DE102005048384B3

DE102005048384B3 - Force fit controlling device, e.g. for connection of two bodies, has two laminar construction units arranged flat one on top of other and surface of construction units has pressure sensor arranged using thin-film technology

Info

Publication number: DE102005048384B3
Application number: DE200510048384
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Lüthje; Saskia Dipl.-Ing. Biehl; Ralf Dr.-Ing. Bandorf; Jan-Hinrich Dipl.-Ing. Sick
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-10-11
Also published as: EP1934570A1; WO2007042155A1

Abstract

The device has two laminar construction units arranged flat one on top of the other (1, 2). One of the surfaces of the construction units has a pressure sensor using thin-film technology. A disk-shaped intermediate element (3) is between the two units with electrical contacts (6) provided for allowing signals from the sensor to be coupled to elements (8, 12) and for the transmission of the sensor signals and or electronic elements for signal processing. An independent claim is included for a method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der kraftschlüssigen Verbindung zweier Körper. Derartige Vorrichtungen und Verfahren werden insbesondere benötigt, um die Verbindung zweier Körper, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, auf ihre aktuelle Spannkraft zu überprüfen.The The present invention relates to an apparatus and a method to control the non-positive Connection of two bodies. Such devices and methods are particularly needed to the connection of two bodies, For example, by a screw on their current clamping force to check.

Schraubverbindungen beruhen auf der Umwandlung eines Drehmoments in eine Axialkraft über ein Gewinde. Diese Kraft führt zu einer elastischen Dehnung des Schraubenschafts und presst die zu verbindenden Bauteile kraftschlüssig aufeinander. Schraubverbindungen zählen zu den lösbaren Verbindungen in der Konstruktionstechnik. Dabei ist es wünschenswert, die aktuelle Spannkraft anstelle des heute nur zugänglichen Drehmoments während der Montage zu kennen und in vie len Fällen auch eine Onlineüberwachung der Spannkraft der Verbindung vornehmen zu können. Beispielsweise bei Schraubverbindungen, die einer Vibration ausgesetzt sind und bei denen die Gefahr des Lösens besteht.screw are based on the conversion of a torque into an axial force over Thread. This power leads to an elastic stretching of the screw shaft and presses the to be connected components positively to each other. screw counting to the detachable Connections in construction engineering. It is desirable the current clamping force instead of today only accessible Torque during the assembly and in many cases online monitoring be able to make the clamping force of the connection. For example, in screw, which are exposed to vibration and where the risk of solving consists.

Derartige Vorrichtungen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen z.B. in der DE 198 31 372 A1 und in der WO 03/087751 A1 beschrieben.Such devices are in different configurations, for example in the DE 198 31 372 A1 and described in WO 03/087751 A1.

Die DE 102 53 178 B4 offenbart die Verwendung einer Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff als Sensor zur Temperatur- und Kraftmessung. Diese Schrift beschreibt allerdings keine Lösung, die bei einer flexibel anwendbaren Unterlegscheibe einsetzbar ist.The DE 102 53 178 B4 discloses the use of a layer of diamond-like carbon as a sensor for measuring temperature and force. However, this document does not describe a solution that can be used with a flexible washer.

Die US 4,106,370 A offenbart eine Vorrichtung zur Messung der axialen Spannung einer Schraubverbindung. Hierzu wird in die Schraubverbindung eine elektrisch isolierende, metalloxidische Schicht eingebracht. Abhängig vom Anpressdruck der Schraubverbindung ändert sich der Leckstrom durch diese isolierende Schicht.The US 4,106,370 A discloses a device for measuring the axial tension of a screw connection. For this purpose, an electrically insulating, metal oxide layer is introduced into the screw connection. Depending on the contact pressure of the screw connection, the leakage current changes through this insulating layer.

Die US 4,941,358 offenbart eine Vorrichtung zur Prüfung von Schraubverbindungen auf festem Sitz.The US 4,941,358 discloses a device for testing screw connections on a tight seat.

