DE102006055929A1

DE102006055929A1 - Anordnung zur Überwachung einer Schraubverbindung

Info

Publication number: DE102006055929A1
Application number: DE102006055929A
Authority: DE
Inventors: Johann Schuster; Stefan Stocker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US20080129311A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer Schraubverbindung (SV) mit einem ersten Bauteil (KS1) und mit einem zweiten Bauteil (KS2), die durch die Schraubverbindung (SV) miteinander verbunden sind. Ein Isolator (ISO), der zwei elektrische Kontakte (KON1, KON2) und eine Federanordnung (FA) beinhaltet, ist zwischen der Schraubverbindung (SV) einerseits und dem zweiten Bauteil (KS2) andererseits angeordnet. Die Federanordnung (FA) ist zwischen den beiden elektrischen Kontakten (KON1, KON2) angeordnet, so dass durch deren vorbestimmte Federspannung die beiden Kontakte (KON1, KON2) bei einer lockeren Schraubverbindung elektrisch getrennt sind und dass bei einer festen Schraubverbindung (SV) durch Überwindung der Federspannung die beiden Kontakte (KON1, KON2) miteinander elektrisch in Kontakt sind. Die beiden Kontakte (KON1, KON2) sind mit einer elektronischen Überwachungsschaltung verbunden, die die feste Schraubverbindung (SV) anzeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer Schraubverbindung.
Schraubverbindungen, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, lockern sich ohne geeignete Gegenmaßnahmen. Je nach Einsatzzweck können lockere Schraubverbindungen große Schäden verursachen.
Beispielsweise werden Gradientenspulen von Magnetresonanzgeräten für medizinische Anwendungen mit einem zeitlich veränderlichen Strom von bis zu 650 Ampere betrieben. Stromzuführende Leitungen sind über Schraubverbindungen mit den Gradientenspulen verbunden. Auf diese Schraubverbindungen wirken Vibrationen, die durch dynamische Ströme im statischen Magnetfeld hervorgerufen werden (Lorentzkraft). Bei einer Lockerung der Schraubverbindung wird deren Kontaktwiderstand erhöht. Aufgrund der hohen Stromstärke erfolgt eine Überhitzung oder ein Aufschmelzen der Schraubverbindung, so dass es im schlimmsten Fall zum Abbrennen von kommen kann.
Zur Vermeidung von Schäden werden Schraubverbindungen bis zum Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments mit einem Drehmomentschlüssel angezogen. Über das Drehmoment wird eine definierte mechanische Vorspannung der Schraubverbindung garantiert, die eine Lockerung bei Belastung verhindert.
Im Falle eines beschädigten Gewindes oder eines schwergängigen Gewindeganges ist es jedoch möglich, dass ein Drehmomentschlüssel vorzeitig auslöst, ohne das vorbestimmte Drehmoment zu erreichen.
Drehmomentschlüssel müssen aufwändig und regelmäßig kalibriert werden. Werden bei der Kalibrierung unzulässige Abweichungen entdeckt, müssen gegebenenfalls Schraubverbindungen von bereits montierten Anlagen unter hohen Kosten nachkontrolliert werden – falls dies überhaupt noch möglich ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung anzugeben, mit der bei geringem Aufwand an Kosten und Zeit die Zuverlässigkeit einer Schraubverbindung überwacht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Überwachung einer Schraubverbindung weist ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil auf, die durch die Schraubverbindung miteinander verbunden sind. Ein Isolator beinhaltet zwei elektrische Kontakte und eine Federanordnung und ist zwischen der Schraubverbindung einerseits und dem zweiten Bauteil andererseits angeordnet. Die Federanordnung ist zwischen den beiden elektrischen Kontakten angeordnet, so dass durch deren vorbestimmte Federspannung die beiden Kontakte bei einer lockeren Schraubverbindung elektrisch getrennt sind. Bei einer festen Schraubverbindung sind durch Überwindung der Federspannung die beiden Kontakte miteinander elektrisch verbunden. Die beiden Kontakte sind mit einer elektronischen Überwachungsschaltung verbunden, die die feste Schraubverbindung anzeigt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist zur Fernüberwachung der Festigkeit von kritischen Schraubverbindungen allgemeiner Art geeignet.
Insbesondere ist sie für Schraubverbindungen geeignet, die unter mechanischen Belastungen stehen und die zugleich stromführend sind. Die eingangs beschriebenen Folgen einer gefährlichen Überhitzung werden vermieden, da bereits im Vorfeld bzw. vor dem Betrieb sowie während des Betriebs unzuverlässige Schraubverbindungen detektierbar sind.
Damit ist die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere auch für Schraubverbindungen geeignet, die zum Anschluss von Spulen bzw. von Gradientenspulen in Magnetresonanzgeräten ver wendet werden. Hier wäre ein nachträgliches Festziehen von unzuverlässigen Schraubverbindungen nur unter größten Kosten und Aufwand an Zeit möglich.
Auch eine Überwachung von Schraubverbindungen bei Filterplatten des Magnetresonanzgeräts oder bei Anschlüssen an einem "Gradient Power Amplifier, GPA" ist möglich.
Menschliches Versagen bzw. Fertigungsfehler beim Anziehen von Schraubverbindung werden rechtzeitig detektiert und damit vorzeitig ausgeschlossen.
Verbindungen, die sich unter Belastung und Vibration während des Betriebs lockern, werden detektiert.
Ebenso ist es möglich, auf Drehmomentschlüssel sowie auf deren Kalibrierung weitgehend zu verzichten, da das Erreichen der definierten Mindestvorspannung durch die elektrische Verbindung der Kontakte angezeigt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung mit lockerer Schraubverbindung,
