DE102012005614B4 - Sensorisches Verbindungselement und Herstellverfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung im Wesentlichen bestehend aus nur einer Tragstruktur und mindestens einer Sensoreinheit mit der Aufgabe eines Verbindungselementes mit integrierter Sensorik, zur Erfassung von Lasten während des Anziehvorganges und/oder im Betrieb sowie deren Wirkrichtung mit einer Schnittstelle zur Ausgabe von Messgrößen sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur mit der Aufgabe eines Verbindungselementes mit integrierter Sensorik zur Erfassung von Lasten sowie deren Wirkrichtung mit einer Schnittstelle zur Ausgabe von Messgrößen geeignet zur automatisierten Signalverarbeitung. Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Schraube, ein Bolzen, eine Gewindestange, ein Niet oder ein Schraubanker sein. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Herstellung dieser Anordnung durch eine plastische Formgebung.
  • Stand der Technik
  • In vielen Bereichen der Technik, z. B. im Fahrzeug- oder Maschinenbau sowie im Stahlbau muss beim Verspannen einer Verbindung eine definierte Montagekraft aufgebracht werden um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Um Schäden oder Unfälle zu vermeiden, muss während des gesamten Lebenszyklus der Verbindung eine ausreichende Vorspannkraft erhalten bleiben. Diese kann sich jedoch aufgrund von Betriebslasten, Temperaturwechseln oder Setzungseffekten verändern. Weiterhin kann ein Monitoring der einwirkenden Kräfte, insbesondere auch von Querkräften, zur Überwachung der Verschraubung wünschenswert sein. Diese können durch Betriebslasten quer zur Verbindungsachse auftreten. Um ein ganzheitliches Belastungsmonitoring der Verbindung zu ermöglichen, müssen zumindest Axial- und Querkräfte, ggf. auch weitere Größen wie Temperatur oder Luftfeuchte von der Messanordnung aufgenommen werden. Da Verbindungselemente in vielen Anwendungen genutzt werden, ist die kostengünstige Herstellung eine wichtige Anforderung an diese Produktgattung.
  • Um die Tragfähigkeit von Verbindungen zu gewährleisten, muss die Vorspannkraft in regelmäßigen Abständen überprüft werden. Dies ist jedoch an handelsüblichen Verschraubungsmitteln nach dem Beenden des Anziehvorgangs aufwändig. Daher ist es in vielen Anwendungsbereichen üblich, dass Personal in regelmäßigen Abständen die Anlage wartet, ohne dass dabei die in den Verspannungsmitteln tatsächlich herrschende Vorspannkraft bekannt ist. Dabei werden entweder alle Verschraubungsmittel mit einer empirisch ermittelten Kraft nachgezogen oder präventiv ausgetauscht und oft mit einem vorgegebenen Anzugsmoment befestigt. Um unnötige Kosten zu vermeiden und die Sicherheit der Verbindung zu erhöhen wäre es daher vorteilhaft, wenn die Wartungsintervalle Bedarfsgerecht gesteuert würden. Wartungszyklen in zeitlich fixen Intervallen haben auch den Nachteil, dass die Verbindungen innerhalb der Zyklen versagen könnten. Um Bedarfsgerecht reagieren zu können, muss die Axialkraft der Schraube überwacht werden. Dazu sind verschiedene Überwachungsvorrichtungen und Anordnungen bekannt, auf die im Folgenden eingegangen wird.
  • Generell ist eine differentielle Bauweise, welche als Merkmal das additive Zusammenfügen von Einzelteilen mit gegebenenfalls unterschiedlichen Werkstoffen besitzt, nachteilig im Hinblick auf den Aufwand bei der Herstellung und den daraus resultierenden Kosten. Aus technologischer Sicht weisen die Lehren basierend auf der differentiellen Bauweise oft Nachteile durch viele Einzelteile im Kraftfluss und der daraus resultierenden Nachgiebigkeit sowie Streuungen durch Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile auf.
  • Grundsätzlich wird unterschieden, ob die Messelemente oder Messvorrichtungen die Schraubverbindung Prüfen, Überwachen und/oder Protokollieren sollen. Bei verschiedenen Messprinzipien werden die Messwerte im Laufe der Nutzung und Herstellung der Verbindung ausgewertet. Dazu wird eine von der Messanordnung ausgehende Datenübertragung benötigt. Die Eignung zur automatisierten Auswertung hängt von den Ausgangssignalen der Messvorrichtung ab.
  • Einige Anordnungen sind in der Lage, Veränderungen der Vorspannkraft zu überwachen. So wird in der Erfindung DE 000019854062 C1 vorgeschlagen, die Messwerte, extern protokollieren zu lassen. Diese Erfindung besitzt den Nachteil, dass weitere Elemente in der Verbindung verbaut werden müssen, welche eine zusätzliche Nachgiebigkeit erzeugen, besondere Maßnahmen und Aufwände während der Montage erfordern und die Komplexität des Aufbaus hoch ist.
  • Auch in der WO 2011020454 A1 , welche sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Vorspannkraft einer Schraubverbindung bezieht, erzeugt ein Sensor Daten, die vom Wert der Vorspannkraft und/oder von einer Änderung der Vorspannkraft abhängig und elektronisch verwertbar sind. Bei Nutzung dieser Lehre erweist sich der Aufbau als nicht zufriedenstellend, da Elemente aufwändig zueinander positioniert werden müssen.
  • Aus der EP 000001764596 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, welche die Messergebnisse mittels Funktechnik weitergibt. Durch die bereits vorhandene Datenschnittstelle ist ein solches Verfahren für die automatisierte Auswertung geeignet. Allerdings ist der Messaufbau sehr aufwendig und somit nicht kostengünstig. Zudem ist die Vorrichtung rein auf die Messung der Vorspannung beschränkt.
  • Die Lehre der US 000004904132 A bedient sich eines optischen Ausgabeverfahrens: Bei Spannungsänderungen innerhalb des Verbindungselementes verfärbt sich ein im Schraubenkopf eingelassenes Anzeigeelement. Hier erweist sich die kontinuierliche Überwachung als problematisch und für optisch abgeschlossene Systeme unmöglich.
  • In der DE 000004421959 A1 wird vorgeschlagen, die Anlage einer Schraube visuell zu kontrollieren, wodurch die Vorspannung diskret erfasst werden kann. Für die Aufgabe einer kontinuierlichen und automatisierten Auswertung erscheint dieser Lösungsvorschlag nicht geeignet.
