DE102014112151A1 - Elektronische Schraube - Google Patents

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Abstract

Es wird eine elektronische Schraube offenbart. Die elektronische Schraube umfasst einen Körper und ein Drehmomentsensorelement. Der Körper umfasst einen Schraubkopf, einen Schaft, welcher mit dem Schraubkopf verbunden ist, und eine Vertiefung, die sich an der Seitenwand des Schafts befindet. Das Drehmomentsensorelement ist in der Vertiefung angeordnet und misst den Drehmomentwert der elektronischen Schraube. Das Drehmomentsensorelement ist elektrisch mit einer elektronischen Drehmomentanzeige verbunden, wobei die elektronische Drehmomentanzeige den durch das Drehmomentsensorelement ermittelten Drehmomentwert anzeigt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Handwerkzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektronische Schraube.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • In den letzten Jahren betraf die Entwicklung von Handwerkzeugen elektronische Weiterentwicklungen. Um den Gebrauch für einen durchschnittlichen Benutzer zu vereinfachen, wurden unterschiedliche leicht zu bedienende Handwerkzeuge oder benutzerfreundliche elektronische Handwerkzeuge auf dem Markt eingeführt. Ein Handwerkzeug ist ein Werkzeug, das verwendet wird, um ein Schraubenbefestigungsteil festzuziehen, um zwei Objekte miteinander zu verschrauben. Wenn die Handwerkzeuge in der Luftfahrt und für andere Präzisionsinstrumente verwendet werden, muss die Verbindungsfestigkeit sehr genau sein, wobei der Drehwinkel ebenfalls ein wesentliches Kriterium ist. Daher haben Händler vielfältige Handwerkzeuge für unterschiedliche Wertebereiche entwickelt.
  • Um in modernen Industriezweigen ein exaktes Drehmoment für eine Schraube zu ermöglichen, werden als Schrauben, die zur gegenseitigen Verbindung von zwei Teilen im Transportbereich, von Brücken und Brückendecken oder zwei Bordwänden eines Flugzeugs verwendet werden, Konstruktionsschrauben anstelle von gewöhnlichen Präzisionsschrauben verwendet. Eine Konstruktionsschraube ist durch Präzisionsbearbeitungstechnologien verstärkt, weist eine genaue Dimensionierung auf und umfasst in ihrem Inneren ein Spannungssensorelement. Jedoch ist die Einsatzdauer von Konstruktionsschrauben durch Materialermüdung und Sicherheitsverlust verkürzt. Insbesondere wenn eine Konstruktionsschraube langfristig der Witterung ausgesetzt ist, Erdbeben durchlebt oder unter extremen Umgebungsbedingungen eingesetzt wird, ist sie anfällig dafür, zu brechen oder Fehlfunktionen aufzuweisen, wodurch die gesamte Sicherheit des Projekts oder der Ausrüstung beeinträchtigt wird. Daher müssen Konstruktionsschrauben regelmäßig gewartet, vermessen und ausgetauscht werden, um erheblichen Schäden vorzubeugen, welche durch Datenfehler oder Bruchschäden hervorgerufen werden.
  • Andererseits erfolgt die regelmäßige Lebensdauerkontrolle für Konstruktionsschrauben im Handbetrieb, was alles andere als zufriedenstellend ist. Die Spannungsbestimmung für Konstruktionsschrauben ist außerdem mangelhaft, da beispielsweise relativ kleine strukturelle Defekte an der Konstruktionsschraube durch eine Betrachtung mit bloßem Auge schwer direkt bestimmt werden können, sodass ein Techniker die strukturelle Prüfung einer Konstruktionsschraube anderweitig durchführen muss. Darüber hinaus hängt die Empfindlichkeit des Spannungssensorelements von der Position des Spannungssensorelements ab, welches an der Konstruktionsschraube angeordnet ist. Zusätzlich ist die übermittelte Oszillationswelle oder die Torsionswirkung der Schraube aufgrund von unterschiedlichen Positionen der Schrauben verschieden. Die Techniker müssen daher einzeln prüfen, ob die Struktur der Schraube stabil ist. Daher ist das manuelle Messen von verschiedenen Konstruktionsschrauben im Rahmen von periodischen Tests sehr zeitaufwändig und kostspielig.
  • KURZFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Schraube bereitgestellt. Die elektronische Schraube umfasst einen Körper und ein Drehmomentsensorelement. Der Körper umfasst einen Schraubkopf, einen Schaft und eine Vertiefung. Der Schaft, der mit dem Schraubkopf verbunden ist, beinhaltet einen Halsabschnitt und einen Gewindeabschnitt, wobei ein Ende des Halsabschnitts mit dem Schraubkopf verbunden ist und der Gewindeabschnitt mit dem anderen Ende des Halsabschnitts verbunden ist. Die Vertiefung ist an einer Seitenwand des Schafts ausgebildet, wobei sich ein Drittel des Volumens der Vertiefung an dem Halsabschnitt befindet und sich zwei Drittel des Volumens der Vertiefung an dem Gewindeabschnitt befinden. Das Drehmomentsensorelement ist in der Vertiefung angeordnet und elektrisch mit einer elektronischen Drehmomentanzeige verbunden.
  • Gemäß der elektronischen Schraube aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann das Volumen der Vertiefung größer oder gleich dem Volumen des Drehmomentsensorelements sein. Der Schraubkopf des Körpers kann eine Schraubkopfvertiefung beinhalten, die einen elektronischen Anschlussabschnitt umfasst, wobei die Vertiefung mit einem Verbindungskanal ausgebildet sein kann, der mit der Schraubkopfvertiefung verbunden ist. Außerdem kann das Drehmomentsensorelement unterhalb der Oberfläche der Seitenwand des Schafts angeordnet sein, wobei die elektronische Schraube außerdem eine Abdeckung mit einer wasserdichten Einlage beinhalten kann, die auf der Vertiefung angeordnet ist, um das Drehmomentsensorelement abzudecken.
  • Darüber hinaus kann die elektronische Schraube außerdem ein Drehmomentsensorelement umfassen, das in der Vertiefung angeordnet ist und elektrisch mit der elektronischen Drehmomentanzeige verbunden ist. Die elektronische Drehmomentanzeige kann eine Lichtemissionsquelle beinhalten, wobei die Lichtemissionsquelle verschiedene Beleuchtungszustände aufweist. Die Lichtemissionsquelle kann eine Leuchtdiode sein. Die elektronische Drehmomentanzeige dient dazu, einen Drehmomentwert des Drehmomentsensorelements anzuzeigen. Des Weiteren kann die elektronische Drehmomentanzeige einen Drehmomentwert gemäß dem Drehmomentsensorelement auch akustisch mit einem Ton anzeigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Zum besseren Verständnis des vollen Umfangs der vorliegenden Erfindung ist die nachfolgende ausführliche Beschreibung des Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen angefügt, wobei die Zeichnungen wie folgt zeigen:
  • 1 eine Explosionsansicht einer elektronischen Schraube gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine Seitenansicht der elektronischen Schraube aus 1,
  • 3 eine dreidimensionale Ansicht der elektronischen Schraube gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 4 eine Querschnittansicht der elektronischen Schraube entlang der Linie 4-4 aus 3, und
  • 5 eine Explosionsansicht der elektronischen Schraube aus 3.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt eine Explosionsansicht einer elektronischen Schraube gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Seitenansicht der elektronischen Schraube aus 1. 1 und 2 zeigen eine elektronische Schraube, die mit einer elektronischen Drehmomentanzeige (nicht gezeigt) gekoppelt wird, um einen Drehmomentwert zu bestimmen. Die elektronische Schraube umfasst einen Körper 100 und ein Drehmomentsensorelement 200.
  • Der Körper 100 ist in der Seitenansicht T-förmig und beinhaltet einen Schraubkopf 110, einen Schaft 120 und eine Vertiefung 123. Der Schraubkopf 110 ist polygonal und umfasst wenigstens einen elektronischen Anschlussabschnitt 111, der auf den Schraubkopf 110 aufgesteckt ist. Der Schaft 120 ist mit dem Schraubkopf 110 verbunden und umfasst einen Halsabschnitt 121 und einen Gewindeabschnitt 122, wobei ein Ende des Halsabschnitts 121 mit dem Schraubkopf 110 verbunden ist und der Gewindeabschnitt 122 mit dem anderen Ende des Halsabschnitts 121 verbunden ist. Die Vertiefung 123 ist an einer Seitenwand des Schafts 120 ausgebildet, wobei ein Drittel des Volumens d1 der Vertiefung 123 an dem Halsabschnitt 121 ausgebildet ist und sich zwei Drittel des Volumens d2 der Vertiefung 123 an dem Gewindeabschnitt 122 befinden. Sowohl die Breite als auch die Tiefe der gesamten Vertiefung 123 sind in diesem Ausführungsbeispiel konstante Größen, sodass die Länge der Vertiefung 123 das Volumen der Vertiefung 123 wiederspiegelt. Da sowohl die Breite als auch die Tiefe konstante Größen sind, wobei lediglich die Länge verändert wird, definiert diese die genannten Volumina d1 und d2. Zusätzlich umfasst der Schraubkopf 110 des Körpers 100 eine Schraubkopfvertiefung 124 und die Vertiefung 123 beinhaltet einen Verbindungskanal 125, wobei der Verbindungskanal 125 mit der Schraubkopfvertiefung 124 verbunden ist, und wobei wenigstens ein Draht (nicht gezeigt) in dem Verbindungskanal 125 positioniert ist.
