DE102016215794B3

DE102016215794B3 - Loadpin

Info

Publication number: DE102016215794B3
Application number: DE102016215794.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Heim; Horst Brehm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-08-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftmessbolzen (01) mit einem sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens (01) über einen Teilbereich des Kraftmessbolzens (01) erstreckenden Messabschnitt (07) und einer in dem Messabschnitt (07) angeordneten Messvorrichtung zum Messen mindestens einer senkrecht zu dem Messabschnitt (07) wirkenden Kraft. Der Kraftmessbolzen umfasst nachfolgend genannte Bauteile. Ein erstes Bauteil (02) zur Befestigung des Kraftmessbolzens (01) an einer ersten Anschlusskonstruktion, wobei sich das erste Bauteil (02) von einem ersten Ende des Kraftmessbolzens (01) in Längsrichtung des Kraftmessbolzens (01) erstreckt. Ein mit dem ersten Bauteil (02) fest verbundenes, sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens (01) erstreckendes zweites Bauteil (03), wobei der Messabschnitt (07) auf dem zweiten Bauteil (03) angeordnet ist. Ein mit dem zweiten Bauteil (03) fest verbundenes drittes Bauteil (09) zur Befestigung des Kraftmessbolzens (01) an einer zweiten Anschlusskonstruktion, wobei sich das dritte Bauteil (09) in Längsrichtung des Kraftmessbolzens (01) bis zu einem zweiten Ende des Kraftmessbolzens (01) erstreckt.The present invention relates to a force measuring pin (01) with a measuring section (07) extending over a partial area of the force measuring pin (01) in the longitudinal direction of the force measuring pin (01) and a measuring device arranged in the measuring section (07) for measuring at least one perpendicular to the measuring section (07) acting force. The force measuring pin comprises the following components. A first component (02) for fastening the force measuring bolt (01) to a first connecting construction, wherein the first component (02) extends from a first end of the force measuring bolt (01) in the longitudinal direction of the force measuring bolt (01). A second component (03) which is fixedly connected to the first component (02) and extends in the longitudinal direction of the force measuring pin (01), wherein the measuring portion (07) is arranged on the second component (03). A third component (09) fixedly connected to the second component (03) for fastening the force measuring bolt (01) to a second connecting structure, the third component (09) extending in the longitudinal direction of the force measuring bolt (01) to a second end of the force measuring bolt (11). 01).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftmessbolzen, welcher insbesondere bei Landmaschinen zur Messung von Querkräften eingesetzt werden kann. Der Einsatz des Kraftmessbolzens in anderen Anwendungen ist jedoch ebenso möglich.The present invention relates to a force measuring bolt, which can be used in particular for agricultural machinery for measuring shear forces. However, the use of the force measuring bolt in other applications is also possible.

Kraftmessbolzen sind Verbindungsbolzen zwischen kraftübertragenden Maschinenelementen, die neben ihrer Funktion als Bolzen gleichzeitig eine Messung der in ihnen auftretenden Querkräfte ermöglichen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet von Kraftmessbolzen sind Landmaschinen, wo sie beispielsweise zur Messung der auf die Hebehydraulik eines Ackerschleppers wirkenden Kräfte einsetzbar sind.Force measuring pins are connecting bolts between force-transmitting machine elements which, in addition to their function as bolts, at the same time enable a measurement of the transverse forces occurring in them. A preferred field of application of force measuring bolts are agricultural machines, where they can be used, for example, to measure the forces acting on the lifting hydraulics of an agricultural tractor.

Kraftmessbolzen, die auch als Messzapfen bezeichnet werden, dienen beispielsweise auch zur Bestimmung der Radlasten von Fahrzeugen, Landmaschinen und Anhängern. Ebenfalls ist der Einsatz von Messzapfen an Spannrollen möglich.Force measuring bolts, which are also referred to as measuring pins, are also used, for example, to determine the wheel loads of vehicles, agricultural machines and trailers. Also, the use of spigots on tensioners is possible.

Die DE 101 05 298 C1 zeigt eine Radlagereinheit zum Messen der zwischen Reifen und Straße bei einem Fahrzeug wirkenden Kräfte. Am stehenden Lagerring oder dessen Gehäuse sind Sensoren angeordnet, um die Kräfte zwischen drehendem und stehendem Ring des Radlagers zu erfassen. Mindestens ein weiterer Sensor ist zwischen stehendem Lagerring und einem Bremssattel angeordnet, welcher die beim Bremsvorgang auf den Bremssattel wirkenden Kräfte misst.The DE 101 05 298 C1 shows a wheel bearing unit for measuring forces acting between tires and road in a vehicle. On the stationary bearing ring or its housing sensors are arranged to detect the forces between the rotating and stationary ring of the wheel bearing. At least one further sensor is arranged between the stationary bearing ring and a brake caliper, which measures the forces acting on the caliper during the braking process.