Die DE 69 311 479 T2 offenbart ein Verbindungselement, bei dem mittels eines Kraftaufnehmers die Abzugskraft einer Schraubverbindung erfasst wird.The DE 69 311 479 T2 discloses a connecting element in which the withdrawal force of a screw connection is detected by means of a force transducer.

Es ist auch bekannt, in Wälzlagern eine kraftsensorische Beschichtung aus diamantartigem Kohlenstoff auf lokale strukturierte Dünnschichtelektroden direkt aufzubringen. Diese Technologie ist auch auf Unterlegscheiben anwendbar, besitzt aber einige Nachteile. Ein Problem dabei ist die Vermeidung von Lochdefekten (Pinholes) in der kraftsensorischen Schicht, denn feinste Nanolöcher führen zu einem Kurzschluss. Außerdem ist bei der Unterlegscheibe die Auskopplung der Signale und der elektrischen Anschlüsse an die Dünnschichtelektroden zu lösen, was nur mit einem großen Kostenaufwand möglich ist. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die kraftsensorische Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff einen sehr geringen Reibungskoeffizienten aufweist und somit die Schraub- und Haltekraft der Schraubverbindung beeinflusst. Zur Vermeidung würden zusätzliche Schichten erforderlich werden, die die Herstellkosten erhöhen.It is also known in rolling bearings a force sensory coating of diamond-like carbon on local structured thin-film electrodes directly apply. This technology is also on washers applicable, but has some disadvantages. A problem is the avoidance of hole defects (pinholes) in the force-sensory layer, because the finest nano-holes to lead to a short circuit. Furthermore is at the washer the extraction of the signals and the electrical connections to the thin-film electrodes to solve what only with a big one Cost is possible. Another disadvantage is the fact that the force-sensory Layer of diamond-like carbon has a very low coefficient of friction and thus influences the screwing and holding force of the screw connection. To avoid additional Layers are required, which increase the manufacturing costs.

Ein Problem bei allen bekannten Lösungen ist der Um stand, dass die beiden im Kontakt liegenden Oberflächen sehr eben sein müssen, um eine hochgenaue, reproduzierbare Messung der Normalkraft bei separater Gegenelektrode zu ermöglichen, wobei die Schicht einseitig auf einer Unterlegscheibe aufgebracht ist und die Gegenfläche durch z.B. die Oberfläche des zu befestigenden Bauteils gegeben ist.One Problem with all known solutions the condition was that the two surfaces in contact with each other very much just have to be to provide a highly accurate, reproducible measurement of normal force allow separate counter electrode, wherein the layer is applied on one side to a washer and the counter surface by e.g. the surface given the component to be fastened.

Weiterhin bleibt bei den Lösungen nach dem Stand der Technik als Problem bestehen, dass diese zwar eine Kraftmessung unter Verwendung einer Schicht als kraftsensitives Element offenbaren, aber keine sinnvolle Lösung für eine integrierte Temperaturmessung beschreiben. Dies ist jedoch in fast allen Fällen erforderlich, da die zur Kraftmessung verwendeten piezoresistiven Schichten eine Temperaturabhängigkeit des Widerstands aufweisen und die Kraftmessung daher entsprechend temperaturkompensiert oder elektronisch nachbearbeitet werden muss.Farther stick with the solutions According to the prior art exist as a problem that this indeed a force measurement using a layer as a force-sensitive Element reveal, but no meaningful solution for an integrated temperature measurement describe. However, this is required in almost all cases, since the Force measurement piezoresistive layers used a temperature dependence have the resistance and therefore the force measurement accordingly temperature-compensated or electronically post-processed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der kraftschlüssigen Verbindung zweier Körper zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet und eine kostengünstige Herstellung einer derartigen Vorrichtung ermöglicht.task The present invention is therefore an apparatus and a Method for controlling the frictional connection of two bodies to disposal to provide that avoids the disadvantages mentioned above and a inexpensive Manufacture of such a device allows.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 21 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dabei in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.These The object is achieved by a device according to claim 1 and a method solved according to claim 21. Advantageous developments of the device according to the invention and of the method according to the invention are given in the respective dependent claims.