  • Die in US 020020054809 A1 beschriebene Erfindung überwacht die Vorspannkraft basierend auf einer mechanischen Methode mittels Tellerfedern, und im Falle eines Versagens der Schraube gibt sie ein optisch auslesbares Signal aus. Diese Lehre besitzt den Nachteil, dass ein weiteres Element in der Verbindung verbaut werden muss, welches eine zusätzliche Nachgiebigkeit erzeugt, besondere Maßnahmen und Aufwände während der Montage erfordert und die Komplexität des Aufbaus erhöht.
  • Grundsätzlich können drei verschiedene Anordnungen zur Überwachung der Klemmkraft in einer Verbindung unterschieden werden: Die Verwendung externer Vorrichtungen, zusätzliche Elemente in der Verbindung und die Erfassung der Klemmkraft innerhalb oder direkt am Verbindungselement.
  • Bekannt sind nicht nur Vorrichtungen um Vorspannkräfte im Betrieb messen zu können, sondern auch solche die während des Anziehvorganges die in der Verbindung herrschende Axialkraft überwachen.
  • Sobald in Erfindung DE 000019960040 A1 beim Anziehvorgang die gewünschte Kraft erreicht wird, geben die beschriebenen Vorrichtungen ein Signal aus. Nach dem Anziehvorgang werden diese wieder entfernt, und stehen folglich nicht mehr für Messungen am Verbindungselement zur Verfügung.
  • Zur Überwachung der Klemmkraft durch Vorrichtungen im Betrieb ist aus DE 10 2005 002 592 A1 eine Anordnung bekannt, welche die Vorspannkraft des Verschraubungsmittels prüfen kann. Diese bleibt jedoch nicht dauerhaft auf der Schraubverbindung installiert und benötigt außerdem einen Bediener.
  • Weiterhin wird in EP 000001764596 A2 eine Messvorrichtung beschrieben, welche auf den Schraubenkopf aufgesetzt wird. Aufgrund einer hydraulischen Vorrichtung und eines Messstabes, welcher sich in einer Bohrung innerhalb der Schraube befindet und sich proportional mit der axialen Dehnung bewegt, werden Spannungsänderungen erfasst. Nachteilig sind die Komplexität des Aufbaus sowie die Größe der Vorrichtung, wodurch die Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt werden.
  • Beim Einsatz zusätzlicher Elemente um die Vorspannkraftänderung in Verbindungen zu messen, ist die Sensorik nicht direkt im bzw. am Verbindungselement integriert. DE 000019854062 C1 beschreibt eine Unterlegscheibe, welche entweder zwischen Schraubenkopf und Werkstück oder Schraubenmutter und Werkstück eingesetzt wird. Durch die Dickenänderungen von Dielektrizitätsschichten und den daraus resultierenden Kapazitätsänderungen wird die herrschende Vorspannkraft bestimmt. Diese Erfindung besitzt den Nachteil, dass weitere Elemente in der Verbindung verbaut werden müssen, welche eine zusätzliche Nachgiebigkeit erzeugen, besondere Maßnahmen und Aufwände während der Montage erfordern und die Komplexität des Aufbaus erhöhen.
  • Ein ähnliches Konzept wird auch in der DE 10 2009 043 267 A1 verwendet. Nachteilig ist bei diesen Erfindungen, dass der kapazitive Sensor nicht in der Schraube selbst eingebaut ist, was die Messung verfälschen kann.
  • In DE 000003934952 A1 wird eine weitere Überwachungsanordnung vorgeschlagen, die einen die Vorspannkraft des Verbindungselementes in der Einbaulage aufnehmenden und an das Verbindungselement angrenzend montierten Kraftsensor enthält. Der Kraftsensor ist in Form einer Federanordnung und einem zugeordneten, federwegabhängigen Schaltkontakt realisiert. Bei Erreichen der Sollvorspannung des Verbindungselementes ist der Schaltkontakt geschlossen. Die Schaltlage wird zur Kontrolle der Vorspannkraft periodisch durch einen elektrischen Prüfkreis überwacht. Diese Erfindung besitzt den Nachteil, dass ein weiteres Element in der Verbindung verbaut werden muss, welches eine zusätzliche Nachgiebigkeit erzeugt, besondere Maßnahmen und Aufwände während der Montage erfordert und die Komplexität des Aufbaus erhöht.
  • Als vorteilhafter sind daher Anordnungen anzusehen, bei denen Elemente zur Erfassung der Klemmkraft innerhalb oder direkt am Verbindungselement angebracht sind. Ein derartiger Ansatz wird in der DE 10 2009 060 441 A1 verfolgt. Nachteil hierbei sind die empfindlichen Schichten an der Oberfläche. Diese können während der Montage oder im Betrieb leicht beschädigt werden was zu Verfälschungen der Messwerte führt.
  • Auch aus der DE 10 2004 038 638 B3 sind Verbindungselemente mit integriertem Sensor zur Ermittlung von Axialkräften bekannt. Ein im Schraubenkopf integrierter Wandler, welcher piezoelektrische Eigenschaften aufweist, emittiert Ultraschallwellen, die am Schraubenende reflektiert werden. Derselbe Wandler dient auch als Sensor, um die emittierten akustischen Signale aufzunehmen. Bei einer Änderung der Axialspannung der Schraube verändert sich die Ultraschallpermeabilität des Werkstoffes, und damit werden Rückschlüsse auf die noch vorhandene Vorspannkraft ermöglicht. Nachteilig ist die Anfälligkeit gegenüber Störeinflüssen aus der Umgebung.
  • DE 000019710960 A1 beschreibt eine Befestigungsschraube, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfauflagefläche mit einer Piezokeramik, elektrisch isolierenden und elektrisch leitenden Materialien beschichtet ist und die elektrisch leitenden Schichten an einer im verschraubten Zustand zugängliche Stelle kontaktierbar sind, dessen Signale elektronisch weiterverarbeitet werden. Nachteil hierbei sind die empfindlichen Schichten an der Oberfläche. Diese können während der Montage oder im Betrieb leicht beschädigt werden was zu Verfälschungen der Messwerte führt.
  • Neben den beschriebenen Ansprüchen zur Messung von Axialkräften in Verspannungselementen, sind auch Verfahren und Anordnungen für die Messung von Querkräften bekannt. Dazu kommen in der Regel Kraftmessbolzen zum Einsatz. Dabei wird unterschieden, ob diese Anordnungen in der Lage sein sollen auch die Aufgabe eines Verbindungselementes zu erfüllen.
