-Daten eines bestimmten Verbindungselements.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Mittel für die Zuordnung der gemessenen Vorspannkraft zu den Markier-Daten des bestimmten Verbindungselements einen zu einem einzigen Element zusammengefassten Messstift für die Ultraschall-Messung der Vorspannkraft und Lesestift für die Erfassung der Markier-Daten des Datenträgers umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Datenträger als ein wiederbeschreibbarer RFID-Chip ausgebildet ist, der oberhalb oder unterhalb oder seitlich vom als PMT-Sensor ausgebildeten Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Mittel für die Zuordnung der gemessenen Vorspannkraft zu den Markier-Daten des bestimmten Verbindungselements weiterhin ausgebildet ist, die gemessene Vorspannkraft auf dem RFID-Chip zu speichern.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Mittel für die Zuordnung der gemessenen Vorspannkraft zu den Markier-Daten des bestimmten Verbindungselements weiterhin ausgebildet ist, die gemessene Vorspannkraft in Verbindung mit den Markier-Daten des bestimmten Verbindungselements in einer externen Datenbank zu speichern oder sonst visuell anzuzeigen.
Verfahren zur Erfassung von Daten betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in einer beliebigen Reihenfolge umfasst: das Messen mit einem Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor, der als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist, der Vorspannkraft in einem Verbindungselement; das Auslesen von einem Datenträger, der ebenfalls als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist, von Markier-Daten zur Identifizierung des Verbindungselements; und die Zuordnung der gemessenen Vorspannkraft zu den Markier-Daten eines bestimmten Verbindungselements.
Verbindungselement, das mit folgendem ausgestattet ist: einen Ultraschall-Dünnschichttechnik-Sensor, der als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist, zur Messung der Vorspannkraft im Verbindungselement; und einen Datenträger, der ebenfalls als ein fest anhaftender Teil des Verbindungselements ausgebildet ist und der Markier-Daten zur Identifizierung des Verbindungselements enthält.