Aus der DE 30 04 592 A1 ist eine elektrohydraulische Steuereinrichtung für eine Zugkraftregelung eines Traktors mit einem Bolzen bekannt, welcher als Bestandteil eines magnetoelastischen Gebers ausgebildet ist. Der Bolzen besteht aus einem weichmagnetischen Material und weist in einem Hohlraum einen Magnetkern mit einer Primärspule und Sekundärspulen auf. Der Magnetkern ist in einem Bereich des Bolzens, in welchem eine hohe Schubspannung auftritt, zwischen einer Unterlenkerlagerung und einer Gehäuselagerung, angeordnet. Unter Ausnutzung der Magnetoelastizität des Bolzens wird nach der Differenzmessmethode eine der Zugkraft im Unterlenker proportionale Messspannung ermittelt. From the DE 30 04 592 A1 is an electro-hydraulic control device for a traction control of a tractor with a bolt known, which is designed as part of a magnetoelastic encoder. The bolt is made of a soft magnetic material and has a magnetic core with a primary coil and secondary coils in a cavity. The magnetic core is arranged in a region of the bolt in which a high shear stress occurs, between a lower link bearing and a housing mounting. Taking advantage of the magnetoelasticity of the bolt, a measuring force proportional to the tensile force in the lower link is determined according to the differential measuring method.

Die DE 33 31 986 C2 zeigt einen magnetoelastischen Kraftmessbolzen zur Messung von Schubspannungen. Der beidseitig gelagerte Kraftmessbolzen besteht aus einem ferromagnetischen Material und weist in seinem Inneren Spulen mit Kernen auf, die von der zu messenden Kraft einen senkrecht zur Längsachse des Bolzens verlaufenden Anteil in einer ersten und einer zweiten Messstelle ermitteln. Die erste Messstelle liegt zwischen der Krafteinleitungsstelle und einer ersten Lagerstelle. Die zweite Messstelle befindet sich zwischen der Krafteinleitungsstelle und einer zweiten Lagerstelle. Die in den beiden Messstellen ermittelten Messwerte werden summiert.The DE 33 31 986 C2 shows a magnetoelastic force measuring bolt for measuring shear stresses. The force-measuring bolt mounted on both sides consists of a ferromagnetic material and has coils in its interior with cores which determine from the force to be measured a component running perpendicular to the longitudinal axis of the bolt in a first and a second measuring point. The first measuring point is located between the force introduction point and a first bearing point. The second measuring point is located between the force introduction point and a second bearing point. The measured values determined in the two measuring points are summed up.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Kraftmesssensor zur Messung von Querkräften zur Verfügung zu stellen, welcher kostengünstig zu fertigen ist, eine präzise Kraftmessung ermöglicht und aufwandsarm an verschiedene Messbereiche anpassbar ist.The object of the present invention is to provide an improved force measuring sensor for measuring transverse forces, which is inexpensive to manufacture, enables precise force measurement and can be adapted to different measuring ranges with little effort.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ein Kraftmessbolzen gemäß Anspruch 1.To solve the object of the invention is a force measuring bolt according to claim 1.

