DE102010055991A1 - Micrometer screw for determining loads, has elongation measuring sensors spaced by central axis, where elongation values are determined to be high in bolt shank than in axis of upper shank portion - Google Patents

Micrometer screw for determining loads, has elongation measuring sensors spaced by central axis, where elongation values are determined to be high in bolt shank than in axis of upper shank portion Download PDF

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Abstract

The screw has a screw head (8) comprising a bolt shank (9) with an upper shank portion (7) that does not rest at an insert side of the screw against an object. Two elongation measuring sensors i.e. fiber optic sensors, are coupled regarding position and orientation in the bolt shank, where elongation values are determined to be high in the bolt shank than in an axis of the upper shank portion by constitutive material load laws. The elongation measuring sensors are arranged and spaced by a central axis (6) of the bolt shank. An independent claim is also included for a method for manufacturing a micrometer screw.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messschraube zur Ermittlung von Schraubenbelastungen, die einen Schraubenkopf und einen Schraubenschaft mit einem oberen Schaftbereich aufweist, der bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Schraube nicht an einem Objekt anliegt, wobei mindestens zwei Dehnungsmesssensoren im Schraubenschaft angeordnet und dehnungskinematisch mit dem Schraubenschaft gekoppelt sind. Eine derartige Schraube kann sowohl in Durchsteckverbindungen als auch in Einschraubverbindungen zum Einsatz kommen, um die Belastungen von Schrauben bei den jeweiligen Verbindungen zu messen.The present invention relates to a micrometer for detecting bolt loads, which has a screw head and a screw shank having an upper shank portion which does not abut an object when the screw is used properly, at least two strain gauges being arranged in the screw shank and being coupled with the screw shank in a strain-kinematical manner. Such a screw can be used both in push-through connections and in screw-in connections in order to measure the loads of screws in the respective connections.

Stand der TechnikState of the art

Für die sachgerechte Auslegung von Schrauben ist die Kenntnis ihrer Belastung erforderlich. In der Praxis lässt es sich oft nicht vermeiden, dass der Schraubenschaft neben der funktional vorgesehenen Belastung in Längsrichtung auch Nebenbelastungen in Form von Querkräften und Biegemomenten erfährt. Diese können in vielen Fällen nur durch komplexe numerische Berechnung des Belastungsfalls ermittelt werden, wobei bereits für ein solches Vorgehen die Betriebskräfte als bekannt vorausgesetzt werden müssen. Sind sie weitestgehend unbekannt, können sie nur durch Messung ermittelt werden.Proper design of screws requires knowledge of their load. In practice, it is often unavoidable that the screw shaft in addition to the functionally provided load in the longitudinal direction also experiences side loads in the form of shear forces and bending moments. In many cases, these can only be determined by complex numerical calculation of the load case, whereby the operating forces must already be assumed to be known for such a procedure. If they are largely unknown, they can only be determined by measurement.

Derzeit verfügbare Messschrauben setzen Dehnungsmesssensoren in der neutralen Faser des Schraubenschaftes ein, über die Dehnungen in Längsrichtung der Schraube erfasst werden und somit die Längsbelastung bestimmt werden kann. Zusätzliche Belastungen lassen sich damit nicht erkennen. Weiterhin erfordern die typischerweise zur Dehnungsmessung verwendeten Dehnungsmessstreifen (DMS) vergleichsweise viel Bauraum, so dass sie bei kleineren Schraubennenndurchmessern nicht genutzt werden können.Currently available micrometers use strain gauges in the neutral fiber of the screw shank, which are used to detect strains in the longitudinal direction of the screw and thus determine the longitudinal load. Additional burdens can not be detected. Furthermore, the strain gages (strain gages) typically used for strain measurement require comparatively much space, so that they can not be used with smaller nominal screw diameters.

Trotz des Einsatzes einer derartigen Messschraube und einer Auslegung der Schrauben auf Basis der Messergebnisse kommt es jedoch noch häufig zu Schraubenbrüchen.Despite the use of such a micrometer and a design of the screws based on the measurement results, however, there are still often screw breaks.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messschraube sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die eine verbesserte Auslegung von Schrauben ermöglicht, durch die die Gefahr eines Schraubenbruchs verringert wird.The object of the present invention is to provide a micrometer and a method for its production, which allows an improved design of screws, which reduces the risk of a broken screw.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit der Messschraube und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Messschraube sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the micrometer and the method according to claims 1 and 8. Advantageous embodiments of the micrometer and the method are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the exemplary embodiments.