Ausgehend von den im Stand der Technik bekannten Unterlegscheiben mit aufgebrachtem Kraftsensor schlägt nun die vorliegende Erfindung vor, diese Vorrichtung aus mindestens zwei Teilen aufzubauen, wobei die kraftsensorische Schicht auf einem ersten konstruktionsbestimmenden flächigen Bauteil abgeschieden wird. Als derartiges Bauteil eignet sich insbesondere eine Unterlegscheibe für eine Schraubverbindung oder Nietverbindung, es sind jedoch auch beliebig andere Bauteile insbesondere mit beliebig anderen Formen möglich. Weiterhin enthält die Vorrichtung ein zweites flächiges Bauteil, wiederum beispielsweise eine Unterlegscheibe, die als Abdeckung fungiert. Zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil wird ein separates scheibenförmiges Zwischenelement angeordnet. Als solches scheibenförmiges Zwischenelement ist jede beliebig geformte Folie geeignet. Auf diesem Zwischenelement werden Elektroden zur Kontaktierung der kraftsensorischen Schicht auf dem ersten Bauteil angeordnet. Weiterhin enthält das Zwischenelement elektrische Koppelelemente zur Übertragung der mit den Elektroden aus der kraftsensorischen Schicht abgeleiteten Sensorsignale zu einer externen Auswertevorrichtung. Als solche Koppelelemente sind entweder elektrische Kontakte oder auch Transponderelemente, beispielsweise Antennen, geeignet. Diese Koppelelemente können auch oder alternativ zur Einkopplung elektrischer Leistung in die kraftsensorische Schicht dienen. Es ist auch Gegenstand der Erfindung, aktive elektronische Bauelemente, z.B. ein ASIC, zur Signalverarbeitung auf dem Zwischenelement anzuordnen. In einer weiteren Ausführungsform kann das separate Zwischenelement auch in Dünnschichtausführung auf der inneren Oberseite der Deckscheibe realisiert werden.Starting from the known in the prior art washers with applied force sensor now proposes the present invention to build this device from at least two parts, wherein the force-sensing layer is deposited on a first design-determining planar component. As such component eig In particular, a washer for a screw or rivet, but any other components in particular with any other shapes are possible. Furthermore, the device includes a second planar component, in turn, for example, a washer which acts as a cover. Between the first component and the second component, a separate disc-shaped intermediate element is arranged. Any such shaped film is suitable as such a disk-shaped intermediate element. On this intermediate element electrodes for contacting the force-sensing layer are arranged on the first component. Furthermore, the intermediate element contains electrical coupling elements for transmitting the sensor signals derived with the electrodes from the force-sensing layer to an external evaluation device. As such coupling elements are either electrical contacts or transponder elements, such as antennas suitable. These coupling elements can also or alternatively serve to couple electrical power into the force-sensing layer. It is also an object of the invention to arrange active electronic components, for example an ASIC, for signal processing on the intermediate element. In a further embodiment, the separate intermediate element can also be realized in thin-film design on the inner top side of the cover disk.

Die beiden flächigen Bauteile können je nach Aufbau unterschiedliche Dicke und Durchmesser aufweisen, so dass es beispielsweise auch möglich ist, den Kontakt bzw. die einzelnen Kontakte auf der Zwischenschicht als Ringkontakt oder als segmentierte Einzelkontakte auszubilden, die sich seitlich auf einer der Oberflächen des Zwischenelementes befinden und dann von dort auch kontaktiert werden können. Das Bauteil mit größerem Durchmesser dient dann als mechanische Unterlage für das Zwischenelement, während das zweite Bauteil mit geringerem Durchmesser einen Randbereich des Zwischenelementes zur Kontaktierung freilässt.The two plane Components can have different thickness and diameter depending on the structure, so that it is also possible, for example, the contact or the individual contacts on the intermediate layer form as a ring contact or as segmented individual contacts, extending laterally on one of the surfaces of the intermediate element and then be contacted from there. The Component with a larger diameter then serves as a mechanical support for the intermediate element while the second component with a smaller diameter a peripheral region of the Intermediate element leaves free for contacting.

