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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftmessplatte mit einem kreisringförmigen Plattenelement, insbesondere das von einer Schraube durchdringbar ist und mit einer Sensorik zur Erfassung von senkrecht zu den Plattenoberflächen wirkenden Kräften, bei dem wenigstens ein Dehnungssensor der Sensorik auf einer äußeren Umfangsfläche des Plattenelementes angeordnet wird.
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Eine derart hergestellte Kraftmessplatte wird in der vorangemeldeten Patentanmeldung
DE 10 2012 020 932.0 derselben Anmelderin beschrieben. Genannt wird hier unter anderen die Anwendung als kraftmessende Unterlegscheibe, bei der demnach das Plattenelement kreisringförmig ausgebildet ist mit einer Öffnung, durch die eine Schraube hindurchgesteckt werden kann. Es besteht so die Möglichkeit, axiale Kräfte mittelbar dadurch zu messen, dass sich eine axiale Belastung aufgrund des Prinzips der Querkontraktion in einer Längenänderung, insbesondere Längenvergrößerung des Umfangs eines solchen Plattenelementes äußert, welche mit einem auf der äußeren Umfangsfläche angeordneten Dehnungssensor erfasst wird.
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Hierfür kann, ebenso wie bei der vorliegenden Erfindung der Dehnungssensor als Dehnungsmeßstreifen ausgebildet sein, insbesondere als ein solcher, der Samariumsulfid umfasst, ggfs. in Verbindung mit anderen seltenen Erden.
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Diese genannte Patentanmeldung beschreibt weiterhin eine Ausführungsform, bei der wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen in einem schlitzförmigen Bereich angeordnet ist, der positioniert ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des Plattenelementes und einem im Abstand der Schlitzbreite dazu angeordneten Trägerelement, welches dazu dienen kann, eine Meßelektronik der Sensorik aufzunehmen. Eine solche Ausführung setzt eine Montage des wenigstens einen Dehnungssensors innerhalb des Schlitzbereiches voraus, was diese Montage aufwändig gestaltet.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereit zu stellen, das eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der wenigstens eine Dehnungssensor auf der äußeren Umfangsfläche in einem nach außen offenen, insbesondere in radialer Richtung offenen Bereich zwischen zwei Stegen angeordnet wird, die sich von der Umfangsfläche nach außen erstrecken, insbesondere innerhalb der Ebene des Plattenelementes. Als Ebene des Plattenelementes kann die Mittenebene parallel zu den Plattenoberflächen verstanden werden oder auch eine Ebene in der die Plattenoberflächen liegen.
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Bei einer solchen Anordnung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Montage des wenigstens einen Dehnungssensors problemlos in radialer Richtung oder in der Richtung der Erstreckung der Stege auf der Umfangsfläche des Plattenelementes erfolgen kann, da in diesem genannten Bereich die Umfangsfläche von außen frei zugänglich ist, insbesondere ohne Beschränkung durch eine Schlitzbreite. Der wenigstens eine Dehnungssensor kann somit, z. B. durch einen Automaten, radial an die Umfangsfläche herangeführt werden und dort befestigt werden. Insbesondere derart, dass die Messrichtung des Dehnungssensors mit der Umfangsrichtung übereinstimmt.
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Die vorgesehenen Stege können verwendet werden, um weitere benötigte Komponenten, z. B. ein Platinenelement mit dem Plattenelement zu verbinden und die Kraftmessplatte insgesamt auszubilden.
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Eine erste Ausführungsform kann es vorsehen, dass in einem vorausgehenden Schritt wenigstens ein Dehnungssensor auf der Umfangsfläche des Plattenelementes befestigt wird und in einem nachfolgenden Schritt anschließend die zwei Stege um den wenigstens einen Dehnungssensor herum positioniert und mit dem Plattenelement verbunden werden. Diese Ausführung erschließt den Vorteil, dass der zur Verfügung stehende Montageraum gänzlichst unbeschränkt ist, auch nicht durch die Stege, da diese erst nachträglich angebracht werden. Hierbei ist jedoch sicher zu stellen, dass durch die Stegmontage keine Auswirkungen entstehen auf den wenigstens einen bereits auf der Umfangsfläche montierten Dehnungssensor.
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Eine zweite Ausführung kann vorsehen, dass in einem vorausgehenden Schritt die zwei Stege mit dem Plattenelement verbunden werden und in einem nachfolgenden Schritt der wenigstens eine Dehnungssensor zwischen den Stegen auf der Umfangsfläche befestigt wird.