  • In EP 000001933121 A2 wird ein Kraftmessbolzen mit integrierter Messsensorik beschrieben. Aufgrund der vielen benötigten Einzelteile und Formelemente handelt es sich allerdings um einen aufwendigen Aufbau.
  • In der DE 10 2004 038 638 B3 wird die Messung mechanischer Spannungen mittels Ultraschallwellen, welche durch Piezoaktoren erzeugt werden, durchgeführt. Die Scherspannung innerhalb des Bolzens verändert die Ultraschallpermeabilität des Werkstoffes, was wiederum einen Rückschluss auf den Spannungszustand ermöglicht.
  • In einem Bolzen auftretende Scherkräfte können auch alternativ mithilfe von Dehnmesstreifen ermittelt werden, wie in Lehre DE 10 2005 004 060 A1 gezeigt. Bei der genannten Anordnung handelt es sich um einen Messbolzen. Der Aufwand bei Anwendung dieser Lehre erscheint für Befestigungsaufgaben unangemessen hoch.
  • Auch DE 10 2006 007 385 A1 erfasst auftretende Scherkräfte in einem Bolzen mithilfe von Dehnmesstreifen und erfüllt dabei keine Verbindungsaufgabe.
  • Im Sinne der Erfindung geeigneter sind Kraftmessbolzen, die auch die Aufgabe eines Verbindungselementes erfüllen und in der Lage sind Lasten quer zur Verbindungsachse zu erfassen. DE 000010111020 A1 beschreibt ein solches Verbindungselement mit einem Magnetfeld erzeugenden und einem davon beabstandeten magnetisch sensitiven Element. Das vorgeschlagene Verbindungselement eignet sich insbesondere zur Erfassung einer auf den Sitz eines Fahrzeuges einwirkenden Kraft oder mechanischen Spannung. Die Tragfähigkeit dieses Verbindungselementes ist allerdings durch seine Bauart vermindert, da es über weite Bereiche geschlitzt ist.
  • DE 000010242256 A1 beschreibt einen Kraftmessbolzen, welcher mit einem Gewinde versehen ist und daher als Verschraubungsmittel verwendet werden kann. Zur Kraftmessung wird eine Kraftmessbuchse vorgesehen, welche im elastischen Schraubenschaft integriert ist. Bei einer Scherbelastung entsteht im Schaft eine Zug/Druckspannung, die von der Sensorik erfasst wird. Nachteilig ist der komplexe Aufbau, welcher durch die benötigten Geometrieelemente bedingt ist.
  • Aufgabenstellung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tragstruktur mit Sensoreinheit zu schaffen, die als Verbindungselement mit integrierter Sensorik zur Aufnahme von Axial- und/oder Querlasten beim Verspannen der Verbindung und/oder im Betrieb dienen kann. Dabei soll eine ähnliche Tragfähigkeit wie bei handelsüblichen Befestigungsschrauben erzielt werden. Das Sensorkonzept soll durch Temperatur- und Feuchtesensoren erweitert werden können, um Störeinflüsse auf die Lastmessung zu kompensieren.
  • Um ein Klaffen der Komponenten im Verbund unter Zugbelastung zu verhindern, soll die Sensoreinheit unter axialer Vorspannung in der Tragstruktur gefügt sein. Des Weiteren soll der Kontaktbereich zwischen Tragstruktur und Sensoreinheit genug Auflagefläche bieten, um den Kraftfluss zwischen den Komponenten sicherzustellen.
  • Das Messprinzip sowie die übrige Anordnung aus Signalweiterleitung und Schnittstellen sollen in der Lage sein, eine kontinuierliche Signalübertragung zu ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Lehre soll ferner dazu dienen, die Tragstruktur mit wenig Aufwand herzustellen. Es soll ein geringer Bauraumbedarf für die Sensorik und deren Vorspannung benötigt werden.
  • Um den Aufbau bestehend aus Tragstruktur und Sensoreinheit zu realisieren, wird auch ein Herstellverfahren benötigt, welches die Integration der Sensoreinheit sowie die Kraftübertragung zwischen Tragstruktur und Sensoreinheit ermöglicht. Das Herstellverfahren soll die simultane Formgebung der Tragstruktur und die Einbettung der Sensoreinheit ermöglichen.
  • Darstellung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß besteht der vorgeschlagene Aufbau im Wesentlichen aus einer Tragstruktur (14) und einer Sensoreinheit (10). Aufgabe der Tragstruktur (14) ist die eines Verbindungselementes. Die Tragstruktur (14) besteht an deren Enden aus einem Gewindebereich (1) sowie einem Kopfteil (7) oder alternativ einem weiteren Gewindebereich (1). Dazu kommt ein elastischer Bereich (2) innerhalb dem die Sensoreinheit (10) integriert ist. Die Sensoreinheit (10) liegt dabei im Nebenkraftfluss der Tragstruktur (14) und ist koaxial im Inneren angeordnet. Um die Vorteile dieses einfachen Aufbaus besser auszunutzen, soll die Sensoreinheit (10) bei dem Herstellungsprozess der Tragstruktur (14) integriert werden. Die Sensoreinheit (10) übernimmt die Aufgabe die im Verbindungselement wirkende axiale Vorspannkraft sowie auftretende Querkräfte zu messen. Um eine kontinuierliche Überwachung zu ermöglichen, werden Ausführungen für die Signalweiterleitung (8) vorgeschlagen. Weiterhin kann das Verbindungselement um einen plastischen Dehnbereich (6) erweitert sein.
  • Um die Tragstruktur (14) in einem umformtechnischen Herstellverfahren darzustellen, ist es notwendig mit Werkzeugen oder -segmenten in radialer Richtung auf die Tragstruktur (14) einzuwirken, um die Hinterschnitte in axialer Richtung zur Aufnahme der Sensoreinheit (10) im Inneren der Tragstruktur (14) zu erzeugen. Dabei dürfen die Umformkräfte die Beanspruchbarkeit der Sensoreinheit (10) nicht überschreiten. Während der Plastifizierung der Tragstruktur (14) wird die Sensoreinheit (10) derart integriert, dass ein kombinierter Kraft- und Formschluss zwischen Tragstruktur (14) und Sensoreinheit (10) entsteht. Erreicht wird dies durch die resultierenden Eigenspannungen nach dem Umformprozess bei Raumtemperatur und/oder durch zusätzliche lokale oder globale Erwärmung der Tragstruktur (14) von extern und/oder durch Prozesswärme bei der Herstellung der Tragstruktur (14) und der anschließenden Schrumpfung durch Abkühlung, welche blockiert wird durch die entstandenen Hinterschnitte an der Tragstruktur (14) und durch das Vorhandensein der Sensoreinheit (10) an dieser Stelle. Durch den Winkel der Kontaktgeometrie (26) an Sensoreinheit (10) und Tragstruktur (14) können die entstehenden axialen Zugspannungen (19) resultierend aus den Eigenspannungen und die Beanspruchung der Sensoreinheit während des Herstellprozesses geeignet eingestellt werden. Der am besten geeignetste Winkel (26) kann für einen gegebenen Geometrie- und Lastfall mit etablierten Methoden der Mechanik, wie z. B. Finite Elemente Methode, bestimmt werden. Das Verfahren kann zudem die Überlagerung einer Längskraft (25) während des Fügevorganges an der Tragstruktur (14) vorsehen, um die Zugeigenspannungen in der Tragstruktur (19) nach dem Prozess zu erzeugen oder zu verstärken. In der Regel werden die axialen Zugspannungen in der Tragstruktur (14) und damit die Vorspannkräfte für die Sensoreinheit (10) durch axiale Zugspannung (25) während des Fügevorgangs verstärkt.