Die Kontakte können jedoch auch als Lasche oder Stecker ausgebildet werden.The Contacts can However, also be designed as a tab or plug.

Im folgenden sollen nun einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt werden.in the Following are some embodiments of the present invention.

Es zeigenIt demonstrate

1 und 2 erfindungsgemäße Vorrichtungen und 1 and 2 inventive devices and

3 und 4 Messergebnisse an erfindungsgemäßen Vorrichtungen. 3 and 4 Measurement results on devices according to the invention.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele beschrieben anhand von Unterlegscheiben, wie sie bei Schraubverbindungen eingesetzt werden. Es sind jedoch statt Unterlegscheiben auch beliebig anders geformte flache Bauteile bei der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Soweit im folgenden auf die Figuren Bezug genommen wird, werden in sämtlichen Figuren einheitlich für gleiche oder ähnliche Bauelemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.in the Following are some embodiments described by means of washers, as in screwed connections be used. However, instead of washers, they are also arbitrarily different molded flat components can be used in the present invention. Insofar as reference is made below to the figures in all figures uniform for same or similar Components same or similar Reference numeral used.

1 zeigt in Teilfigur A die Einzelelemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 ein erstes und ein zweites Bau teil in Form einer Unterlegscheibe und das Bezugszeichen 3 eine Kunststofffolie als flächiges Zwischenelement. Die Unterlegscheiben 1 und 2 besitzen in der Mitte eine kreisförmige Durchbrechung, um eine Schraube durchzuführen. Die Unterlegscheiben 1 und 2 sind jeweils einseitig mit einer kraftsensorischen Schicht versehen. Als derartige kraftsensorische Schicht kommen entweder piezoresistive Schichten oder auch amorphe Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoffschichten, wie für den Stand der Technik erwähnt und von dort ausreichend bekannt, in Frage. Die beiden Unterlegscheiben 1 und 2 werden dann bezüglich der kraftsensorischen Schicht schichtseitig zueinander montiert, wobei jedoch zwischen sie die Folie 3 eingelegt wird. Die Folie kann dabei neben einer Kunststofffolie auch eine Metallfolie sein. 1 shows in part A the individual elements of a device according to the invention. The reference numerals designate 1 and 2 a first and a second construction part in the form of a washer and the reference numeral 3 a plastic film as a planar intermediate element. The washers 1 and 2 have in the middle of a circular opening to perform a screw. The washers 1 and 2 are each provided on one side with a force-sensory layer. As such force-sensing layer either piezoresistive layers or amorphous carbon or hydrocarbon layers, as mentioned for the prior art and from there sufficiently known in question. The two washers 1 and 2 are then laminated to each other with respect to the force-sensing layer, but with the film between them 3 is inserted. The film can be next to a plastic film and a metal foil.

Die Kraftmessung erfolgt dann einzeln über jede der einzelnen kraftsensorischen Schichten oder gleichzeitig durch beide Schichten parallel zueinander.The Force measurement is then carried out individually on each of the individual force-sensory Layers or simultaneously through both layers parallel to each other.

Wird eine Folie 3 zwischen die Schichten eingebaut, die lokal eine geringere Dicke aufweist, so kann diese kraftsensorische Schicht in diesem Bereich auch als Temperatursensor verwendet werden, da in diesem Bereich dann kein Kraftschluss vorliegt und daher das gemessene Signal lediglich noch von der Temperatur abhängt. Alternativ ist es auch möglich, die Unterlegscheiben 1 und/oder 2 an entsprechender Stelle in der Dicke zu reduzieren. Es ist auch möglich, in einem solchen dickenreduzierten Bereich auf der kraftsensorischen Schicht, beispielsweise mittels eines Leitklebers, Temperaturelektroden aufzubringen.Will be a slide 3 installed between the layers, which has a smaller thickness locally, so this force-sensing layer can be used in this area as a temperature sensor, since in this area then no adhesion and therefore the measured signal only depends on the temperature. Alternatively, it is also possible to use the washers 1 and or 2 at the appropriate place to reduce in thickness. It is also possible to apply temperature electrodes in such a thickness-reduced region on the force-sensory layer, for example by means of a conductive adhesive.