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Diese Ausführung vermeidet aufgrund der Montagereihenfolge evtl. Auswirkungen auf den wenigstens einen Dehnungssensor, da die Stege zuerst montiert werden. Diese können also z. B. problemlos durch Schweißen oder andere Fügetechniken mit einem Plattenelement verbunden werden.
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Diese beiden Ausführungen haben den Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Kraftmessplatte unter Verwendung handelsüblicher Unterlegscheiben hergestellt werden kann, insbesondere solche nach DIN 9021, DIN 125, DIN 440, DIN 6796, DIN 7349, DIN 1052, DIN 988 oder anderer einschlägiger Normen. Solche Unterlegscheiben bilden sodann das Plattenelement, an dem die Stege entweder im nachgelagerten Schritt oder vorgelagerten Schritt befestigt werden. Da solche Unterlegscheiben als Massenware in Handel erhältlich sind, lässt sich eine erfindungsgemäße Kraftmessplatte hierdurch besonders günstig realisieren.
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Weil übliche Unterlegscheiben oftmals als Stanzprodukt angeboten werden, können diese eine Umfangsfläche aufweisen, die an einer ihrer Umfangskanten eine durch den Stanzprozess hervorgerufene leichte Rundung aufweisen. Sofern die Höhe der Umfangsfläche, die dem Abstand der Oberflächen entspricht, nicht ausreichend ist zur Montage wenigstens eines Dehnungssensors, oder auch aus anderen beliebigen Gründen, kann es vorgesehen sein, den Montageplatz eines jeweiligen Dehnungssensors auf der Umfangsfläche vor der Montage zu ebnen.
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Eine dritte Ausführungsform kann auch vorsehen, dass in einem vorausgehenden Schritt ein einstückiges Bauteil insbesondere durch Laserschneiden oder Stanzen hergestellt wird, welches das Plattenelement und sich davon nach außen erstreckende Stege aufweist und in einem nachfolgenden Schritt der wenigstens eine Dehnungssensor zwischen den Stegen auf der Umfangsfläche des Plattenelementes des Bauteils befestigt wird.
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Zwar kann mit dieser Herstellungsvariante nicht auf am Markt bestehende Unterlegscheiben zugegriffen werden, die Herstellung eines einstückigen Bauteils mit Plattenelement und Stegen erspart jedoch die Montage der Stege an einem Plattenelement.
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Unabhängig von den vorgenannten Varianten gilt für alle Ausführungsformen, dass unter der Umfangsfläche diejenige Fläche verstanden wird, welche die beiden Plattenoberflächen, durch welche hindurch sich eine Öffnung senkrecht erstreckt, verbindet. Es handelt sich demnach um die Fläche, zu der alle Radiusvektoren, die vom Mittelpunkt der Öffnung parallel zur Plattenoberfläche ausgehen einen Normalenvektor bilden.
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Die genannten Stege verlaufen von der Umfangsfläche nach außen, wobei dieser Verlauf nicht zwingend radial sein muss, jedoch sein kann, zumindest teilbereichsweise. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Stege derart an dem Plattenelement befestigt werden oder vorgenanntes einstückiges Bauteil so ausgefertigt wird, dass sich diese Stege parallel zueinander erstrecken, insbesondere wobei die Befestigungsstellen am Plattenelement einen Winkelabstand kleiner als 180 Grad, bevorzugt von 45 bis 120 Grad aufweisen, insbesondere wobei die Befestigung des wenigstens einen Dehnungssensors innerhalb dieses Winkelabstandsbereichs erfolgt.
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Die Stege selbst weisen bevorzugt eine Dicke auf, die der Dicke des Plattenelementes senkrecht zu dessen Plattenoberflächen bzw. die der Höhe der Umfangsfläche entspricht. Die Stege können jedoch je nach Anwendung auch dicker oder dünner als dieses Maß sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass an der Umfangsfläche des Plattenelementes oder an einem Steg, insbesondere nahe von dessen Befestigungsstelle am Plattenelement zusätzlich zu einem die Umfangsdehnung messenden Dehnungssensor wenigstens ein weiterer Dehnungssensor angeordnet wird, insbesondere wobei der wenigstens eine die Umfangsdehnung und der wenigstens eine weitere Dehnungssensor derart elektrisch verschaltet werden, dass diese eine Widerstandsmessbrücke zur Temperaturkompensation bilden.