  • Die Messwerte können erfindungsgemäß sowohl während des Anziehvorganges der Schraubverbindung genutzt werden als auch im Betrieb. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass keine Modifikation am Aufbau vorgenommen werden muss.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil des einfachen Aufbaus ist die Skalierbarkeit der Anordnung. Größen und Messbereiche können somit nach Bedarf angepasst werden, da keine zusätzlichen Elemente notwendig sind.
  • Die Tragstruktur (14) kann im Inneren durchgehend hohl (9) ausgeführt werden. Dadurch wird die Verformbarkeit der Tragstruktur (14) und somit das Arbeitsvermögen erhöht. Weiterhin erhält der elastische Bereich (2) die Vorspannung im Fall von wechselnden Beanspruchungen. Wird die Tragstruktur (14) im Betrieb oder während des Verspannens der Verbindung mit einer Längskraft in Zugrichtung beaufschlagt, sorgt der elastische Dehnbereich dafür, dass keine unzulässige Längung bzw. Plastifizierung in Längsrichtung auftritt, damit die Vorspannung von Tragstruktur (14) und Sensoreinheit (10) während und nach der Belastung durch die Zugkraft erhalten bleibt.
  • Die Sensoreinheit (10) besteht aus einem üblichen Aufbau zur Erfassung von Lasten, bekannt aus den einschlägigen Lehrbüchern, z. B. [Hof07, Gro11]. Vorgeschlagen wird die Applikation beispielsweise von Dehnmessstreifen auf einem Träger. In ähnlicher Form kann ein Trägerring (17) auch eingebettet in Schutzkappen (16) angeordnet werden. Auch andere Messprinzipien, die eine mechanische Last in eine elektrische Größe wandeln, wie kapazitive, piezoresistive oder piezoelektrische, sind möglich und können das resistive Messprinzip ersetzen. Das Sensorkonzept kann durch Temperatur- und Feuchtesensoren ergänzt werden, um gegebenenfalls Störeinflüsse auf die Lastmessung zu kompensieren.
  • Erfindungsgemäß liegt der Sensorkörper (10) im Nebenkraftfluss des Verbindungselementes und wird somit direkt von Änderungen in den Lastbedingungen der Tragstruktur (14) beeinflusst. Der messtechnische Ort liegt daher in Mitten der Tragstruktur (14). Somit ist die Sensoreinheit auch geschützt. Um die Vorteile des Aufbaus besser auszunutzen, wird die Sensoreinheit (10) kombiniert kraft- und formschlüssig in die Tragstruktur (14) integriert. Somit ist ein sicherer Kraftübertrag zwischen Tragstruktur (14) und Sensoreinheit (10) in Richtung der Verbindungsachse und quer dazu gewährleistet.
  • Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 1 zeigt die Tragstruktur (14) in der Ausführung mit Kopfteil (7), elastischem (2) und plastischem (6) Dehnbereich verbunden mit einem Übergangsbereich (5) sowie mit einem Gewindebereich (1). Der Kopfteil kann als Befestigungshilfe mit einer Außensechskant-, Innensechskant-, Schlitz-, Kreuzschlitzkontur, oder jeder anderen Innen- und/oder Außenkontur ausgeführt sein. Um die Steifigkeit des Verbindungselementes und somit die Tragfähigkeit zu erhöhen, ist der elastische Bereich abwechselnd mit gekerbten (4) und glatten Bereichen (3) versehen um den Effekt der Kerbverfestigung auszunutzen. Wird die Tragstruktur (14) im Betrieb oder während des Verspannens der Verbindung mit einer Längskraft in Zugrichtung beaufschlagt, sorgt der elastische Dehnbereich dafür, dass keine unzulässige Längung bzw. Plastifizierung in Längsrichtung auftritt, damit die Vorspannung von Tragstruktur (14) und Sensoreinheit (10) während und nach der Belastung durch die Zugkraft erhalten bleibt. Für die Signalübertragung wird eine Kabelverbindung (8) vorgeschlagen.
  • 2 stellt den Schnitt der in [0043] beschriebenen Ausführung dar. Das Verbindungselement ist in der Längsachse mit einer Bohrung (9) versehen. Koaxial dazu ist die integrierte Sensoreinheit (10) innerhalb des elastischen Bereichs (2) angeordnet.
  • 3 zeigt die Tragstruktur (14) in der Ausführung mit elastischem (2) und plastischem (6) Dehnbereich verbunden mit einem Übergangsbereich (5), wobei der elastische Dehnbereich (2) nicht gekerbt ist. Die anderen Elemente entsprechen der weiter oben genannten Ausführung.
  • 4 stellt den Schnitt der in 3 gezeigten Ausführung dar. Im Inneren ist der Aufbau identisch zu der in 2 gezeigten Ausführung.
  • 5 zeigt die Tragstruktur (14) in der Ausführung mit Kopfteil (7), elastischem (2) Dehnbereich und einem Gewindebereich (1). Das Verbindungselement ist in der Längsachse mit einer Bohrung (9) versehen. Koaxial dazu ist die integrierte Sensoreinheit (10) innerhalb des elastischen Bereichs (2) angeordnet. Die vorgeschlagene Ausführung hebt sich von den weiter oben genannten Ausführungen dadurch ab, dass kein plastischer Dehnbereich vorgesehen ist. Durch die Größe und Beschaffenheit dieser Ausführung, eignet sich diese als Radschraube.