  • Das Drehmomentsensorelement 200 ist in der Vertiefung 123 angeordnet und elektrisch mit der elektronischen Drehmomentanzeige (nicht gezeigt) verbunden. Das Volumen D der Vertiefung 123 ist größer oder gleich dem Volumen des Drehmomentsensorelements 200, wobei das Drehmomentsensorelement 200 unterhalb der Oberfläche des Übergangs zwischen Halsabschnitt 121 und Gewindeabschnitt 122 positioniert ist.
  • Gemäß diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Drehmomentsensorelement 200 empfindlicher in der Messung des Drehmomentwerts des Körpers 100, aufgrund des Volumens d1 der Vertiefung 123, das an dem Halsabschnitt 121 angeordnet ist und ein Drittel des Volumens D der Vertiefung 123 beträgt, und aufgrund des Volumens d2 der Vertiefung 123, das an dem Gewindeabschnitt 122 angeordnet ist und zwei Drittel des Volumens D der Vertiefung 123 beträgt. Dadurch kann das Drehmomentsensorelement 200 die gemessene Verformungsmenge des Körpers 100 über den Draht (nicht gezeigt) innerhalb des Verbindungskanals 125 und der Schraubkopfvertiefung 124 übertragen, wobei das Signal des Drehmomentwerts an den elektronischen Anschlussabschnitt 111 an dem Schraubkopf 110 übermittelt wird, welcher elektrisch mit dem Drehmomentsensorelement 200 verbunden ist. Des Weitern kann der elektronische Anschlussabschnitt 111 mit einer abnehmbaren elektronischen Drehmomentanzeige (nicht gezeigt) verwendet werden. Die elektronische Drehmomentanzeige ist beweglich mit dem elektronischen Anschlussabschnitt 111 verbunden, welcher an dem Schraubkopf 110 angeordnet ist. Gemäß dem gemessenen Spannungszustand aus dem Drehmomentsensorelement 200 kann die elektronische Drehmomentanzeige den Drehmomentzustand anzeigen, die Datenwerte übermitteln oder einen Alarm ausgeben, wenn das Drehmoment in einem anormalen Zustand ist.
  • 3 ist eine dreidimensionale Ansicht der elektronischen Schraube gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine Querschnittsansicht der elektronischen Schraube entlang der Linie 4-4 aus 3. 5 ist eine Explosionsansicht der elektronischen Schraube gemäß 3. Bezugnehmend auf 3 umfasst die elektronische Schraube einen Körper 100, eine elektronische Drehmomentanzeige 300 und ein Drehmomentsensorelement 200.
  • Der Körper 100 ist in der Seitenansicht T-förmig und beinhaltet einen Schraubkopf 110, einen Schaft 120 und eine Vertiefung 123. Der Schaft 120 ist mit dem Schraubkopf 110 verbunden und beinhaltet einen Halsabschnitt 121 und einen Gewindeabschnitt 122, wobei ein Ende des Halsabschnitts 121 mit dem Schraubkopf 110 verbunden ist und der Gewindeabschnitt 122 mit dem anderen Ende des Halsabschnitts 121 verbunden ist. Die Vertiefung 123 befindet sich an einer Seitenwand des Schafts 120, wobei ein Drittel des Volumens d1 der Vertiefung an dem Halsabschnitt 121 ausgebildet ist und zwei Drittel des Volumens d2 der Vertiefung an dem Gewindeabschnitt 122 ausgebildet sind. Sowohl die Breite als auch die Tiefe der gesamten Vertiefung 123 sind in diesem Ausführungsbeispiel konstante Größen, sodass die Länge der Vertiefung 123 das Volumen der Vertiefung 123 wiederspiegelt. Da sowohl die Breite als auch die Tiefe konstante Größen sind, wird lediglich die Länge verändert, welche somit das Volumen d1 und d2 wiederspiegelt. Zusätzlich umfasst der Schraubkopf 110 des Körpers 100 eine Schraubkopfvertiefung 124 und die Vertiefung 123 beinhaltet einen Verbindungskanal 125, wobei der Verbindungskanal 125 mit der Schraubkopfvertiefung 124 verbunden ist, und wobei wenigstens ein Draht (nicht gezeigt) in dem Verbindungskanal 125 positioniert ist.