2 bezogen auf 1 die erfindungsgemäße Anordnung mit fester Schraubverbindung,
3 die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung in dreidimensionaler Darstellung, und
4 eine Serienschaltung zur Überwachung von sechs Schraubverbindungen, die zum Anschluss von drei Gradientenspulen verwendet werden.
1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer lockeren Schraubverbindung SV.
Ein Kabel (hier nicht dargestellt) weist an seinem Ende einen ersten Kabelschuh KS1 auf, der über eine Schraubverbindung SV mit einem zweiten Kabelschuh KS2 eines weiteren Kabels miteinander verbunden werden soll.
Die Schraubverbindung SV ist hier beispielhaft mit einer Gewindeschraube GS und mit einer auf der Gewindeschraube GS aufgesetzten und mit dieser zusammenwirkenden Mutter MU ausgebildet.
Für eine definierte Lage der Schraubverbindung SV ist hier beispielhaft eine Löcher aufweisende Montageplatte MP vorgesehen. Je nach Verwendungs- bzw. Verwendungszweck der Schraubverbindung SV könnte diese Montageplatte MP jedoch auch entfallen.
Die Gewindeschraube GS ist gewindeseitig durch ein Loch der Montageplatte MP, durch den ersten Kabelschuh KS1 und durch den zweiten Kabelschuh KS2 geführt und könnte nun über die Mutter MU direkt vorgespannt und gekontert werden.
Jedoch sind zwischen dem zweiten Kabelschuh KS2 und der Mutter MU ein erster Kontakt KON1, ein zweiter Kontakt KON2 und ein Isolator ISO angeordnet. Dabei ist der Isolator ISO derart ausgestaltet bzw. geformt, dass er beide Kontakte KON1 und KON2 bei einer unsicheren bzw. lockeren Schraubverbindung elektrisch trennt. Zu diesem Zweck weist der Isolator ISO eine federnde Anordnung FA auf, die die beiden Kontakte KON1 und KON2 auf Abstand hält und damit elektrisch trennt.
Erst wenn die Schraubverbindung SV über die Mutter MU und die Gewindeschraube GS eine vorbestimmte mechanische Mindestspannung aufweist, die größer ist als die vorbestimmte Federspannung der Federanordnung FA, wird durch Zusammenpressen der Federanordnung FA eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Kontakt KON1 und dem zweiten Kontakt KON2 hergestellt. Die Schraubverbindung SV gilt dann als zuverlässig bzw. fest.
Die Federanordnung FA ist beispielsweise als Tellerfeder oder als Tellerfederpaket ausgestaltet. Hier gezeigt ist eine als Tellerfederpaket ausgestaltete Federanordnung FA, die einen V-förmigen Querschnitt aufweist. Durch diese Form wird eine mechanische Vorspannung zwischen den Kontakten KON1 und KON2 definiert eingestellt, die den offenen Kontakt bei lockerer Schraubverbindung SV gewährleistet.
Die mechanische Vorspannung der Federanordnung FA wird beim Festziehen der Schraubverbindung SV bedingt durch die Form der Federanordnung FA erhöht. Damit dient die mechanische Vorspannung gleichzeitig zur Sicherung der Schraubverbindung SV, weil die Federanordnung FA im Vergleich zur Gewindeschraube GS eine hohe Elastizität besitzt.
2 zeigt nun bezogen auf 1 die erfindungsgemäße Anordnung mit festgezogener Schraubverbindung SV.
Durch das Aufschrauben der Mutter MU auf die Gewindeschraube GS berühren sich beim Überschreiten der definierten mechanischen Vorspannung die beiden Kontakte KON1 und KON2. Dadurch wird ein elektrischer Kontakt bzw. Kurzschluss zwischen beiden hergestellt, der mit geringem Aufwand elektronisch detektiert und gegebenenfalls fernüberwacht werden kann.
Durch das Aufschrauben der Mutter MU wird also das in 1 gezeigte V-förmige Tellerfederpaket der Federanordnung FA gegen die definierte mechanische Vorspannung zusammengepresst.
Wird über einen ersten Berührungspunkt der beiden Kontakte KON1 und KON2 hinaus fester angezogen, dann erhöht sich auch die Vorspannung weiter, wobei die Elastizität der beteiligten Elemente durch die Schraubverbindung SV bestimmt ist.
Für den Fall, dass die Schraubverbindung SV schadhaft ist bzw. dass sich die Schaubverbindung SV lockert, würde die Federanordnung FA – hier das v-förmige Tellerfederpaket – die beiden Kontakte KON1 und KON2 (wieder) voneinander trennen, so dass über den fehlenden elektrischen Kontakt die Unzuverlässigkeit der Schraubverbindung angezeigt wird.
Damit ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht nur zur Überwachung während der Montage sondern auch während eines laufenden Gerätebetriebs einsetzbar.
3 zeigt bezogen auf 1 die erfindungsgemäße Anordnung mit lockerer Schraubverbindung in dreidimensionaler Darstellung.
4 zeigt eine Serienschaltung zur Überwachung von sechs Schraubverbindungen x+, x–, y+, y–, z+ und z–, die zum Anschluss von drei Gradientenspulen x, y und z benötigt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird jede der Schraubverbindungen x+, x–, y+, y–, z+ und z– über je zwei Kontakte, die einen Schalter bilden, überwacht.
Zur Überwachung der Anschlüsse der drei Gradientenspulen x, y und z werden somit sechs Schalter in Reihe geschaltet, so dass eine Überwachung durch eine dadurch gebildete "Kontaktloop" leicht möglich ist.
Ist die Serienschaltung hochohmig, darf kein Strom auf die Gradientenspulen x, y und z geschaltet werden.
Ist die Serienschaltung hingegen niederohmig, sind alle Schalter geschlossen, die mechanische Mindestvorspannung ist gewährleistet und der Strom darf geschaltet werden.