Der erfindungsgemäße Kraftmessbolzen besteht aus drei fest miteinander verbundenen Bauteilen. Ein erstes Bauteil dient zur Befestigung des Kraftmessbolzens an einer ersten Anschlusskonstruktion. Das erste Bauteil erstreckt sich von einem ersten Ende des Kraftmessbolzens in Längsrichtung des Kraftmessbolzens. Mit dem ersten Bauteil ist ein sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens erstreckendes zweites Bauteil fest verbunden. Auf dem zweiten Bauteil ist ein Messabschnitt angeordnet. In dem Messabschnitt befindet sich eine Messvorrichtung zum Messen mindestens einer senkrecht zu dem Messabschnitt wirkenden Kraft. Mit dem zweiten Bauteil ist ein drittes Bauteil fest verbunden, welches sich in Längsrichtung bis zu einem zweiten Ende des Kraftmessbolzens erstreckt. Das dritte Bauteil dient zur Befestigung des Kraftmessbolzens an einer zweiten Anschlusskonstruktion.The force measuring bolt according to the invention consists of three firmly interconnected components. A first component serves for fastening the force measuring bolt to a first connecting construction. The first component extends from a first end of the force measuring bolt in the longitudinal direction of the force measuring bolt. With the first component a extending in the longitudinal direction of the force measuring bolt second component is firmly connected. On the second component, a measuring section is arranged. In the measuring section is a measuring device for measuring at least one force acting perpendicular to the measuring section. With the second component, a third component is firmly connected, which extends in the longitudinal direction to a second end of the force measuring bolt. The third component serves to fasten the force measuring bolt to a second connecting construction.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftmessbolzens besteht darin, dass durch seine mehrteilige Ausführung, die Möglichkeit besteht, unterschiedliche Materialien für verschiedene Bereiche des Kraftmessbolzens einsetzen zu können. So können für das erste Bauteil und das dritte Bauteil, welche zur Befestigung des Kraftmessbolzens an Anschlusskonstruktionen dienen, vorzugsweise kostengünstigerer Materialien verwendet werden. Für das mit Messfunktionalität ausgestattete zweite Bauteil kommen hingegen bevorzugt höherwertige, hochfeste Materialien zum Einsatz. Durch die Verwendung hochfester Materialien für das zweite Bauteil können in diesem Bereich große Dehnungen auftreten, ohne dass die Festigkeit des zweiten Bauteils gefährdet ist. Das aus höherwertigem Material bestehende zweite Bauteil kann so klein wie möglich dimensioniert werden, um den Kraftmessbolzens so kostengünstig wie möglich produzieren zu können. Der Messbereich kann auf einfache Art angepasst werden, vorzugsweise durch eine Variation der Dicke des Messabschnitts, wodurch ein näherungsweise gleichbleibender Messeffekt bei der jeweiligen Maximallast erreichbar ist.A significant advantage of the force measuring bolt according to the invention is that its multi-part design makes it possible to use different materials for different areas of the force measuring bolt. Thus, for the first component and the third component, which serve for fastening the force measuring bolt to connection constructions, preferably less expensive materials can be used. For the second component equipped with measuring functionality, on the other hand, preference is given to using higher-grade, high-strength materials. By using high-strength materials for the second component large strains can occur in this area, without the strength of the second component is compromised. The second component, which consists of higher-quality material, can be dimensioned as small as possible in order to be able to produce the force measuring bolt as inexpensively as possible. The measuring range can be adapted in a simple manner, preferably by varying the thickness of the measuring section, whereby an approximately constant measuring effect at the respective maximum load can be achieved.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt das zweite Bauteil einen ersten Befestigungsabschnitt zum Verbinden mit dem ersten Bauteil und einen zweiten Befestigungsabschnitt zum Verbinden mit dem dritten Bauteil. Die beiden Befestigungsabschnitte erstrecken sich jeweils von einem Ende des zweiten Bauteils in Längsrichtung des Kraftmessbolzens bis zu dem Messabschnitt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Befestigungsabschnitt zumindest abschnittsweise innerhalb des ersten Bauteils angeordnet und der zweite Befestigungsabschnitt zumindest abschnittsweise innerhalb des dritten Bauteils angeordnet. Das erste und das dritte Bauteil weisen hierzu vorzugsweise entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme der Befestigungsabschnitte auf. Alternativ können die Befestigungsabschnitte auch an dem Außenumfang des ersten und des dritten Bauteils angreifen. In diesem Fall könnten die Befestigungsabschnitte mit entsprechenden Ausnehmungen zur Aufnahme des ersten und des dritten Bauteils ausgestattet sein. According to an advantageous embodiment, the second component has a first attachment portion for connection to the first component and a second attachment portion for connection to the third component. The two fastening sections each extend from one end of the second component in the longitudinal direction of the force measuring bolt to the measuring section. According to a preferred embodiment, the first attachment portion is at least partially disposed within the first component and the second attachment portion at least partially disposed within the third component. For this purpose, the first and third components preferably have corresponding recesses for receiving the fastening sections. Alternatively, the attachment portions may also engage the outer periphery of the first and third components. In this case, the attachment portions could be provided with corresponding recesses for receiving the first and the third component.

Das zweite Bauteil ist gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform stoffschlüssig mit dem ersten Bauteil und dem dritten Bauteil verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann vorzugsweise durch eine Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindung realisiert sein. Alternativ können die Bauteile auch formschlüssig miteinander verbunden sein, zum Beispiel durch eine Bajonettverbindung oder eine Fügeverbindung, bevorzugt eine thermische Fügeverbindung. Die Verbindungsstellen zwischen den Bauteilen sind vorzugsweise abgedichtet.The second component is materially connected to the first component and the third component according to an expedient embodiment. The cohesive connection can preferably be realized by a soldering, welding or adhesive connection. Alternatively, the components can also be positively connected to each other, for example by a bayonet connection or a joint connection, preferably a thermal joint connection. The joints between the components are preferably sealed.

Eine vorteilhafte Ausführungsform verwendet als Messvorrichtung zumindest einen im Messabschnitt am Kraftmessbolzen befestigten Dehnungsmessstreifen. Der Dehnungsmessstreifen kann beispielsweise am Messabschnitt aufgeklebt sein. Mittels Dehnungsmessstreifen werden die durch die auftretenden Kräfte verursachten Dehnungen erfasst. Der Dehnungsmessstreifen ist bevorzugt ausschließlich im Messabschnitt am zweiten Bauteil angeordnet und erstreckt sich somit nicht bis in das erste Bauteil und nicht bis in das dritte Bauteil.An advantageous embodiment uses as a measuring device at least one in the measuring section attached to the force measuring pin strain gauges. The strain gauge can be glued, for example, on the measuring section. Strain gauges are used to detect the strains caused by the occurring forces. The strain gauge is preferably arranged exclusively in the measuring section on the second component and thus does not extend into the first component and not into the third component.