  • Das Drehmomentsensorelement 200 ist in der Vertiefung 123 angeordnet. Das Drehmomentsensorelement 200 ist an einer Stelle unterhalb der Oberfläche des Übergangs zwischen dem Halsabschnitt 121 und dem Gewindeabschnitt 122 angeordnet.
  • Die elektronische Drehmomentanzeige 300 ist beweglich an dem Schraubkopf 110 befestigt. Das Drehmomentsensorelement 200 ist elektrisch mit der elektronischen Drehmomentanzeige 300 verbunden, sodass die gemessene Verformungsmenge des Drehmomentsensorelements 200 über den Draht (nicht gezeigt) im Inneren des Verbindungskanals 125 und der Schraubkopfvertiefung 124 an die elektronische Drehmomentanzeige 300 übermittelt werden kann.
  • Wenn ein Anwender zwei Objekte mittels des Körpers 100 verbindet und aneinander befestigt, misst das Drehmomentsensorelement 200, welches in der Vertiefung 123 der elektronischen Schraube angeordnet ist, sensitiv den Echtzeit – Drehmomentzustand des Körpers 100. Das Drehmomentsensorelement 200 übermittelt das gemessene Spannungssignal aus dem Körper 100 mittels einer elektronischen Verbindung durch den Draht (nicht gezeigt) innerhalb des Verbindungskanals 125 und der Schraubkopfvertiefung 124 an die elektronische Drehmomentanzeige 300.
  • Wenn die elektronische Drehmomentanzeige 300 eine Leuchtdiode ist, die mit verschiedenen Beleuchtungszuständen arbeitet, wird beispielsweise durch ein blaues Licht angezeigt, dass der Drehmomentwert innerhalb eines normalen Bereichs liegt, während mit einem roten Licht angezeigt wird, dass der Drehmomentwert oberhalb oder unterhalb eines normalen Bereichs liegt. Indem der Techniker während einer regelmäßigen Wartung auf die Farbe der Leuchtdiode achtet, erkennt er somit sofort, ob der Drehmomentwert des Körpers 100 der elektronischen Schraube im normalen Bereich liegt oder nicht, und kann schadhafte Schrauben dann reparieren oder ersetzen. Somit kann das Kontrollverfahren für Präzisionsteile wirksam vereinfacht werden und menschliche Bedienungsfehler können reduziert werden.
  • Ein Anwender befestigt zwei Objekte mittels des Körpers 100 aneinander. Das Drehmomentsensorelement 200, welches in der Vertiefung 123 angebracht ist, ermittelt den Echtzeitzustand des Drehmoments des Körpers 100 über die Spannungsänderung, während durch ein Handwerkzeug zur Befestigung Druck auf den Körper 100 ausgeübt wird. Das Drehmomentsensorelement 200 überträgt das gemessene Spannungssignal mittels einer elektrischen Verdrahtung durch den Verbindungskanal 125 und die Schraubkopfvertiefung 124 an die elektronische Drehmomentanzeige 300. Die elektronische Drehmomentanzeige 300 zeigt den ausgelesenen Drehmomentwert als Zahl, Farbe, Wort oder mit einem Ton an.