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Hier kann der wenigstens eine weitere Dehnungssensor so orientiert sein, dass dessen Messrichtung senkrecht zur Messrichtung desjenigen Dehnungssensors liegt, welcher die Längenänderung des Umfangs misst, insbesondere wenn eine Montage auf der Umfangsfläche erfolgt. Ein so angeordneter Dehnungssensor ist daher unempfindlich gegen Umfangslängenänderung und ändert seinen Widerstand im Wesentlichen nur aufgrund von Temperaturänderungen, so dass er zum Zweck der Temperaturkompensation verwendet werden kann.
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Sofern eine Montage des weiteren Dehnungssensors nicht auf der Umfangsfläche vorgenommen wird, sondern an/auf einem Steg oder an anderen Ort, kann die Orientierung auch zu der des Dehnungssensors auf der Umfangsfläche gleich sein, bzw. beliebig sein. Hier wird sodann lediglich eine Montage auf/an einem Steg nahe der Befestigungsstelle der Stege an der Umfangsfläche bevorzugt, da hierdurch sicher gestellt wird, dass beide Dehnungssensoren dieselbe Temperatur haben.
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Eine Ausführungsvariante kann auch vorsehen, einen Dehnungssensor auf der Umfangsfläche zu montieren, der als ein einheitliches Bauteil zwei, ggfs. Auch mehr Sensoreinheiten umfasst, wobei wenigstens eine Sensoreinheit die Längenänderung der Umfangsfläche misst und somit deren Messrichtung in dieser Umfangsrichtung liegt und wenigstens eine andere Sensoreinheit dazu senkrecht orientiert ist. Eine solche Kombination zweier Sensoreinheiten in einem Sensorbauteil vereinfacht die Montageschritte.
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Eine Weiterbildung aller möglichen vorherigen Varianten kann vorsehen, dass auf Stegen oder bevorzugt zwischen den Stegen in dem nach außen offenen Bereich wenigstens ein Platinenelement angeordnet wird, welches eine Messelektronik der Sensorik umfasst, wodurch der nach außen offene Bereich geschlossen wird. Das Platinenelement kann die Platine selbst sein oder ein Trägerelement auf dem eine Platine angeordnet ist.
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Bei einer Anordnung zwischen den Stegen können diese Stege Führungsschienen ausbilden, in die das Platinenelement eingeschoben wird. Z. B. können die beiden Stege aufeinander zuweisende Nute haben, in die die seitlichen Kanten des Platinenelementes eingeführt werden. Auch kann das Platinenelement seitliche Nute an den insbesondere parallelen Kanten haben, welche die Stege übergreifen.
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Es kann auch vorgesehen sein, mehrere übereinander gestapelte Platinenelemente an den Stegen zu befestigen. Diese Ausführung erschließt auch die Möglichkeit, das Platinenelement vollständig separat zu dem Rest zu fertigen und sodann zu montieren. Ggfs. können so verschiedenartige Platinenelemente auf Vorrat gehalten werden, aus denen dann für die Montage ausgewählt wird, z. B. je nach Anwendung.
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Zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem wenigstens einen Dehnungssensor und der Messelektronik kann eine Ausführung vorsehen, dass Verbindungsdrähte gezogen werden, die direkt zwischen Kontaktstellen auf dem wenigstens einen Dehnungssensor und dem Platinenelement verlaufen. Hierbei erfolgt somit eine Verdrahtung des wenigstens einen Dehnungssensors erst, wenn das Platinenelement auf oder zwischen den Stegen montiert ist.
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Eine andere Ausführung kann vorsehen, dass zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem wenigstens einen Dehnungssensor und der Messelektronik Verbindungsdrähte gezogen werden, die zwischen Kontaktstellen auf dem wenigstens einen Dehnungssensor und Kontaktstellen auf/an den Stegen und Kontaktstellen auf dem Platinenelement verlaufen.
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Diese Ausführung ermöglicht, den wenigstens einen Dehnungssensor bereits zu verdrahten, wenn ein Platinenelement noch nicht montiert ist. In diesem Fall werden also zunächst Verbindungsdrähte vom jeweiligen vorhandenen Dehnungssensor zu Kontaktflächen auf oder an den Stegen gezogen, bevorzugt wobei jeder Steg wenigstens eine Kontaktstelle pro Dehnungssensor aufweist, insbesondere also bei einem jeweiligen Dehnungssensors wenigstens ein Draht auf einen Steg und wenigstens ein anderer Draht auf den anderen Steg gezogen wird. Erst nach dieser Sensorverdrahtung wird das Platinenelement an oder zwischen den Stegen befestigt und elektrisch mit den Kontaktstellen auf oder an den Stegen verbunden.