Claims

Anordnung zur Überwachung einer Schraubverbindung (SV), – mit einem ersten Bauteil (KS1) und mit einem zweiten Bauteil (KS2), die durch die Schraubverbindung (SV) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Isolator (ISO), der zwei elektrische Kontakte (KON1, KON2) und eine Federanordnung (FA) beinhaltet, zwischen der Schraubverbindung (SV) einerseits und dem zweiten Bauteil (KS2) andererseits angeordnet ist, – dass die Federanordnung (FA) zwischen den beiden elektrischen Kontakten (KON1, KON2) angeordnet ist, so dass durch deren vorbestimmte Federspannung die beiden Kontakte (KON1, KON2) bei einer lockeren Schraubverbindung elektrisch getrennt sind und dass bei einer festen Schraubverbindung (SV) durch Überwindung der Federspannung die beiden Kontakte (KON1, KON2) miteinander elektrisch in Kontakt sind, und – dass die beiden Kontakte (KON1, KON2) mit einer elektronischen Überwachungsschaltung verbunden sind, die die feste Schraubverbindung (SV) anzeigt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Kontakt (KON1) leitend mit der Schraubverbindung (SV) verbunden ist und/oder ein zweiter elektrischer Kontakt (KON2) über die Federanordnung (FA) mit dem Isolator (ISO) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (SV) eine Gewindeschraube (GS) und eine Befestigung (MU) mit Gewinde zur Aufnahme der Gewindeschraube (GS) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung (MU) als Mutter ausgestaltet ist, die auf der Gewindeschraube (GS) aufgesetzt mit dieser zusammenwirkt.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (ISO) zwischen der Befestigung (MU) und einer der Baugruppen (KS2) angeordnet ist, so dass die Gewindeschraube (GS) und die Befestigung (MU) beim Zusammenziehen die beiden Kontakte (KON1, KON2) durch Überwindung der Federspannung elektrisch verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (FA) als Tellerfeder oder als Tellerfederpaket ausgestaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (FA) einen V-förmigen Querschnitt aufweist, so dass durch die V-Form eine mechanische Vorspannung zwischen den beiden Kontakten (KON1, KON2) definiert eingestellt ist, um den offenen Kontakt bei lockerer Schraubverbindung (SV) zu gewährleisten.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (KON1, KON2) elektronisch fernüberwacht sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (KS1, KS2) als Kabelschuhe ausgebildet sind.
Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts mit einer überwachten Schraubverbindung, die nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet ist.
Stromführende Leitungen, die mit einer überwachten Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verbunden sind.