Um die bei geklebten Dehnungsmesstreifen auftretende Sensordrift durch Materialkriechen zu verhindern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen Dehnungssensor in Form einer im Messabschnitt befindlichen mehrschichtigen Beschichtung auszubilden. Die mehrschichtige Beschichtung ist bevorzugt ausschließlich im Messabschnitt am zweiten Bauteil angeordnet und erstreckt sich somit nicht bis in das erste Bauteil und nicht bis in das dritte Bauteil. In diesem Zusammenhang wird auf die sogenannte Sensotect-Beschichtung der Anmelderin verwiesen. Zur Realisierung der Beschichtung stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. So kann das zweite Bauteil unmittelbar selbst im Messabschnitt mit der mehrschichtigen Beschichtung versehen werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Oberfläche des zweiten Bauteils im Messabschnitt vor dem Aufbringen der Beschichtung einer Feinbearbeitung, beispielsweise einer Polierbehandlung, zu unterziehen. Alternativ hat sich die Verwendung eines mit einer derartigen Beschichtung versehen Trägers, vorzugsweise aus einem anorganischen Material, als zweckmäßig erwiesen. Der das zweite Bauteil im Messabschnitt umgebende Träger ist mit dem zweiten Bauteil im Messabschnitt stoff-, reib- oder formschlüssig verbunden. Der Träger kann zum Beispiel mittels Schweißen, Klemmen, Schrauben oder Verklinken am zweiten Bauteil befestigt sein. Die Beschichtung ist vorzugsweise mittels einer Vergussmasse abgedichtet, welche bevorzugt gleichzeitig auch zur Abdichtung der Verbindungsstellen zwischen dem zweiten Bauteil und dem ersten Bauteil bzw. dem dritten Bauteil dient.In order to prevent the sensor drift caused by material creep occurring in bonded strain gauges, it has proved to be expedient to form a strain sensor in the form of a multilayer coating located in the measuring section. The multilayer coating is preferably arranged exclusively in the measuring section on the second component and thus does not extend into the first component and not into the third component. In this context, reference is made to the applicant's so-called Sensotect coating. For the realization of the coating different possibilities are available. Thus, the second component can be provided directly even in the measuring section with the multilayer coating. In this case, it is advantageous to subject the surface of the second component in the measuring section, before the application of the coating, to a finish, for example a polishing treatment. Alternatively, the use of a carrier provided with such a coating, preferably of an inorganic material, has proven expedient. The carrier surrounding the second component in the measuring section is connected to the second component in the measuring section in a material-, friction- or form-fitting manner. The carrier may for example be attached to the second component by means of welding, clamping, screwing or latching. The coating is preferably sealed by means of a potting compound, which preferably also simultaneously serves to seal the connection sites between the second component and the first component or the third component.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Messvorrichtung auf dem invers-magnetostriktiven Effekt basieren, bei welchem die magnetische Permeabilität eines magnetisierbaren Materials unter Krafteinwirkung eine Vorzugsrichtung aufweist. Es besteht die Möglichkeit einer permanenten Magnetisierung oder einer externen Magnetisierung zur Betriebszeit der Messvorrichtung. Die Messvorrichtung umfasst hierbei einen Primärsensor in Form eines im Messabschnitt angeordneten magnetisch kodierten Abschnitts sowie einen Sekundärsensor zum Umwandeln der durch die zu messende Kraft bewirkten Änderungen des magnetischen Feldes des Primärsensors in ein elektrisches Signal. Der Sekundärsensor ist gegenüber dem magnetisch kodierten Abschnitt angeordnet, insbesondere in unmittelbarer Nähe zum magnetisch kodierten Abschnitt. Der magnetisch kodierte Abschnitt ist bevorzugt ausschließlich im Messabschnitt am zweiten Bauteil angeordnet und erstreckt sich somit nicht bis in das erste Bauteil und nicht bis in das dritte Bauteil. Für die Ausführung des magnetisch kodierten Abschnitts stehen zwei Varianten zur Verfügung. Die erste Variante verwendet für das zweite Bauteil ein geeignetes magnetisierbares Material. Die zweite Variante nutzt einen separaten Träger, welcher das zweite Bauteil im Messabschnitt umgibt und den magnetisch kodierten Abschnitt aufweist. Der Träger ist mit dem zweiten Bauteil im Messabschnitt stoff-, reib- oder formschlüssig verbunden. Er kann zum Beispiel mittels Schweißen, Klemmen, Schrauben oder Verklinken am zweiten Bauteil befestigt sein. Der Sekundärsensor ist vorzugsweise als Magnetfeldsensor ausgebildet. Es können mehrere der Magnetfeldsensoren zum Einsatz kommen. Der Primärsensor wandelt die anliegenden Kräfte in ein magnetisches Signal um, welches auf der Oberfläche des Messabschnitts erfasst werden kann. Der Sekundärsensor ist in unmittelbarer Nähe des magnetisch kodierten Abschnitts angeordnet. Er setzt die Änderungen des magnetischen Feldes, welche durch Kräfte im Primärsensor verursacht werden, in ein elektrisches Signal um.According to a further advantageous embodiment, the measuring device can be based on the inverse-magnetostrictive effect, in which the magnetic permeability of a magnetizable material under force has a preferred direction. There is the possibility of a permanent magnetization or an external magnetization during the operating time of the measuring device. In this case, the measuring device comprises a primary sensor in the form of a magnetically coded section arranged in the measuring section and a secondary sensor for converting the changes in the magnetic field of the primary sensor caused by the force to be measured into an electrical signal. The secondary sensor is arranged opposite to the magnetically coded section, in particular in the immediate vicinity of the magnetically coded section. The magnetically coded section is preferably arranged exclusively in the measuring section on the second component and thus does not extend into the first component and not into the third component. Two variants are available for the execution of the magnetically coded section. The first variant uses a suitable magnetizable material for the second component. The second variant uses a separate carrier which surrounds the second component in the measuring section and has the magnetically coded section. The carrier is connected to the second component in the measuring section material, friction or positive fit. It may be attached to the second component by welding, clamping, screwing or latching, for example. The secondary sensor is preferably designed as a magnetic field sensor. Several of the magnetic field sensors can be used. The primary sensor converts the applied forces into a magnetic signal, which can be detected on the surface of the measuring section. The secondary sensor is arranged in the immediate vicinity of the magnetically coded section. He puts the changes of the magnetic Fields, which are caused by forces in the primary sensor, into an electrical signal.