Als Alternative hierzu ist es auch möglich, lediglich auf eine der Unterlegscheiben eine kraftsensorische Beschichtung aufzubringen. Auch hier kann dann das Zwischenelement 3 als dünne flexible Leiterfolie mit Elektroden und Leiterbahnstrukturen sowie Anschlussflächen und/oder telemetrisch verwendbaren Antennenstrukturen bzw. Koppelstrukturen vorgesehen werden. Die zweite Unterlegscheibe dient dann lediglich als Deckelement. Sie kann wegen der Isolationswirkung der flexiblen Kunststofffolie, die beispielsweise aus Polyimid hergestellt sein kann, auch unbeschichtet eingebaut werden. Die Leiterfolie 3 wird dann so montiert, dass die elektrischen Dünnschichtstrukturen auf ihrer Oberfläche einen Kontakt zu der kraftsensorischen Schicht auf der ersten Unterlegscheibe 1 aufbauen können. In diesem Fall wirkt die elastische Folie 3 zusätzlich als Druckausgleichselement und ermöglicht so schon bei kleinen Kräften einen vollständigen Kontakt der Elektroden zu der kraftsensorischen Messschicht. Insbesondere diese Wirkung der Folie hebt die vorliegende Erfindung über die bisher bestehenden Lösungen hinaus, da es so möglich ist, einen gesicherten Kontakt herzustellen. Es ist weiterhin zur Verbesserung der Kontaktierung auch möglich, die Folie 3 im Bereich der Elektroden oder auch die Folienelektroden selbst galvanisch lokal begrenzt in der Dicke zu verstärken, so dass die Kontaktflächen erhaben ausgeführt werden und damit eine reproduzierbare Kontaktsituation auch bei nicht völlig ebenen Oberflächen der Unterlegscheiben 1 und 2 auch bei relativ kleinen Kräften zu erreichen.As an alternative to this, it is also possible to apply a force-sensitive coating to only one of the washers. Again, then the intermediate element 3 be provided as a thin flexible conductor foil with electrodes and interconnect structures and pads and / or telemetry antenna structures or coupling structures. The second washer then serves only as a cover element. She can we gene of the insulating effect of the flexible plastic film, which may be made for example of polyimide, are also incorporated uncoated. The conductor foil 3 is then mounted so that the electrical thin film structures on its surface make contact with the force sensing layer on the first washer 1 can build up. In this case, the elastic film acts 3 In addition, as a pressure compensation element and thus enables even at low forces complete contact of the electrodes to the force-sensing measuring layer. In particular, this effect of the film raises the present invention beyond the previously existing solutions, since it is possible to produce a secure contact. It is also possible to improve the contact, the film 3 in the region of the electrodes or even the foil electrodes themselves galvanically locally limited in thickness, so that the contact surfaces are made sublime and thus a reproducible contact situation even with not completely flat surfaces of the washers 1 and 2 even at relatively small forces to achieve.