  • Die in 6 vorgeschlagene Ausführung hebt sich von den weiter oben genannten Ausführungen dadurch ab, dass die Tragstruktur (14) nur bereichsweise hohl ist. Die Vorform einer solchen Ausführung kann beispielsweise durch das Verfahren Napfrückwärtsfließpressen dargestellt werden.
  • 7 zeigt die Tragstruktur (14) in der Ausführung mit zwei Gewindebereichen (1) und einem elastischem Dehnbereich (2), wobei der elastische Dehnbereich (2) nicht gekerbt ist. Die anderen Elemente entsprechender weiter oben genannten Ausführung. Ferner wird zur Signalübertragung eine drahtlose Methode vorgeschlagen. Benötigte Elemente sind eine Schaltung zur Umsetzung der drahtlosen Signale (22) sowie eine Antenne zur Übermittelung (21).
  • 8 zeigt die Tragstruktur (14) in der Ausführung mit zwei Gewindebereichen (1) und einem elastischem Dehnbereich (2), wobei der elastische Dehnbereich (2) zur Erhöhung der Tragfähigkeit durch den Effekt der Kerbverfestigung infolge des durchgehenden Gewindes (1) gekerbt ist. Die anderen Elemente entsprechen der weiter oben genannten Ausführung. Ferner wird zur Signalübertragung eine optische Methode vorgeschlagen. Benötigte Elemente sind eine Schaltung für die Wandlung in optische Signale (24) sowie ein Lichtwellenleiter (23).
  • 9 schlägt eine Ausführung vor, bei der die Kabelverbindung für die Signalübertragung (8) mit einer Zugentlastung (11) versehen ist. Die Zugentlastung wird während der Herstellung der Tragstruktur (14) erstellt. Damit wird das Verbindungselement zudem einseitig abgedichtet. Der weitere Aufbau entspricht den weiter oben genannten Ausführungen.
  • 10 schlägt eine Ausführung vor, bei der eine Schnittstelle zur Signalübermittlung (15) am Ende der Tragstruktur (14) eingesetzt wird.
  • 11 schlägt eine Ausführung vor, bei der zusätzlich im Schraubenende eine Dichtkugel (12) eingesetzt wird. Somit kann das Verbindungselement ein-, oder mit den Vorschlägen aus [0051] und [0052], auch beidseitig abgedichtet werden. Der weitere Aufbau entspricht den weiter oben genannten Ausführungen. Ferner wird vorgeschlagen die Sensoreinheit (10) geteilt aus zwei Schutzkappen (16) und einem Trägerring (17) aufzubauen.
  • Um thermisch induzierte Messsignale der Sensoreinheit (10) kompensieren zu können, schlägt 12 den Einsatz eines Temperatursensors (13) vor. Dieser misst die Temperaturen auf Höhe der Sensoreinheit (10). Der Aufbau ist geeignet für eine gleichmäßige Erwärmung des Verbindungselementes im Betrieb. Der vorgeschlagene Aufbau kann auch in den weiter oben genannten Ausführungen eingesetzt werden.
  • 13 schlägt ähnlich wie [0054] den Einsatz von Temperatursensoren vor, um den Einfluss thermisch induzierter Messsignale auf die Sensoreinheit (10) kompensieren zu können. Im Falle einer ungleichmäßigen Erwärmung des Verbindungselementes über der Längsachse im Betrieb werden die Temperaturen auf Höhe des Gewindebereichs (1) und auf Höhe des Kopfteils (7) erfasst. Der vorgeschlagene Aufbau kann auch in den weiter oben genannten Ausführungen eingesetzt werden.
  • 14a schlägt eine Ausgangsgeometrie der Tragstruktur und Anordnung von Werkzeugsegmenten (20) vor, um im Folgenden, wie in 14b vorgeschlagen, in radialer Richtung auf die Tragstruktur (14) einzuwirken, damit die Hinterschnitte und der Kontaktbereich (18) zur Aufnahme der Sensoreinheit (10) im Inneren der Tragstruktur (14) erzeugt werden. Dieser Prozessablauf ist in analoger weise beispielsweise vom Rundkneten bekannt. Wichtig ist nach dem Prozess das Vorhandensein von axialen Zugspannungen (19) in dem markierten Bereich, eingebracht durch Eigenspannungen infolge der Plastifizierung mit oder ohne überlagerter Längskraft (25) während der Plastifizierung oder/und durch thermisches Schrumpfen der Tragstruktur (14), blockiert durch die entstandenen Hinterschnitte an der Tragstruktur (14) und durch das Vorhandensein der Sensoreinheit (10) an dieser Stelle, um dadurch eine Vorspannung der Sensoreinheit zu erreichen. Auch wichtig ist eine entsprechende Geometrie im Kontaktbereich (18) zwischen Tragstruktur (14) und Sensoreinheit (10) für die Kraftübertragung. Der Kontaktbereich wird insbesondere durch die Ausgangsgeometrie bestimmt. Besonders der Winkel der Kontaktgeometrie (26) an Sensoreinheit (10) und Tragstruktur (14) hat einen Einfluss auf die entstehenden axialen Zugspannungen (19) resultierend aus den Eigenspannungen und auf die Beanspruchung der Sensoreinheit während des Herstellprozesses.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gewindebereich
    2
    Elastischer Dehnbereich
    3
    Nicht gekerbter elastischer Dehnbereich
    4
    Gekerbter elastischer Dehnbereich
    5
    Übergangsbereich
    6
    Plastischer Dehnbereich
    7
    Kopfteil
    8
    Kabel zur Signalübermittlung
    9
    Bohrung (Hohlraum in der Schraube)
    10
    Sensoreinheit
    11
    Dichtring
    12
    Dichtkugel
    13
    Temperatursensor
    14
    Tragstruktur
    15
    Schnittstelle zur Signalübermittlung (in der Darstellung nicht geschnitten
    16
    Schutzkappe
    17
    Trägerring
    18
    Kontaktbereich
    19
    Bereich mit axialen Zugeigenspannungen
    20
    Werkzeugsegment
    21
    Antenne
    22
    Schaltung für die drahtlose Datenübertragung
    23
    Lichtwellenleiter
    24
    Schaltung für die Wandlung in optische Signale zur Datenübertragung
    25
    Längskraft
    26
    Winkel der Kontaktgeometrie
  • Nichtpatenliteratur
    • [Hof07] Jörg Hoffmann: Handbuch der Messtechnik. Carl Hanser, München 2007 (3. Aufl.). ISBN 978-3-446-40750-3
    • [Gro11] Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen (Hrsg.): Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau. 23. Auflage. Springer, Berlin 2011.