Die vorgeschlagene Messschraube zur Ermittlung von Schraubenbelastungen weist in bekannter Weise einen Schraubenkopf und einen Schraubenschaft mit einem oberen Schaftbereich auf, der bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Schraube nicht an einem Objekt, d. h. am Gegenstück der Schraubverbindung, anliegt. Die Messschraube weist mindestens zwei Dehnungsmesssensoren auf, die hinsichtlich Position und Orientierung so im Schraubenschaft angeordnet und dehnungskinematisch mit dem Schraubenschaft gekoppelt sind, dass sie Dehnungswerte im Schraubenschaft erfassen, aus denen über konstitutive Materialgesetze Belastungen in mehr als einer Achse im oberen Schaftbereich bestimmt werden können.The proposed micrometer for the determination of screw loads has in a known manner a screw head and a screw shank with an upper shank region which, when the screw is used as intended, does not abut against an object, i. H. on the counterpart of the screw, rests. The micrometer has at least two strain gauges, which are arranged in position and orientation in the screw shaft and are coupled with the screw shaft extension-kinematically that they detect strain values in the screw shaft from which constitutive material laws loads in more than one axis in the upper shaft area can be determined.

Mit dieser Messschraube, insbesondere einer Befestigungsschraube, lässt sich eine mehrachsige Schraubenschaftbelastung indirekt bestimmen. Zum einen wurde hierbei berücksichtigt, dass viele Schraubenbrüche nicht auf die Längsbelastung, sondern auf unterschätzte Zusatzbelastungen, beispielsweise durch Biegemomente, zurückzuführen sind. Durch eine Bestimmung der mehrachsigen Belastung der Schraube im oberen Bereich des Schraubenschaftes lassen sich die Schrauben für ihren jeweiligen Einsatz sachgerechter auslegen, so dass die Anzahl unerwünschter Schraubenbrüche reduziert werden kann. Weiterhin wurde erkannt, dass eine Bestimmung dieser mehrachsigen Belastungen über konstitutive Materialgesetze möglich ist, wenn die Dehnungsmesssensoren nicht oder nicht ausschließlich in der neutralen Faser der Schraube, d. h. im Bereich der zentralen Achse des Schraubenschaftes, sondern an unterschiedlichen Stellen von diesem beabstandet angebracht sind. Dies beruht auf der Überlegung, dass zum Erfassen einer vektoriellen Größe oder einiger deren Komponenten mindestens so viele skalare Sensorsignale erfasst werden müssen wie skalare Koordinaten, die sich aus einer Projektion der Vektorgrößen bezüglich linear unabhängiger verallgemeinerter Messrichtungen im Sinne verallgemeinerter Koordinaten ergeben. Die vorgeschlagene Messschraube weist daher mindestens zwei Dehnungsmesssensoren auf, die in linear unabhängigen verallgemeinerten Richtungen messen. Optimale Positionen und Orientierungen der jeweiligen Messsensoren hängen von der zu bestimmenden Belastung ab und lassen sich beispielsweise über Simulationen vorab ermitteln. Weiterhin kann auch der Schluss vom Dehnungszustand auf den Belastungszustand durch Simulation unter Ausnutzung der konstitutiven Materialgleichungen durchgeführt werden. Grundsätzlich sind die Messsensoren so angeordnet, dass unter Ausnutzung der strukturmechanischen konstitutiven Gleichungen des Materialverhaltens mittels der gewonnenen Dehnungsinformationen eindeutig auf die im nicht anliegenden Schaftteil der Schraube vorherrschenden Belastungen geschlossen werden kann. Vorzugsweise sind dabei mindestens drei Dehnungsmesssensoren beabstandet von der zentralen Achse des Schraubenschaftes im Schraubenschaft integriert.With this micrometer, especially a fixing screw, a multi-axial screw shaft load can be determined indirectly. On the one hand, it was taken into account here that many screw fractures are not due to the longitudinal load but to underestimated additional loads, for example due to bending moments. By determining the multiaxial loading of the screw in the upper region of the screw shank, the screws can be designed more appropriately