Das zweite Bauteil besitzt in dem Messabschnitt vorzugsweise eine Öffnung zum Durchführen von Anschlusskontakten zur Kontaktierung der Messvorrichtung. Im Inneren des zweiten Bauteils ist bevorzugt eine Steck- oder Crimpverbindung ausgebildet, auf welche die Anschlusskontakte geführt sind. Die zum Betrieb der Messvorrichtung benötigte Elektronik wird, vorzugsweise nach dem das zweite Bauteil mit dem ersten und dem dritten Bauteil verbunden wurde, in das Innere des Kraftmessbolzens eingebracht und auf die Steck- oder Crimpverbindung aufgesteckt. Das erste oder das dritte Bauteil besitzen vorzugsweise eine Ausnehmung zur Durchführung der Elektronik. Ein die Elektronik aufweisender Träger kann sich bevorzugt zumindest abschnittsweise über das zweite Bauteil hinaus in das erste und/oder dritte Bauteil erstrecken. Zur sicheren Halterung der Elektronik in ihrer Position hat sich die Verwendung von zusätzlichen Halterungselementen, wie beispielsweise Snap-In-Verbindungselementen, Sicherungsringen oder ähnlichen Bauelementen als vorteilhaft erwiesen. Wichtig ist die Herstellung einer mechanisch stabilen Verbindung zwischen der Elektronik und der Steck- oder Crimpverbindung des zweiten Bauteils, die sich bei im Betrieb des Kraftmessbolzens auftretenden Lasten nicht lösen kann.In the measuring section, the second component preferably has an opening for the passage of connection contacts for contacting the measuring device. In the interior of the second component, a plug connection or crimp connection is preferably formed, onto which the connection contacts are guided. The electronics required for operating the measuring device is, preferably after the second component has been connected to the first and the third component, introduced into the interior of the force measuring bolt and plugged onto the plug or crimp connection. The first or the third component preferably have a recess for the implementation of the electronics. A carrier having the electronics may preferably extend at least in sections beyond the second component into the first and / or third component. For secure mounting of the electronics in their position, the use of additional support elements, such as snap-in fasteners, retaining rings or similar components has proven to be advantageous. It is important to produce a mechanically stable connection between the electronics and the plug-in or crimp connection of the second component, which can not be solved when occurring during operation of the load cell loads.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt der Messabschnitt eine profilierte Oberfläche, vorzugsweise eine gekrümmte Oberfläche. Die gekrümmte Oberfläche weist bevorzugt einen konkaven Querschnitt in Längsrichtung des Kraftmessbolzens auf. Hierdurch kommt es zu erhöhten Dehnungen im Messabschnitt.According to an advantageous embodiment, the measuring section has a profiled surface, preferably a curved surface. The curved surface preferably has a concave cross section in the longitudinal direction of the force measuring bolt. This leads to increased strains in the measuring section.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention and its advantages and details are explained below with reference to the accompanying figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftmessbolzens in einer ersten Ausführungsform; 1 a schematic representation of a force measuring bolt according to the invention in a first embodiment;

2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftmessbolzens in einer zweiten Ausführungsform; und 2 a schematic representation of the force measuring bolt according to the invention in a second embodiment; and

3 eine Detailansicht eines einen Messabschnitt aufweisenden zweiten Bauteils des Kraftmessbolzens gemäß 1. 3 a detailed view of a measuring section having a second component of the force measuring bolt according to 1 ,

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftmessbolzens 01 in einer ersten Ausführungsform. Der Kraftmessbolzen 01 weist zunächst ein erstes Bauteil 02 auf. Das erste Bauteil 02 erstreckt sich von einem ersten axialen Ende des Kraftmessbolzens 01 in Längsrichtung. Das erste Bauteil 02 dient zur Befestigung des Kraftmessbolzens 01 an einer ersten Anschlusskonstruktion (nicht dargestellt). Der Kraftmessbolzen eignet sich bevorzugt zur Messung von Querkräften, die senkrecht zu seiner Längsachse auf ihn einwirken. 1 shows a schematic representation of a force measuring bolt according to the invention 01 in a first embodiment. The force measuring bolt 01 initially has a first component 02 on. The first component 02 extends from a first axial end of the force measuring bolt 01 longitudinal. The first component 02 serves to fasten the force measuring bolt 01 at a first connection construction (not shown). The force measuring pin is preferably suitable for measuring transverse forces acting on it perpendicular to its longitudinal axis.