Claims (10)

  1. Verbindungselement bestehend aus einer axial längsorientierten Tragstruktur (14) und einer Sensoreinheit (10), dadurch gekennzeichnet, dass die zum Messen einer im Verbindungselement wirkenden axialen Vorspannkraft ausgebildete Sensoreinheit im Inneren einer mindestens bereichsweisen hohlen Tragstruktur angeordnet ist, mit einer Signalübertragungseinrichtung verbunden ist und kraftschlüssig mit der Tragstruktur verbunden ist wobei die notwendige Kraft für den Kraftschluss durch Eigenspannungen nach einer plastischen Deformation der Tragstruktur während des Fügens von Tragstruktur (14) und Sensoreinheit (10) entstanden ist.
  2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) im Nebenkraftfluss des Verbindungselementes liegt und so die Aufnahme von Kräften quer und/oder längs zur Verbindungsachse ermöglicht.
  3. Verbindungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als Schraube oder Gewindestange ausgebildet sein kann, wobei die Messwerte von der Sensoreinheit (10) über die Signalübertragungseinrichtung zu einer Auswerte- oder Ausgabeeinheit sowohl während des Anziehvorganges der Schraubverbindung als auch im Betrieb übertragen werden können, ohne dass Modifikationen am Aufbau vorgenommen werden müssen.
  4. Verbindungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als Befestigungsschraube ausgebildet ist, wobei die Tragstruktur (14) aus einem Kopfteil (7), einem elastischen Dehnbereich (2) und einem plastischen Dehnbereich (6), verbunden mit einem Übergangsbereich (5), sowie aus einem Gewindebereich (1) besteht.
  5. Verbindungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (14) zusätzlich mit einer Zugentlastung (11) für die Kabelverbindung zur Signalübertragung (8) versehen ist.
  6. Verbindungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (14) mit einer Schnittstelle zur Signalübertragung (15) versehen ist.
  7. Verbindungselement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich um einen Temperatursensor (13) und/oder einen weiteren Sensor an der Sensoreinheit (10) ergänzt wird.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes bestehend aus Tragstruktur (14) und einer Sensoreinheit (10) dadurch gekennzeichnet, dass in einer mindestens bereichsweise hohlen Tragstruktur (14) eine Sensoreinheit (10) positioniert wird, mit radial beweglichen Werkzeugsegmenten (20) eine Kraft auf die Tragstruktur in radialer Richtung ausgeübt wird und dabei der Umfang der Tragstruktur (14) in dem Bereich in dem die Sensoreinheit (10) positioniert ist reduziert wird.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes, nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass während des Fügevorganges eine Längskraft (25) an der Tragstruktur (14) überlagert wird.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes, nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmung der Tragstruktur und/oder eine Kühlung der Sensoreinheit vor der Fügeoperation stattfindet.
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WO (1) WO2013139464A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018115120A1 (de) 2018-06-22 2019-12-24 Technische Universität Darmstadt Maschinenelement und Sensoranordnung
DE102020120192A1 (de) 2020-07-30 2022-02-03 Technische Universität Darmstadt Bauteil mit einer integrierten Sensorvorrichtung für eine optische, mehrachsige Messung einer Krafteinwirkung

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI510720B (zh) * 2013-06-19 2015-12-01 Jinn Her Entpr Co Ltd 可同步預拉緊光纖光柵與螺栓的感測螺絲裝置
TWM486702U (zh) * 2014-04-10 2014-09-21 Kabo Tool Co 螺絲感測裝置
CN103884463B (zh) * 2014-04-19 2015-09-09 哈尔滨工业大学 复合材料连接结构预紧力在线监测方法
DE102014223654A1 (de) * 2014-11-20 2016-05-25 Zf Friedrichshafen Ag Mechanisches Bauteil mit einem Kraftsensor
DE102014223657A1 (de) 2014-11-20 2016-05-25 Zf Friedrichshafen Ag Mechanisches Bauteil mit einem Kraftsensor
US10686498B2 (en) * 2015-03-31 2020-06-16 Huawei Technologies Canada Co., Ltd. Systems and methods for massive MIMO adaptation
DE102015106933A1 (de) * 2015-05-04 2016-11-10 Technische Universität Darmstadt Maschinenelement mit einer Sensoreinrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Maschinenelements
CN104832519B (zh) * 2015-05-21 2017-03-15 遵义天义利威机电有限责任公司 一种抽芯铆钉及其铆接强度检测方法
ITUB20150948A1 (it) * 2015-05-29 2016-11-29 Isanik S R L Elemento di fissaggio, uso di un sensore integrato nell'elemento di fissaggio e metodo per rilevare un flusso termico all'interno di organi meccanici
DE102016110476A1 (de) * 2016-06-07 2017-12-07 Juko Technik Gmbh Messschraube zur direkten Vorspannkraftmessung
DE102016215083A1 (de) * 2016-08-12 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen zumindest einer Fahrwerkskomponente
DE102016012564A1 (de) 2016-10-21 2018-04-26 GLBS Patentverwertungsgesellschaft GbR (vertretungsber. Gesellschafter Dr. Jörg Stahlmann, 64546 Mörfelden-Walldorf und Dr. Matthias Brenneis, 63776 Mömbris) Verbindungselement mit integriertem Sensor
US10462796B2 (en) * 2017-02-06 2019-10-29 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Systems and methods of reducing interference in a wireless communications system
DE102017102360A1 (de) 2017-02-07 2018-08-09 Juko Technik Gmbh Vorrichtung zur Bestimmung einer Vorspannkraft
US9897127B1 (en) * 2017-05-02 2018-02-20 General Electric Company Fastening device with integrated sensor
DE102017120796A1 (de) 2017-09-08 2019-03-14 Technische Universität Darmstadt Antriebsstrang mit integrierter Drehmomenterfassung
CN107830964B (zh) * 2017-09-28 2020-03-31 保定市立中车轮制造有限公司 车轮螺栓轴向紧固扭矩试验方法