for their respective use, so that the number of undesired screw breaks can be reduced. Furthermore, it was recognized that a determination of these multi-axis loads on constitutive material laws is possible if the strain gauges are not or not exclusively in the neutral fiber of the screw, ie in the region of the central axis of the screw shaft, but at different locations spaced therefrom attached. This is based on the consideration that to capture a vectorial variable or some of its components at least as many scalar sensor signals must be detected as scalar coordinates that result from a projection of the vector quantities with respect to linearly independent generalized measurement directions in the sense of generalized coordinates. The proposed micrometer therefore has at least two strain gauges measuring in linearly independent generalized directions. Optimal positions and orientations of the respective measuring sensors depend on the load to be determined and can be determined in advance by means of simulations, for example. Furthermore, can Also, the conclusion of the strain state on the load state by simulation using the constitutive material equations are performed. In principle, the measuring sensors are arranged such that, by utilizing the structural-mechanical constitutive equations of the material behavior, it is possible to unequivocally conclude the stresses prevailing in the non-adjacent shaft part of the screw by means of the obtained strain information. Preferably, at least three strain sensors are spaced apart from the central axis of the screw shaft integrated in the screw shaft.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgeschlagenen Messschraube sind die Dehnungsmesssensoren als faseroptische Sensoren, insbesondere als Faser-Bragg-Gitter (FBG) ausgebildet. Ein Messsensor entspricht dabei einer optischen Gitterstruktur in einer Faser, wobei durch unterschiedliche Gitterstrukturen an unterschiedlichen Stellen entlang der Faser mehrere Messsensoren ausgebildet sein können. Durch entsprechende Dehnungen im Bereich der jeweiligen Messsensoren bzw. Gitterstrukturen verschiebt sich dann die jeweils vom Faser-Bragg-Gitter reflektierte Wellenlänge, so dass daraus auf den Ort und die Stärke der Dehnung zurück geschlossen werden kann. Der Ort der Dehnung ist dabei vom Ort des Faser-Bragg-Gitters im Schraubenschaft, die Richtung der Dehnung aus der Orientierung der Faser an diesem Ort bekannt. Der faseroptische Sensor erfasst Dehnungen, die tangential zur Faserachse am Ort des Faser-Bragg-Gitters verlaufen. Durch den Einsatz von faseroptischen Sensoren wird das Bauraumproblem der bekannten Dehnungsmessstreifen vermieden. Faseroptische Sensoren beanspruchen deutlich weniger Bauraum und lassen sich damit auch für Schrauben mit relativ geringem Schraubennenndurchmesser einsetzen.In a preferred embodiment of the proposed micrometer, the strain gauges are designed as fiber optic sensors, in particular as a fiber Bragg grating (FBG). A measuring sensor corresponds to an optical lattice structure in a fiber, wherein a plurality of measuring sensors can be formed by different lattice structures at different points along the fiber. By corresponding expansions in the region of the respective measuring sensors or grating structures, the wavelength respectively reflected by the fiber Bragg grating shifts, so that conclusions can be drawn about the location and the extent of the stretching. The location of the strain is known from the location of the fiber Bragg grating in the screw shaft, the direction of the strain from the orientation of the fiber at this location. The fiber optic sensor detects strains that are tangent to the fiber axis at the location of the fiber Bragg grating. Through the use of fiber optic sensors, the space problem of the known strain gauges is avoided. Fiber optic sensors require significantly less space and can thus be used for screws with a relatively small nominal screw diameter.