Mit dem ersten Bauteil 02 ist ein zweites Bauteil 03 fest verbunden, welches sich ebenfalls in Längsrichtung des Kraftmessbolzens 01 erstreckt. 3 kann eine Detailansicht des zweiten Bauteils 03 entnommen werden. Das zweite Bauteil 03 besitzt einen ersten Befestigungsabschnitt 04, der sich von einem ersten axialen Ende des zweiten Bauteils 03 in Längsrichtung des zweiten Bauteils 03 erstreckt. Über den ersten Befestigungsabschnitt 04 ist das zweite Bauteil 03 mit dem ersten Bauteil 02 fest verbunden, vorzugsweise über eine stoffschlüssige Verbindung. Die Verbindung kann bevorzugt als Löt-, Schweiß- oder Klebeverbindung oder Fügeverbindung, vorzugsweise thermische Fügeverbindung, ausgebildet sein. Alternativ können das erste Bauteil 03 und der erste Befestigungsabschnitt 04 des zweiten Bauteils 03 auch formschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch eine Bajonettverbindung. Die Verbindungsstelle zwischen dem ersten Bauteil 02 und dem zweiten Bauteil 03 ist vorzugsweise abgedichtet. In der gezeigten Ausführungsform befindet sich der erste Befestigungsabschnitt 04 innerhalb einer Ausnehmung 05 des ersten Bauteils 02.With the first component 02 is a second component 03 firmly connected, which is also in the longitudinal direction of the force measuring bolt 01 extends. 3 may be a detail view of the second component 03 be removed. The second component 03 has a first attachment portion 04 extending from a first axial end of the second component 03 in the longitudinal direction of the second component 03 extends. About the first attachment section 04 is the second component 03 with the first component 02 firmly connected, preferably via a material connection. The compound may preferably be formed as a soldering, welding or adhesive connection or joining connection, preferably a thermal joining connection. Alternatively, the first component 03 and the first attachment portion 04 of the second component 03 also be positively connected to each other, for example by a bayonet connection. The connection point between the first component 02 and the second component 03 is preferably sealed. In the embodiment shown, the first attachment portion is located 04 within a recess 05 of the first component 02 ,

Dem ersten Befestigungsabschnitt 04 folgt in axialer Richtung ein Messabschnitt 07. Im Bereich des Messabschnitts 07 ist eine Messvorrichtung (nicht dargestellt) angeordnet, welche zum Messen der quer oder parallel zur Längsachse des Messabschnitts 07 auf den Kraftmessbolzen 01 wirkenden Zug- und Druck-Kräfte dient. Der Messabschnitt 07 erstreckt sich ebenfalls in Längsrichtung des Kraftmessbolzens 01. Im dargestellten Beispiel besitzt der Messabschnitt 07 einen erweiterten Querschnitt gegenüber den an ihn angrenzenden Befestigungsabschnitten. Die Messvorrichtung kann im einfachsten Fall mindestens einen im Bereich des Messabschnitts 07 am zweiten Bauteil 03 befestigten Dehnungsmessstreifen (nicht dargestellt) umfassen. Der Dehnungsmessstreifen kann wie allgemein üblich auf das zweite Bauteil 03 mittels einer Klebeverbindung fixiert sein. Zur Vermeidung der bei geklebten Dehnungsmessstreifen zwangsläufig auftretenden Sensordrift durch Kriechen hat sich jedoch ein Dehnungssensor in Form einer im Messabschnitt 07 befindlichen mehrschichtigen Beschichtung (nicht dargestellt) als günstiger erwiesen. Hierbei kann zum einen das zweite Bauteil 03 im Bereich des Messabschnitts 07 mit einer entsprechenden Beschichtung versehen werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Beschichtung auf einen Träger (nicht dargestellt), vorzugsweise aus einem anorganischen Material, anzubringen. Der Träger ist derart ausgebildet, dass er das zweite Bauteil 03 im Bereich des Messabschnitts 07 umgibt. Zwischen dem zweiten Bauteil 03 und dem Träger besteht eine stoff-, reib- oder formschlüssige Verbindung, welche beispielsweise durch Schweißen, Klemmen oder Verklinken des Trägers am zweiten Bauteil 03 hergestellt wird.The first attachment section 04 follows in the axial direction of a measuring section 07 , In the area of the measuring section 07 a measuring device (not shown) is arranged, which for measuring the transverse or parallel to the longitudinal axis of the measuring section 07 on the power pin 01 acting tensile and compressive forces is used. The measuring section 07 also extends in the longitudinal direction of the force measuring bolt 01 , In the example shown, the measuring section has 07 an expanded cross-section with respect to the adjoining attachment portions. In the simplest case, the measuring device can be at least one in the region of the measuring section 07 on the second component 03 fastened strain gauges (not shown). The strain gauge can as usual on the second component 03 be fixed by means of an adhesive connection. However, in order to avoid the sensor drift caused by creep which inevitably occurs in bonded strain gages, a strain sensor in the form of a measuring section has been used 07 located multilayer coating (not shown) proved to be cheaper. Here, on the one hand, the second component 03 in the area of the measuring section 07 be provided with an appropriate coating. However, it is also possible to apply the coating to a support (not shown), preferably of an inorganic material. The carrier is designed such that it is the second component 03 in the area of the measuring section 07 surrounds. Between the second component 03 and the carrier is a material, frictional or positive connection, which, for example, by welding, clamping or latching of the carrier on the second component 03 will be produced.