JP2019132790A (ja) 2018-02-02 2019-08-08 ミネベアミツミ株式会社 ひずみゲージ
WO2019232675A1 (zh) * 2018-06-04 2019-12-12 舍弗勒技术股份两合公司 用于测量预加载荷的螺栓组件及轴承预加载荷测量装置
CN108468697A (zh) * 2018-06-21 2018-08-31 电子科技大学 一种能检测连接间隙变化的智能螺栓
TWI669457B (zh) * 2018-07-20 2019-08-21 財團法人工業技術研究院 具徑向力量感測器之滾珠螺桿
DE102018212558A1 (de) * 2018-07-27 2020-01-30 Robert Bosch Gmbh Ankervorrichtung
CN110514345B (zh) * 2019-08-23 2021-09-17 武汉科技大学 一种电容式螺栓预紧力的测量监测装置
DE102020210859A1 (de) 2020-08-27 2022-03-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Schraube
US11909193B2 (en) * 2021-01-29 2024-02-20 Schneider Electric USA, Inc. Busway joint integral temperature sensor
CN112985568A (zh) * 2021-03-25 2021-06-18 梅特勒-托利多(常州)精密仪器有限公司 数字称重传感器
DE102022103653A1 (de) 2022-02-16 2023-08-17 Adolf Würth GmbH & Co. KG Messelement mit Befestigungsende und Befestigungsgewinde zum Befestigen an sensorisch zu charakterisierendem Verankerungsgrund
DE102022103650A1 (de) 2022-02-16 2023-08-17 Adolf Würth GmbH & Co. KG Befestigungselement mit in Verjüngungsabschnitt angeordnetem und mittels Schutzeinrichtung geschütztem Sensor
DE102022124624A1 (de) 2022-09-26 2024-03-28 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Mutter

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904132A (en) * 1989-03-09 1990-02-27 Popenoe Charles H Opti-mechanical displacement indicator with high sensitivity
DE3934952A1 (de) * 1989-10-20 1991-04-25 Messerschmitt Boelkow Blohm Ueberwachungsvorrichtung fuer ein verbindungselement
DE4421959A1 (de) * 1994-06-23 1996-01-04 Fischer Artur Werke Gmbh Vorspannkontrollelement für Schraubanker
DE19710960A1 (de) * 1997-03-17 1998-09-24 Heiko Reichle Befestigungsschraube mit der Möglichkeit zur Ermittlung der Klemmkraft der Schraubverbindung im verschraubten Zustand
DE19819301C1 (de) * 1998-04-30 1999-12-30 Thomas Loeffler Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Vorspannkraft von Schraubverbindungen
DE19854062C1 (de) * 1998-11-24 2000-11-16 Holger Junkers Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung und Protokollierung der Vorspannkraft bei Schraubverbindungen
DE19960040A1 (de) * 1999-12-13 2001-06-21 Wolfgang Baron Einrichtung zur Anwendung des vorspannkraftgesteuerten Schraubverfahrens von Schraubverbindungen durch Messung der Flächenpressung einer im Endanzugsprozeß befindlichen Schraube mittels "Überkopfmeßanordnung"
US20020054809A1 (en) * 2000-06-15 2002-05-09 Fischer John D. Utility lug nut tension indicator
DE10111020A1 (de) * 2001-03-07 2002-09-12 Bosch Gmbh Robert Verbindungselement
DE10242256A1 (de) * 2002-09-12 2004-04-01 Robert Bosch Gmbh Kraftsensor
DE102004038638B3 (de) * 2004-08-09 2006-06-08 Pfw Technologies Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Spannkraft von Verbindungsbauteilen durch Ultraschallanregung
DE102005004060A1 (de) * 2005-01-28 2006-08-03 Bosch Rexroth Aktiengesellschaft Bolzenförmige Kraftmesseinrichtung
DE102005002592A1 (de) * 2005-01-20 2006-08-03 Wolfgang Baron Vorrichtung zum Messen der Vorspannkraft bei Schraubverbindungen
EP1764596A2 (de) * 2005-09-20 2007-03-21 AS Tech Industrie- und Spannhydraulik GmbH Anordnung zur Erfassung von Messgrössen in Schraubverbindungen
DE102006007385A1 (de) * 2006-02-17 2007-08-30 Robert Bosch Gmbh Kraftsensor und Herstellungsverfahren für einen Kraftsensor
EP1933121A2 (de) * 2006-12-12 2008-06-18 Robert Bosch GmbH Kraftmessbolzen zur Messung mechanischer Spannungen
DE202005021750U1 (de) * 2005-04-05 2010-09-23 Borries Markier-Systeme Gmbh Vorrichtung zur Erfassung von Daten betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen
WO2011020454A1 (de) * 2009-08-20 2011-02-24 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer vorspannkraft einer schraubverbindung
DE102009043267A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-21 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Verschraubungsmittel und System zur Überwachung einer Verschraubung
DE102009060441A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-30 Intellifast GmbH, 67346 Sensorelement

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2600029A (en) * 1946-11-12 1952-06-10 Gerotor May Corp Stress indicating bolt or stud
US2503141A (en) * 1946-11-12 1950-04-04 Gerotor May Corp Stress indicator for bolts or studs
US2747454A (en) * 1952-01-18 1956-05-29 Charles F Bowersett Bolt with frangible, ejectable tension indicating means
US3212325A (en) * 1963-07-30 1965-10-19 Katz Lester Force measuring instrument
GB1213734A (en) * 1968-05-28 1970-11-25 Jack Victor Haig Trigg An improved tensile member
US3954004A (en) * 1971-05-07 1976-05-04 Harry Orner Self-contained stress indicator mechanism
US3799108A (en) * 1971-12-13 1974-03-26 Modulus Corp Strain indicator and method
US3850133A (en) * 1972-11-29 1974-11-26 Modulus Corp Strain indicator and method
US3943819A (en) * 1974-08-22 1976-03-16 Charron Charles S Tensile member with tension indicating means
USRE30183E (en) * 1976-09-24 1980-01-08 Radio-frequency tuned-circuit microdisplacement transducer
LU84553A1 (fr) * 1982-12-24 1984-10-22 Benoit De Halleux Procede de mesure de contrainte dans un milieu et element et assemblage pour la mise en oeuvre de ce procede
US4553124A (en) * 1983-09-16 1985-11-12 Carron & Company Strain gauge transducer assembly
US4676109A (en) * 1984-11-13 1987-06-30 Sps Technologies Load indicating member, apparatus and method
FR2588492B1 (fr) * 1985-10-14 1989-05-26 Aerospatiale Porte-outil de securite pour machine-outil
US4709654A (en) * 1986-08-15 1987-12-01 Smith Stanley R Indicator for loose lug nuts
US5203278A (en) * 1991-12-31 1993-04-20 Commonwealth Technology Inc. Temperature warning device