  • Wenn die elektronische Drehmomentanzeige 300 einen numerischen Anzeigemodus umfasst, wird das gemessene Spannungssignal des Drehmomentsensorelements 200 in einen genauen numerischen Drehmomentwert umgewandelt und mittels der elektronischen Drehmomentanzeige 300 angezeigt. Wenn die elektronische Drehmomentanzeige 300 einen Farbanzeigemodus umfasst, geben die verschiedenen Farben verschiedene Bereiche für den Drehmomentwert wieder. Wenn die elektronische Drehmomentanzeige 300 einen Audioanzeigemodus umfasst, wird ein normaler oder anormaler Zustand des Drehmomentwertes durch verschiedene Töne angezeigt. Dadurch kann ein Techniker den Drehmomentwert des Körpers 100 anhand der Zahl, Farbe oder des Tons der elektronischen Drehmomentanzeige 300 unmittelbar bestimmen und vergleichen und dann sofort entscheiden, ob die Schraube ersetzt werden muss oder der Verriegelungszustand zwischen der Schraube und der zugehörigen Einrichtung angepasst werden muss. Dadurch können menschliche Bedienungsfehler bei der Messung der Körper 100 effektiv vermindert werden.
  • Die elektronische Schraube umfasst außerdem eine Abdeckung 220 mit einer wasserdichten Einlage 210. Das Drehmomentsensorelement 200 befindet sich unterhalb der Oberfläche der Seitenwand des Schafts 120, und die Abdeckung 220 mit der wasserdichten Einlage 210 ist auf der Vertiefung 123 angeordnet, um das Drehmomentsensorelement 200 zu bedecken.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einige ausgewählte Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurde, sind weitere Ausführungsformen möglich. Daher sollen der Inhalt und Umfang der nachfolgenden Ansprüche nicht auf die Beschreibung und die darin enthaltenen Ausführungsbeispiele beschränkt werden.
  • Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen an der erfindungsgemäßen Struktur vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Inhalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Hinblick darauf soll die vorliegende Erfindung jene Modifikationen und Abwandlungen beinhalten, die in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims (10)

  1. Elektronische Schraube mit: einem Körper umfassend: einen Schraubkopf, und einen Schaft, der mit dem Schraubkopf verbunden ist, wobei der Schaft beinhaltet: einen Halsabschnitt, wobei ein Ende des Halsabschnitts mit dem Schraubkopf verbunden ist, und einen Gewindeabschnitt, der mit dem anderen Ende des Halsabschnitts verbunden ist, eine Vertiefung, die sich an einer Seitenwand des Schafts befindet, wobei ein Drittel des Volumens der Vertiefung an dem Halsabschnitt ausgebildet sind und zwei Drittel des Volumens der Vertiefung an dem Gewindeabschnitt ausgebildet sind, und einem Drehmomentsensorelement, das in der Vertiefung angeordnet ist und elektrisch mit der elektronischen Drehmomentanzeige verbunden ist.
  2. Elektronische Schraube nach Anspruch 1, wobei das Volumen der Vertiefung größer oder gleich dem Volumen des Drehmomentsensorelements ist.
  3. Elektronische Schraube nach Anspruch 1, wobei der Schraubkopf des Körpers eine Schraubkopfvertiefung umfasst, und die Vertiefung einen Verbindungskanal umfasst, der mit der Schraubkopfvertiefung verbunden ist.
  4. Elektronische Schraube nach Anspruch 3, wobei die Schraubkopfvertiefung einen elektronischen Anschlussabschnitt umfasst.
  5. Elektronische Schraube nach Anspruch 1, welche außerdem ein Drehmomentsensorelement aufweist, das in der Vertiefung angeordnet ist und elektrisch mit der elektronischen Drehmomentanzeige verbunden ist.
  6. Elektronische Schraube nach Anspruch 5, wobei die elektronische Drehmomentanzeige eine Lichtemissionsquelle umfasst, wobei die Lichtemissionsquelle bestimmte Beleuchtungszustände ermöglicht.
  7. Elektronische Schraube nach Anspruch 6, wobei die Lichtemissionsquelle eine Leuchtdiode ist.
  8. Elektronische Schraube nach Anspruch 5, wobei die elektronische Drehmomentanzeige dazu dient, einen Drehmomentwert des Drehmomentsensorelements anzuzeigen.
  9. Elektronische Schraube nach Anspruch 5, wobei die elektronische Drehmomentanzeige dazu dient, einen Drehmomentwert des Drehmomentsensorelements akustisch anzuzeigen.
  10. Elektronische Schraube nach Anspruch 1, wobei das Drehmomentsensorelement unterhalb der Oberfläche einer Seitenwand des Schafts angeordnet ist, wobei die elektronische Schraube außerdem eine Abdeckung mit einer wasserdichten Einlage umfasst, die in an der Vertiefung angeordnet ist, um das Drehmomentsensorelement zu bedecken.
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