Eine alternative Ausführung verwendet eine auf dem invers magnetostriktiven Effekt basierende Messvorrichtung (nicht dargestellt). In diesem Fall umfasst die Messvorrichtung vorzugsweise einen Primärsensor in Form eines im Messabschnitt 07 angeordneten magnetisch kodierten Abschnitts sowie einen Sekundärsensor, welcher bevorzugt als Magnetfeldsensor ausgeführt ist. Der Sekundärsensor ist im Bereich des magnetisch kodierten Abschnitts angeordnet. Er setzt die Änderungen des magnetischen Feldes, welche durch Kräfte im Primärsensor verursacht werden, in ein elektrisches Signal um. Der magnetisch kodierte Abschnitt kann dadurch realisiert werden, dass für das zweite Bauteil 03 ein geeignetes magnetisierbares Material Verwendung findet. Ebenfalls denkbar ist ein separater Träger mit einem magnetisch kodierten Abschnitt. Der das zweite Bauteil 03 im Messabschnitt 07 umgebende Träger ist mit dem zweiten Bauteil 03 stoff-, reib- oder formschlüssig verbunden, wobei diese Verbindung vorzugsweise mittels Schweißen, Klemmen oder Verklingen erzeugt wird.An alternative embodiment uses a measuring device based on the inverse magnetostrictive effect (not shown). In this case, the measuring device preferably comprises a primary sensor in the form of a measuring section 07 arranged magnetically coded portion and a secondary sensor, which is preferably designed as a magnetic field sensor. The secondary sensor is arranged in the region of the magnetically coded section. It converts the changes in the magnetic field caused by forces in the primary sensor into an electrical signal. The magnetically coded section can be realized by that for the second component 03 a suitable magnetizable material is used. Also conceivable is a separate carrier with a magnetically coded section. The second component 03 in the measuring section 07 surrounding carrier is with the second component 03 fabric, friction or positively connected, said connection is preferably generated by means of welding, clamping or fading.

Dem Messabschnitt 07 schließt sich ein zweiter Befestigungsabschnitt 08 an. Der zweite Befestigungsabschnitt 08 erstreckt sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens 01 bis zu einem zweiten axialen Ende des zweiten Bauteils 03. Mit dem zweiten Befestigungsabschnitt 08 erfolgt die Befestigung des zweiten Bauteils 03 an einem dritten Bauteil 09. Der zweite Befestigungsabschnitt 08 ist fest mit dem dritten Bauteil 09 verbunden. Die Verbindung kann adäquat zu der oben beschriebenen Verbindung zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 04 des zweiten Bauteils 03 und dem ersten Bauteil 02 ausgebildet sein. In der gezeigten Ausführung befindet sich der zweite Befestigungsabschnitt 08 innerhalb einer ersten Ausnehmung 10 des dritten Bauteils 09. Das dritte Bauteil 09 dient zur Befestigung des Kraftmessbolzens 01 an einer zweiten Anschlusskonstruktion (nicht dargestellt). Es erstreckt sich in Längsrichtung des Kraftmessbolzens 01 bis zu einem zweiten Ende des Kraftmessbolzens 01. Das dritte Bauteil 09 besitzt eine zweite Ausnehmung 12, welche sich axial von dem zweiten Ende des Kraftmessbolzens 01 in Längsrichtung bis zu der ersten Ausnehmung 10 des dritten Bauteils 09 erstreckt. Die zweite Ausnehmung 12 dient zum Einführen eines Trägers 13, auf welchem die für den Betrieb der Messvorrichtung (nicht dargestellt) benötigten elektronischen Bauelemente (nicht dargestellt) angeordnet sind. Im Inneren des zweiten Bauteils 03 ist vorzugsweise eine Steck- oder Crimpverbindung (nicht dargestellt) ausgebildet, auf welche der Träger 13 aufgesteckt ist.The measuring section 07 closes a second attachment section 08 at. The second attachment section 08 extends in the longitudinal direction of the force measuring bolt 01 to a second axial end of the second component 03 , With the second attachment portion 08 the attachment of the second component takes place 03 on a third component 09 , The second attachment section 08 is fixed to the third component 09 connected. The connection can be made adequately to the above-described connection between the first attachment portion 04 of the second component 03 and the first component 02 be educated. In the embodiment shown is the second attachment portion 08 within a first recess 10 of the third component 09 , The third component 09 serves to fasten the force measuring bolt 01 at a second connection construction (not shown). It extends in the longitudinal direction of the force measuring bolt 01 to a second end of the load pin 01 , The third component 09 has a second recess 12 which axially from the second end of the force measuring bolt 01 in the longitudinal direction up to the first recess 10 of the third component 09 extends. The second recess 12 is used to insert a carrier 13 on which are arranged for the operation of the measuring device (not shown) required electronic components (not shown). Inside the second component 03 Preferably, a plug or crimp connection (not shown) is formed, on which the carrier 13 is plugged.