Vorzugsweise weist der Schraubenkopf eine oder mehrere Öffnungen oder Bohrungen auf, über die die eine oder die mehreren optischen Fasern, aus denen die faseroptischen Sensoren gebildet sind, aus dem Schraubenschaft ausgeleitet bzw. in den Schraubenschaft eingeleitet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Messschraube werden dabei mindestens drei optische Fasern eingesetzt, die beabstandet von der zentralen Achse des Schraubenschaftes parallel zur zentralen Achse im Schraubenschaft integriert sind. Dabei lassen sich beispielsweise jeweils drei Dehnungsmesssensoren in der gleichen Ebene senkrecht zum Schraubenschaft anordnen. Durch die Ausbildung mehrerer dieser Sensoren entlang der einzelnen optischen Fasern kann eine große Anzahl von Dehnungsmesswerten an unterschiedlichen Positionen im Schraubenschaft erfasst werden, aus denen die mehrachsige Belastung des freien (oberen) Schaftbereiches abgeleitet werden kann. Die mindestens drei optischen Fasern sind hierbei vorzugsweise in gleichem Abstand von der zentralen Achse des Schraubenschaftes im Schraubenschaft integriert.Preferably, the screw head has one or more openings or bores through which the one or more optical fibers from which the fiber-optic sensors are formed are led out of the screw shaft or introduced into the screw shaft. In an advantageous embodiment of the micrometer while at least three optical fibers are used, which are spaced from the central axis of the screw shaft parallel to the central axis in the screw shaft integrated. In this case, for example, each three strain gauges can be arranged in the same plane perpendicular to the screw shaft. By forming a plurality of these sensors along the individual optical fibers, a large number of strain measurements can be acquired at different positions in the screw shaft, from which the multiaxial loading of the free (upper) shaft region can be derived. The at least three optical fibers are in this case preferably integrated at the same distance from the central axis of the screw shaft in the screw shaft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Messschraube wird mindestens eine optische Faser mit den faseroptischen Sensoren eingesetzt, die in die Mantelfläche des Schraubenschaftes eingebettet und um den Schraubenschaft bzw. den inneren Bereich des Schraubenschaftes gewickelt ist. Die Steigung dieser Wicklung ist α < 88°. Durch eine derartige spiral- oder schraubenförmige Wicklung ist eine einzige optische Faser für die Erfassung von Messwerten zur Bestimmung der mehrachsigen Belastungen im oberen Schaftbereich ausreichend. Es lassen sich jedoch auch mehrgängige Wicklungen mit mehreren spiralförmig angeordneten optischen Fasern realisieren. Die einzelnen faseroptischen Sensoren in der Faser bzw. den Fasern sollten dabei selbstverständlich nicht auf einer einzigen Linie parallel zur zentralen Achse liegen.In a further advantageous embodiment of the proposed micrometer, at least one optical fiber with the fiber optic sensors is used, which is embedded in the lateral surface of the screw shaft and wound around the screw shaft or the inner region of the screw shank. The slope of this winding is α <88 °. By means of such a helical or helical winding, a single optical fiber is sufficient for the acquisition of measured values for determining the multi-axial loads in the upper shaft region. However, it is also possible to realize multi-turn windings with a plurality of spirally arranged optical fibers. It goes without saying that the individual fiber-optic sensors in the fiber or the fibers should not lie on a single line parallel to the central axis.

Beim vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung der Messschraube werden Bohrungen bzw. Kanäle im Schaft erzeugt und/oder ein oder mehrere Schlitze in den Mantel des Schaftes eingebracht. In diese Bohrungen, Kanäle oder Schlitze werden dann die eine oder mehreren optischen Fasern mit den faseroptischen Sensoren eingebracht und dehnungskinematisch mit dem Schraubenmaterial verbunden. Unter der dehnungskinematischen Verbindung wird hierbei verstanden, dass eine Dehnung des Schraubenmaterials in eine proportionale Dehnung der optischen Faser umgesetzt wird. Die optischen Fasern können hierbei beispielsweise in den Schlitz eingeklebt werden, so dass die Dehnung der lokalen Schraubenoberfläche durch den ausgehärteten Klebstoff auf die Faser übertragen wird. Selbstverständlich sollte dies so erfolgen, dass das Gewinde der Messschraube durch diese Maßnahme noch seine Funktion erfüllt. In einer weiteren Ausgestaltung werden die Schlitze durch ein Kaltumformverfahren, beispielsweise das Rotationsschmiedeverfahren, unter Einbettung der Fasern geschlossen und anschließend das Gewinde aufgebracht.In the proposed method for producing the micrometer holes or channels are generated in the shaft and / or one or more slots introduced into the shell of the shaft. In these holes, channels or slots, the one or more optical fibers are then introduced with the fiber optic sensors and connected in a strain kinematics with the screw material. In this case, the expansion-kinematical connection is understood as meaning that an expansion of the screw material is converted into a proportional elongation of the optical fiber. For example, the optical fibers may be glued into the slot so that the elongation of the local screw surface is transferred to the fiber by the cured adhesive. Of course, this should be done so that the thread of the micrometer by this measure still fulfills its function. In a further embodiment, the slots are closed by a cold forming process, for example, the rotary forging process, embedding the fibers and then applied the thread.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorgeschlagene Messschraube sowie das Verfahren zu deren Herstellung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The proposed micrometer and the method for their preparation will be briefly explained again with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 ein Beispiel für den Aufbau einer Messschraube gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Erfindung in Seitenansicht und in Draufsicht; 1 an example of the construction of a micrometer according to an embodiment of the proposed invention in side view and in plan view;