Bei der Anwendung von flexiblen Leiterfolien zwischen zwei Unterlegscheiben ist weiterhin von Vorteil, dass der Temperatursensor unabhängig von der kraftsensorischen Schicht realisiert werden kann, z.B. als Dünnschichtmäander, aus dem Elektrodenmaterial und thermoresistiv ausgewertet wird. Es ist auch möglich, mittels zweier unterschiedlicher Beschichtungen ein Thermoelement zu erzeugen.at the use of flexible conductor foils between two washers is also advantageous that the temperature sensor regardless of the force sensory layer can be realized, e.g. as a thin-layer meander, out the electrode material and thermoresistively evaluated. It is also possible, by means of two different coatings to produce a thermocouple.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Erfindung ist, dass sich mit nur einem einzigen Fertigungsschritt viele Einzelfolien mit Elektroden herstellen lassen. Auch ein Steckklemmkontakt mit mehreren Anschlüssen kann auf sehr kostengünstige Weise aufgebaut werden. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, auf der Folie Dünnschicht-Antennenstrukturen oder auch elektronische Komponenten zu integrieren.Especially advantageous in the invention of the invention is that many single foils with just one production step Allow electrodes to be produced. Also a plug in contact with several connections can be at very low cost Be built way. Another advantage is the possibility on the film thin-film antenna structures or integrate electronic components.

Der aus den zwei Unterlegscheiben 1 und 2 und der innenliegenden Elektrodenfolie 3 aufgebaute Kraftsensor kann im äußeren und inneren Rand mit Hilfe eines Klebers verbunden und gehäust werden. Das Einhausen kann auch durch Verfahren wie Bördeln, Laserschweißen, Pressen usw. erfolgen. Dabei kann auch eine der Scheiben 1, 2, vorzugsweise die Deckscheibe 2 auch aus einer Kappe gebildet werden, deren Rand dann mechanisch mit der unteren Unterlegscheibe 1 verbunden wird. Wird eine isolierende flexible Folie 3 oder auch eine keramische Platte als Zwischenelement 3 verwendet, kann die Verklebung auch im Inneren erfolgen, wobei der Kleber zwischen den Leiterbahnen und Elektroden positioniert werden muss. Die nicht mit elektrischen Leitstrukturen versehene Rückseite der Folie kann ggf. ganzflächig verklebt werden.The one out of the two washers 1 and 2 and the inner electrode foil 3 constructed force sensor can be connected and clad in the outer and inner edge with the help of an adhesive. The Einhausen can also be done by methods such as flanging, laser welding, pressing, etc. It can also be one of the discs 1 . 2 , preferably the cover disk 2 also be formed from a cap, the edge then mechanically with the lower washer 1 is connected. Will be an insulating flexible film 3 or a ceramic plate as an intermediate element 3 used, the bonding can also be done inside, with the adhesive must be positioned between the tracks and electrodes. The reverse side of the film, which is not provided with electrical conductive structures, can optionally be glued over the entire surface.

Als Folie für die Zwischenschicht 3 in 1 eignet sich auch eine keramische Unterlage oder eine mit einer Isolationsschicht versehene Metallfolie. Es ist auch denkbar, dass die Metallfolie, die als Elektrode fungiert, einseitig mit einer Isolationsschicht versehen wird, um so lediglich bestimmte Bereiche als Kontaktbereiche zu der kraftsensorischen Schicht oder als äußeren Kontakt freizuhalten.As a foil for the intermediate layer 3 in 1 Also suitable is a ceramic substrate or provided with an insulating layer metal foil. It is also conceivable that the metal foil, which acts as an electrode, is provided on one side with an insulating layer so as to keep only certain areas free as contact areas to the force-sensing layer or as an external contact.

1B zeigt die Aufsicht auf eine weitere Folie als Zwischenelement 3. Die dunklen Bereiche sind nicht beschichtete Folienbereiche, während die hell dargestellten Bereiche elektrisch leitend beschichtete Bereiche sind. Die Folie 3 besitzt eine innere Aussparung 5, die als Bohrung für die Schraube vorgesehen ist. 1B shows the view of another film as an intermediate element 3 , The dark areas are uncoated film areas, while the bright areas are electrically conductive coated areas. The foil 3 has an internal recess 5 , which is intended as a bore for the screw.