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Das Platinenelement kann sämtliche Messelektronik der Sensorik aufweisen, um die Messwerte des wenigstens einen Dehnungssensors, bevorzugt eines mit einem zweiten identischen Dehnungssensor temperaturkompensierten Dehnungssensors oder eines kombinierten Dehnungssensors auszuwerten und zu verarbeiten. Das Ergebnis der Kraftmessung kann visuell, akustisch oder durch Kommunikation angezeigt werden, z. B. durch Kommunikation an einen Empfänger übertragen werden, z. B. durch Bluetooth, WLAN, RFID oder ähnliches.
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Es kann hier vorgesehen sein, ein Platinenelement zu montieren, das eine eigene Spannungsversorgung aufweist oder von extern durch Induktion gespeist wird, insbesondere nur dann misst und auswertet, wenn die Energie eingestrahlt wird und sodann auch das Meßergebnis per Funk, z. B. über RFID-Technik überträgt.
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Ein Ausführungsbeispiel ist nachfolgend anhand der 1 und 2 beschrieben.
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Die 1 zeigt eine noch nicht fertig montierte Kraftmessplatte 1, die ein kreisringförmiges Plattenelement 2 umfasst mit Stegen 3, die sich hier parallel zueinander nach außen erstrecken. Ein Platinenelement ist noch nicht montiert.
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Die 1 zeigt, dass in einer im wesentlichen radialen Richtung bezogen auf den Mittelpunkt der Öffnung 4 sich zwischen den Stegen 3 ein nach außen (in Richtung der Stege oder auch radial) offener Bereich 5 ergibt, durch den hindurch die Montage des wenigstens einen Dehnungssensors 6 auf der Umfangsfläche 7 des Plattenelementes 2 erfolgt. Hier können die Stege 3 bereits vor der Montage des wenigstens einen Dehnungssensors 6 am Plattenelement befestigt worden sein. Ebenso ist deren Befestigung nach der Sensormontage möglich.
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Die 1 verdeutlich auch, dass in dieser Ausführung der wenigstens eine Dehnungssensor 6 mittels Drähten 8 mit Kontaktflächen 9 auf den Stegen 3 verbunden wird. Somit ist in dieser Ausführung der Dehnungssensor fertig verdrahtet und benötigt keinen weiteren Zugang mehr.
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2 zeigt, dass nun ein Platinenelement 10 an bzw. hier zwischen den Stegen 3 befestigt werden kann. Dieses Platinenelement 10 weist die weitere nötige Elektronik der Sensorik der erfindungsgemäßen Kraftmessplatte 1 auf.
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Gegenüber der 1 zeigt diese 2 noch, dass zwei Dehnungssensoren 6 auf der Umfangsfläche 7 zwischen den Stegen 3 montiert sind, wobei einer dazu dient die Längenänderung des Umfangs zu erfassen und der andere zur Temperaturkompensation vorgesehen ist.
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Nach der Befestigung des Platinenelementes 10, welches den offenen Bereich 5 schließt und den Dehnungssensor schützt wird dieses Platinenelement 10 mit Drähten 11 mit den Kontaktstellen der Stege 3 verbunden, an denen bereits der jeweilige Dehnungssensor angeschlossen ist. Sodann ist die Kraftmessplatte fertig montiert und einsatzbereit.
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Statt der hin in den Figuren gezeigten parallelen Stege 3 können die Stege beliebige Form und Erstreckungsrichtung haben. Allgemein für alle Ausführungen gilt, dass es wesentlich ist, dass die Stege als Montagehilfe für ein Platinenelement dienen und einen nach außen offenen Bereich bilden, durch den die Umfangsfläche zwischen den Stegen und in der Ebene des Plattenelementes zugänglich ist, zumindest sofern die Stege vor dem wenigstens einen Dehnungssensor montiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 9021 [0012]
- DIN 125 [0012]
- DIN 440 [0012]
- DIN 6796 [0012]
- DIN 7349 [0012]
- DIN 1052 [0012]
- DIN 988 [0012]