2 ein Beispiel für die Messschraube in eingeschraubtem Zustand bei bestimmungsgemäßem Gebrauch; 2 an example of the micrometer in the screwed state when used as intended;

3 ein Beispiel für eine weitere mögliche Ausgestaltung der Messschraube anhand eines Abschnittes des Schraubenschaftes; und 3 an example of a further possible embodiment of the micrometer on the basis of a portion of the screw shaft; and

4 ein Beispiel für die Einbettung einer optischen Faser mit den faseroptischen Sensoren gemäß einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens. 4 an example of the embedding of an optical fiber with the fiber optic sensors according to an embodiment of the proposed method.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

1 zeigt in zwei Teilabbildungen eine mögliche Ausgestaltung der vorgeschlagenen Messschraube in Seitenansicht (Teilansicht) und Draufsicht. Die Messschraube setzt sich in bekannter Weise aus einem Schraubenkopf 8 und einem Schraubenschaft 9 zusammen. Der Schraubenschaft 9 trägt das Gewinde, das in dieser Darstellung nicht zu erkennen ist. In der vorliegenden Ausgestaltung ist auf einer Seite des Schraubenschaftes 9 eine Kerbe 3 in Längsrichtung des Schraubenschaftes ausgebildet, in die eine optische Faser 1 eingebettet ist. Die optische Faser 1 wird über eine Bohrung 2 im Schraubenkopf 8 durch den Schraubenkopf ausgeleitet, um über dieses Ende der optischen Faser die Dehnungsmessungen vornehmen zu können. 1 shows in two partial illustrations a possible embodiment of the proposed micrometer in side view (partial view) and plan view. The micrometer is in a known manner from a screw head 8th and a screw shaft 9 together. The screw shaft 9 carries the thread, which can not be seen in this illustration. In the present embodiment is on one side of the screw shaft 9 a notch 3 formed in the longitudinal direction of the screw shaft into which an optical fiber 1 is embedded. The optical fiber 1 gets over a hole 2 in the screw head 8th passed through the screw head in order to make the strain measurements on this end of the optical fiber can.

In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden drei optische Fasern 1 beabstandet von der zentralen Achse 6 des Schraubenschaftes parallel zu dieser zentralen Achse in den Schraubenschaft 9 integriert. Dies ist in der Draufsicht auf den Schraubenkopf 8 im unteren Teil der 1 zu erkennen. Die drei optischen Fasern 1 sind hierbei in gleichem Abstand zur zentralen Achse 6 und in gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die dehnungskinematische Kopplung mit dem Schraubenschaft erfolgt dabei über einen geeigneten Klebstoff 4, der in der Figur angedeutet ist. In dieser Ausgestaltung sind entlang jeder optischen Faser 1 mehrere Faser-Bragg-Gitter ausgebildet, um möglichst viele Dehnungsmesswerte gleichzeitig erfassen zu können. Die einzelnen Faser-Bragg-Gitter, die den faseroptischen Sensoren entsprechen, sind in den Figuren nicht explizit dargestellt.In the embodiment shown here are three optical fibers 1 spaced from the central axis 6 of the screw shaft parallel to this central axis in the screw shaft 9 integrated. This is in the plan view of the screw head 8th in the lower part of the 1 to recognize. The three optical fibers 1 are in the same distance to the central axis 6 and arranged at the same distance from each other. The expansion kinematics coupling with the screw shaft takes place via a suitable adhesive 4 which is indicated in the figure. In this embodiment, along each optical fiber 1 formed multiple fiber Bragg gratings to simultaneously detect as many strain measurements can. The individual fiber Bragg gratings corresponding to the fiber optic sensors are not explicitly shown in the figures.