Auf der Folie sind nun insgesamt vier elektrische Kontaktflächen 6a, 6a', 6b, 6b' zu erkennen, die zur Kontaktierung der kraftsensorischen Beschichtung auf den Unterlegscheiben 1 bzw. 2 dienen.The foil now has a total of four electrical contact surfaces 6a . 6a ' . 6b . 6b ' to recognize, for contacting the force-sensing coating on the washers 1 respectively. 2 serve.

2 zeigt eine schematische Darstellung der Folie 3, wie sie in 1B als photographische Abbildung dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die Elektrodenflächen 6a und 6a' sowie die Elektrodenflächen 6b und 6b' über Leiterbahnen 9a bzw. 9b jeweils untereinander elektrisch leitend verbunden sind. Sie dienen der Kontaktierung der kraftsensorischen Schicht auf den Unterlegscheiben. Ausgehend von den Kontaktflächen 6a und 6b führen Leiterbahnen 7a bzw. 7b zu Kontaktflächen 8a bzw. 8b, die als Außenkontakte zum Abgreifen der Sensorsignale dienen. Diese Kontaktflächen 8a und 8b sind auf einer vorstehenden Lasche der Folie 3 angeordnet, so dass sie von den Unterlegscheiben 1 und 2 nicht bedeckt werden, sondern von außen zugänglich sind. 2 shows a schematic representation of the film 3 as they are in 1B is shown as a photographic image. It can be seen that the electrode surfaces 6a and 6a ' as well as the electrode surfaces 6b and 6b ' over conductor tracks 9a respectively. 9b are each electrically connected to each other. They serve to contact the force-sensing layer on the washers. Starting from the contact surfaces 6a and 6b lead tracks 7a respectively. 7b to contact surfaces 8a respectively. 8b , which serve as external contacts for tapping the sensor signals. These contact surfaces 8a and 8b are on a protruding tab of the film 3 arranged so that they from the washers 1 and 2 not covered, but accessible from the outside.

Zwischen den Kontaktflächen 6a und 6b ist eine Leiterbahn 10 als Temperatursensor angeordnet, wobei diese Leiterbahn zur Verbesserung des Signals einseitig als Mäander ausgebildet ist. Dieser Temperatur sensor 10 befindet sich nun in einem Bereich, in dem beispielsweise die Unterlegscheiben 1 und 2 abgedünnt sind oder die Folie 3 eine geringere Dicke als im Bereich der Kontaktflächen 6a, 6a', 6b, 6b' aufweist.Between the contact surfaces 6a and 6b is a conductor track 10 arranged as a temperature sensor, said conductor being formed on one side as a meander to improve the signal. This temperature sensor 10 is now in an area where, for example, the washers 1 and 2 are thinned or the film 3 a smaller thickness than in the area of the contact surfaces 6a . 6a ' . 6b . 6b ' having.

Der Temperatursensor 10 ist über eine Zuleitung 11a und eine Rückleitung 11b ebenfalls mit Kontaktflächen 12a bzw. 12b verbunden, die sich auf der Lasche 16 befinden und ebenfalls von außen zum Abgreifen des Temperatursensorsignals dienen.The temperature sensor 10 is via a supply line 11a and a return 11b also with contact surfaces 12a respectively. 12b connected, resting on the tab 16 located and also serve from the outside for tapping the temperature sensor signal.

3 zeigt Messergebnisse an einem erfindungsgemäßen Sensor, der als kraftsensorische Schicht eine DLC-Schicht aufweist. DLC-Schichten besitzen einen Widerstand, der abhängig ist von der Kraft, die auf sie ausgeübt wird. 3 zeigt nun diese Abhängigkeit des Widerstands von der Kraft im Bereich zwischen 0 N und 18000 N. 3 shows measurement results on a sensor according to the invention, which has a DLC layer as a force-sensitive layer. DLC layers have a resistance that depends on the force applied to them. 3 now shows this dependence of the resistance on the force in Range between 0 N and 18000 N.