JPH06347349A (ja) 1993-06-08 1994-12-22 Giichi Terasawa ボルトの軸力測定器
JP2000258384A (ja) * 1999-01-08 2000-09-22 Denso Corp ガスセンサ
JP3823018B2 (ja) * 2000-09-08 2006-09-20 株式会社ジェイテクト 電動パワーステアリング装置
US7473064B2 (en) * 2001-11-16 2009-01-06 Ronald C. Clarke Load indicating fastener insert
JP2005091086A (ja) * 2003-09-16 2005-04-07 Osaka Prefecture ボルト軸力検出器、ボルト軸力検出器付きボルト、ボルトおよびボルト締付け管理方法
WO2005111438A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Vibrosystm Inc. Shear component breakage detection
US7293466B2 (en) * 2005-07-19 2007-11-13 Hitachi, Ltd. Bolt with function of measuring strain
GB2440352B (en) * 2006-07-25 2008-10-15 Schlumberger Holdings Flexural disc fiber optic sensor and method of forming same
US7412898B1 (en) * 2006-07-28 2008-08-19 Disney Enterprises, Inc. Load sensing system including RFID tagged fasteners
US20080080955A1 (en) * 2006-09-13 2008-04-03 Yao-Huang Liu Cover for a lug nut of a wheel disk of a car
US20080253858A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-16 Chih-Ching Hsieh Screwing device with function of twisting force measurement
US20090120169A1 (en) * 2007-11-12 2009-05-14 Chandler Jr William H Fluid sensor and methods of making components thereof
TWI334464B (en) * 2007-12-13 2010-12-11 Ind Tech Res Inst Fixing element and inspection system thereof
CN102196771A (zh) * 2008-09-19 2011-09-21 拜尔健康护理有限责任公司 分析物传感器、系统、测试设备和制造方法
US8360479B2 (en) * 2008-11-20 2013-01-29 The Gates Corporation Crimpable or swageable fluid power ferrules, couplings, systems and methods
JP5204903B2 (ja) * 2010-01-19 2013-06-05 日本碍子株式会社 ガスセンサー及びその製造方法
US8764955B2 (en) * 2010-07-22 2014-07-01 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
US8646339B2 (en) * 2011-02-07 2014-02-11 Ronald A. Smith Thread clamping device including internal sensing and reporting
US8887556B2 (en) * 2011-02-15 2014-11-18 Michael A. Silveri Amperometric sensor system
CN202083491U (zh) * 2011-03-29 2011-12-21 徐峻锋 同时检测应变与温变的光纤传感器
DE102013014144B4 (de) * 2013-08-23 2021-01-21 Thermo Electron Led Gmbh Wärmeleitfähigkeitsdetektor mit geschlossener Referenzkavität
JP6318517B2 (ja) * 2013-09-24 2018-05-09 オムロン株式会社 光ファイバセンサ用光ファイバユニット

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4904132A (en) * 1989-03-09 1990-02-27 Popenoe Charles H Opti-mechanical displacement indicator with high sensitivity
DE3934952A1 (de) * 1989-10-20 1991-04-25 Messerschmitt Boelkow Blohm Ueberwachungsvorrichtung fuer ein verbindungselement
DE4421959A1 (de) * 1994-06-23 1996-01-04 Fischer Artur Werke Gmbh Vorspannkontrollelement für Schraubanker
DE19710960A1 (de) * 1997-03-17 1998-09-24 Heiko Reichle Befestigungsschraube mit der Möglichkeit zur Ermittlung der Klemmkraft der Schraubverbindung im verschraubten Zustand
DE19819301C1 (de) * 1998-04-30 1999-12-30 Thomas Loeffler Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Vorspannkraft von Schraubverbindungen
DE19854062C1 (de) * 1998-11-24 2000-11-16 Holger Junkers Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung und Protokollierung der Vorspannkraft bei Schraubverbindungen
DE19960040A1 (de) * 1999-12-13 2001-06-21 Wolfgang Baron Einrichtung zur Anwendung des vorspannkraftgesteuerten Schraubverfahrens von Schraubverbindungen durch Messung der Flächenpressung einer im Endanzugsprozeß befindlichen Schraube mittels "Überkopfmeßanordnung"
US20020054809A1 (en) * 2000-06-15 2002-05-09 Fischer John D. Utility lug nut tension indicator
DE10111020A1 (de) * 2001-03-07 2002-09-12 Bosch Gmbh Robert Verbindungselement
DE10242256A1 (de) * 2002-09-12 2004-04-01 Robert Bosch Gmbh Kraftsensor
DE102004038638B3 (de) * 2004-08-09 2006-06-08 Pfw Technologies Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Spannkraft von Verbindungsbauteilen durch Ultraschallanregung
DE102005002592A1 (de) * 2005-01-20 2006-08-03 Wolfgang Baron Vorrichtung zum Messen der Vorspannkraft bei Schraubverbindungen
DE102005004060A1 (de) * 2005-01-28 2006-08-03 Bosch Rexroth Aktiengesellschaft Bolzenförmige Kraftmesseinrichtung
DE202005021750U1 (de) * 2005-04-05 2010-09-23 Borries Markier-Systeme Gmbh Vorrichtung zur Erfassung von Daten betreffend die Vorspannkraft von Verbindungselementen und von Markier-Daten von Verbindungselementen
EP1764596A2 (de) * 2005-09-20 2007-03-21 AS Tech Industrie- und Spannhydraulik GmbH Anordnung zur Erfassung von Messgrössen in Schraubverbindungen
DE102006007385A1 (de) * 2006-02-17 2007-08-30 Robert Bosch Gmbh Kraftsensor und Herstellungsverfahren für einen Kraftsensor
EP1933121A2 (de) * 2006-12-12 2008-06-18 Robert Bosch GmbH Kraftmessbolzen zur Messung mechanischer Spannungen
WO2011020454A1 (de) * 2009-08-20 2011-02-24 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung einer vorspannkraft einer schraubverbindung
DE102009043267A1 (de) * 2009-09-29 2011-04-21 Neumayer Tekfor Holding Gmbh Verschraubungsmittel und System zur Überwachung einer Verschraubung
DE102009060441A1 (de) * 2009-12-22 2011-06-30 Intellifast GmbH, 67346 Sensorelement

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018115120A1 (de) 2018-06-22 2019-12-24 Technische Universität Darmstadt Maschinenelement und Sensoranordnung
DE102020120192A1 (de) 2020-07-30 2022-02-03 Technische Universität Darmstadt Bauteil mit einer integrierten Sensorvorrichtung für eine optische, mehrachsige Messung einer Krafteinwirkung
WO2022023480A1 (de) 2020-07-30 2022-02-03 Technische Universität Darmstadt Bauteil mit einer integrierten sensorvorrichtung für eine optische, mehrachsige messung einer krafteinwirkung

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