2 zeigt die bestimmungsgemäße Nutzung einer derartigen Schraube zur Verbindung zweier Bauteile 11, 12. Aus der Figur ist der obere Schaftbereich 7 erkennbar, der bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Schraube keinen Kontakt zu einem Bauteil hat. In dieser Abbildung ist auch eine der Fasern 1 angedeutet, die aus dem Schraubenkopf 8 herausragt. 2 shows the intended use of such a screw for connecting two components 11 . 12 , From the figure, the upper shaft portion 7 recognizable, which has no contact with a component under normal use of the screw. In this illustration is also one of the fibers 1 indicated from the screw head 8th protrudes.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Messschraube, bei der lediglich eine optische Faser 1 eingesetzt wird. Die Figur zeigt hierbei lediglich einen Abschnitt des Schraubenschaftes 9 mit dem Verlauf der optischen Faser 1. Die optische Faser 1 ist hierbei in Form einer Spiral- oder Schraubenlinie 5 unter einem Steigungswinkel α um den Schraubenschaft 9 herum gewickelt. Die Faser kann dabei in gleicher Weise durch eine nicht dargestellte Öffnung im Schraubenkopf 8 aus der Schraube herausgeführt werden. Die optische Faser wird bei dieser Ausgestaltung in den Mantelbereich des Schraubenschaftes 9 geeignet eingebettet, wobei die einzelnen faseroptischen Sensoren bzw. Faser-Bragg-Gitter an mehreren Stellen entlang der optischen Faser 1 ausgebildet sind. 3 shows a further embodiment of the proposed micrometer, in which only an optical fiber 1 is used. The figure shows only a portion of the screw shaft 9 with the course of the optical fiber 1 , The optical fiber 1 is here in the form of a spiral or helical line 5 at a pitch angle α around the screw shaft 9 wrapped around. The fiber can in the same way through an opening, not shown, in the screw head 8th be led out of the screw. The optical fiber is in this embodiment in the cladding region of the screw shaft 9 embedded, wherein the individual fiber optic sensors or fiber Bragg gratings at several points along the optical fiber 1 are formed.

Eine Möglichkeit zur Integration der optischen Fasern bei der vorgeschlagenen Messschraube in den Schraubenschaft besteht in der Ausformung von Schlitzen im Mantel des Schraubenschaftes, in die dann die optischen Fasern eingebettet werden. 4 zeigt hierzu ein Beispiel, bei dem zunächst ein Schlitz im Schraubenschaft erzeugt und die optische Faser 1 dann in diesen Schlitz gelegt wird (4a). Anschließend erfolgt durch Kaltumformen, beispielsweise durch Rotationsschmieden, eine vollständige Einbettung der Faser 1 in den Schraubenschaft 9. Dies ist durch die Teilabbildungen 4b und 4c veranschaulicht. Nach dieser Integration der optischen Faser 1 in den Schraubenschaft wird das Gewinde 10 aufgebracht, beispielsweise durch Gewinderollen oder Gewindeschneiden. Ein fertig gestellter Teil des Schraubenschaftes mit der integrierten optischen Faser 1 und dem Gewinde 10 ist in der Teilabbildung 4d schematisch dargestellt.One way to integrate the optical fibers in the proposed micrometer in the screw shaft is the formation of slots in the sheath of the screw shaft, in which then the optical fibers are embedded. 4 shows an example in which first generates a slot in the screw shaft and the optical fiber 1 then put into this slot ( 4a ). Subsequently, by cold forming, for example by rotary forging, a complete embedding of the fiber 1 in the screw shaft 9 , This is through the partial pictures 4b and 4c illustrated. After this integration of the optical fiber 1 in the screw shaft is the thread 10 applied, for example by thread rolling or threading. A finished part of the screw shaft with the integrated optical fiber 1 and the thread 10 is in the part picture 4d shown schematically.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
optische Faseroptical fiber
22
Bohrungdrilling
33
Kerbe in LängsrichtungNotch in the longitudinal direction
44
Klebstoffadhesive
55
Schraubenlinie der FaserwicklungHelix of the fiber winding
66
zentrale Achsecentral axis
77
oberer Schaftbereichupper shaft area
88th
Schraubenkopfscrew head
99
Schraubenschaftscrew shaft
1010
Gewindethread
1111
Bauteilcomponent
1212
Bauteilcomponent

Claims (10)