Die entsprechende dynamisch erfasste Widerstandskraftkennlinie für den Bereich zwischen 0 N und 1400 N ist anhand mehrfacher Messungen in 4 dargestellt. Die einzelnen in 4 abgebildeten Kurven unterscheiden sich lediglich darin, ob sie bei ansteigender oder fallender Kraftausübung auf den Kraftsensor gemessen wurden.The corresponding dynamically recorded resistance characteristic curve for the range between 0 N and 1400 N is based on multiple measurements in 4 shown. The individual in 4 The curves shown differ only in whether they were measured with increasing or decreasing force exerted on the force sensor.

Es ist zu erkennen, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spannkraft einer Verbindung, beispielsweise einer Schraubverbindung oder auch einer Nietverbindung exakt erfasst und kontinuierlich überwacht werden kann.It It can be seen that with the device according to the invention, the clamping force a connection, for example a screw connection or else A riveted accurately recorded and continuously monitored can be.

Claims

Device for controlling the frictional connection of two bodies characterized by at least two planar components ( 1 . 2 ), wherein on at least one of the mutually facing surfaces of the two components ( 1 . 2 ) at least one force sensor in thin-film technology is arranged, as well as at least one between the two components ( 1 . 2 ) arranged disc-shaped intermediate element ( 3 ), on which electrical contacts ( 6 ) for deriving the sensor signals from the sensor and electrical coupling elements ( 8th . 12 ) are arranged for transmitting the sensor signals and / or electronic components for signal processing.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that one of the two components ( 1 . 2 ) at least partially over the other component ( 1 . 2 ) protrudes.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the two components ( 1 . 2 ) Washers for a screw connection are.

Device according to the preceding claim, characterized characterized in that the two lower washers a different Have diameter.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate element ( 3 ) has a carrier layer of electrically non-conductive material.

Device according to the preceding claim, characterized characterized in that the carrier layer from a film of a plastic or a ceramic Layer or contains it.

Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the electrical contacts ( 6 ) and / or electrical coupling elements ( 8th ) are applied as an electrically conductive coating on the carrier layer.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical contacts ( 6 ) and / or electrical coupling elements ( 8th ) are formed as conductor tracks.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate element ( 3 ) contains a metal foil as a carrier layer.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the intermediate element ( 3 ) is arranged on a surface of one of the two components.

Device according to the preceding claim, characterized characterized in that the intermediate element in thin film technology on a surface one of the two components is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the contacts ( 6 ) have the form of rings or circle segments.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling structures ( 8th ) as electrical leads, tabs ( 16 ), Plugs, sockets and / or are designed as electromagnetic antennas.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the two flat components ( 1 . 2 ) and / or on the intermediate element ( 3 ) Further sensors are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the further sensors in thin-film technology on the surface of the flat components ( 1 . 2 ) or the intermediate layer ( 3 ) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the further sensors include a temperature sensor contain.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the force sensor and / or the temperature sensor have a layer of diamond-like carbon or from it consist.

Device according to one of the preceding Claims, characterized in that on a component surface, a force sensor and a temperature sensor are arranged, wherein the force sensor is arranged in a frictional region between adjacent components and the temperature sensor is disposed in a region without adhesion between adjacent components.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the intermediate element ( 3 ), a temperature sensor is arranged, wherein the temperature sensor is arranged in a region without adhesion between adjacent components.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that they are used to control screw or rivet connections is used.

Method for controlling a frictional connection of two bodies, characterized in that a device is arranged in the frictional connection region between the two bodies, the at least two flat components arranged flat on each other ( 1 . 2 ), wherein on at least one of the mutually facing surfaces of the two components ( 1 . 2 ) at least one force sensor in thin-film technology is arranged, as well as at least one between the two components ( 1 . 2 ) arranged disc-shaped intermediate element ( 3 ), on which electrical contacts ( 6 ) for deriving the sensor signals from the sensor and electrical coupling elements ( 8th . 12 ) are arranged for transmitting the sensor signals and / or electronic components for signal processing, and via the coupling elements ( 8th . 12 ) read the sensor signals and then processed.

Method according to the preceding claim, characterized characterized in that it is used to control screw or rivet connections is used.