Messschraube zur Ermittlung von Schraubenbelastungen, die einen Schraubenkopf (8) und einen Schraubenschaft (9) mit einem oberen Schaftbereich (7) aufweist, der bei bestimmungsgemäßer Benutzung der Schraube nicht an einem Objekt anliegt, wobei mindestens zwei Dehnungsmesssensoren so im Schraubenschaft (9) angeordnet und dehnungskinematisch mit dem Schraubenschaft (9) gekoppelt sind, dass sie Dehnungswerte im Schraubenschaft (9) erfassen, aus denen über konstitutive Materialgesetze Belastungen in mehr als einer Achse im oberen Schaftbereich (7) bestimmt werden können.Measuring screw for determining bolt loads, which is a screw head ( 8th ) and a screw shaft ( 9 ) with an upper shaft region ( 7 ), which does not abut an object when the screw is used as intended, wherein at least two strain gauges so in Screw shank ( 9 ) and strain kinematically with the screw shank ( 9 ) are coupled so that they have expansion values in the screw shank ( 9 ), from which, via constitutive material laws, loads in more than one axis in the upper shaft region ( 7 ) can be determined. Messschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Dehnungsmesssensoren beabstandet von einer zentralen Achse (6) des Schraubenschaftes (9) angeordnet sind.Micrometer according to claim 1, characterized in that at least three strain gauges are spaced from a central axis ( 6 ) of the screw shaft ( 9 ) are arranged. Messschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesssensoren faseroptische Sensoren sind.Micrometer according to claim 1 or 2, characterized in that the strain gauges are fiber optic sensors. Messschraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptischen Sensoren mehrere optische Fasern (1) umfassen, die durch eine oder mehrere Öffnungen (2) im Schraubenkopf (8) geführt sind.Micrometer according to claim 3, characterized in that the fiber-optic sensors comprise a plurality of optical fibers ( 1 ) passing through one or more openings ( 2 ) in the screw head ( 8th ) are guided. Messschraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Fasern (1) beabstandet von der zentralen Achse (6) des Schraubenschaftes (9) parallel zur zentralen Achse (6) im Schraubenschaft (9) integriert sind.Micrometer according to claim 4, characterized in that the optical fibers ( 1 ) spaced from the central axis ( 6 ) of the screw shaft ( 9 ) parallel to the central axis ( 6 ) in the screw shaft ( 9 ) are integrated. Messschraube nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei der optischen Fasern (1) in gleichem Abstand von der zentralen Achse (6) des Schraubenschaftes (9) im Schraubenschaft (9) integriert sind.Micrometer according to claim 5, characterized in that at least three of the optical fibers ( 1 ) equidistant from the central axis ( 6 ) of the screw shaft ( 9 ) in the screw shaft ( 9 ) are integrated. Messschraube nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die faseroptischen Sensoren mindestens eine optische Faser (1) umfassen, die in Form einer Wicklung mit Steigungswinkel α < 88° in einem Mantelbereich des Schraubenschaftes (9) in den Schraubenschaft (9) integriert ist.Micrometer according to claim 3, characterized in that the fiber-optic sensors comprise at least one optical fiber ( 1 ) in the form of a winding with a pitch angle α <88 ° in a jacket region of the screw shank ( 9 ) in the screw shaft ( 9 ) is integrated. Verfahren zur Herstellung einer Messschraube nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem mehrere Bohrungen und/oder ein oder mehrere Schlitze in den Schraubenschaft (9) eingebracht werden, in die eine oder mehrere optische Fasern (1) mit faseroptischen Sensoren eingelegt oder eingeführt und dehnungskinematisch mit dem Schraubenschaft (9) verbunden werden.Method for producing a micrometer according to one of the preceding claims, in which a plurality of bores and / or one or more slots in the screw shank ( 9 ) into which one or more optical fibers ( 1 ) are inserted or introduced with fiber optic sensors and stretch kinematically with the screw shaft ( 9 ) get connected. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die optischen Fasern (1) durch ein Kaltumformverfahren in den Schraubenschaft (9) eingebettet und dehnungskinematisch mit dem Schraubenschaft (9) verbunden werden.Method according to Claim 8, in which the optical fibers ( 1 ) by a cold forming process in the screw shank ( 9 ) and strain kinematically with the screw shank ( 9 ) get connected. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die optischen Fasern (1) durch einen Klebstoff dehnungskinematisch mit dem Schraubenschaft (9) verbunden werden.Method according to Claim 8, in which the optical fibers ( 1 ) by an adhesive kinematics with the screw shank ( 9 ) get connected.
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