Das zweite Bauteil 03 weist in dem Messabschnitt 07 eine Öffnung 14 auf. Durch die Öffnung 14 sind die Anschlusskontakte (nicht dargestellt) zur Kontaktierung der Messvorrichtung auf die im Inneren befindliche Steck- oder Crimpverbindung geführt.The second component 03 points in the measuring section 07 an opening 14 on. Through the opening 14 the connection contacts (not shown) for contacting the measuring device are guided on the inside plug or crimp connection.

Bevorzugt sind die Bauteile 02, 03, 09 jeweils bolzenartig mit rotationssymmetrischem Querschnitt ausgebildet.The components are preferred 02 . 03 . 09 each formed like a bolt with rotationally symmetrical cross-section.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Kraftmessbolzens 01 in einer zweiten Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführung lediglich in der Ausgestaltung des Messabschnitts 07. Der Messabschnitt 07 besitzt hier keine ebene sondern eine gekrümmte Oberfläche, welche einen konkaven Querschnitt in Längsrichtung des Kraftmessbolzens aufweist. Durch die abgewandelte Formgebung des Messabschnitts 07 treten höhere Dehnungen im Messabschnitt 07 auf. 2 shows a schematic representation of the force measuring bolt 01 in a second embodiment. This embodiment differs from that in FIG 1 shown embodiment only in the embodiment of the measuring section 07 , The measuring section 07 here has no plane but a curved surface which has a concave cross-section in the longitudinal direction of the force measuring bolt. Due to the modified shape of the measuring section 07 higher strains occur in the measuring section 07 on.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: KraftmessbolzenLoadpin
0202: erstes Bauteilfirst component
0303: zweites Bauteilsecond component
0404: erster Befestigungsabschnitt des zweiten Bauteilsfirst attachment portion of the second component
0505: Ausnehmung des ersten BauteilsRecess of the first component
0606
0707: Messabschnittmeasuring section
0808: zweiter Befestigungsabschnitt des zweiten Bauteilssecond attachment portion of the second component
0909: drittes Bauteilthird component
1010: erste Ausnehmung des dritten Bauteilsfirst recess of the third component
1111
1212: zweite Ausnehmung des dritten Bauteilssecond recess of the third component
1313: Trägercarrier
1414: Öffnung des zweiten BauteilsOpening of the second component

Claims

Force measuring bolt ( 01 ) having a longitudinally extending measuring section ( 07 ) and one in the measuring section ( 07 ) arranged measuring device for measuring at least one acting force, characterized in that the force measuring bolt ( 01 ) comprises the following three separate and firmly interconnected components: a first component ( 02 ) for fastening the force measuring bolt ( 01 ) at a first connecting structure, wherein the first component ( 02 ) from a first end of the force measuring bolt ( 01 ) extends in the longitudinal direction; • one with the first component ( 02 ) fixedly connected, extending in the longitudinal direction second component ( 03 ), the measuring section ( 07 ) on the second component ( 03 ) is arranged; and • one with the second component ( 03 ) firmly connected third component ( 09 ) for fastening the force measuring bolt ( 01 ) on a second connecting structure, wherein the third component ( 09 ) in the longitudinal direction up to a second end of the force measuring bolt ( 01 ).

Force measuring bolt ( 01 ) according to claim 1, characterized in that the second component ( 03 ) a first attachment portion ( 04 ) for connecting to the first component ( 02 ) and a second attachment portion ( 08 ) for connecting to the third component ( 09 ), wherein the fastening sections ( 04 . 08 ) each of an end of the second component ( 03 ) in the longitudinal direction of the force measuring bolt ( 01 ) up to the measuring section ( 07 ).

Force measuring bolt ( 01 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring device at least one in the region of the measuring section ( 07 ) on the second component ( 03 ) comprises attached strain gauges.

Force measuring bolt ( 01 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring device is designed as a multi-layer coating.

Force measuring bolt ( 01 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring device comprises a primary sensor in the form of a in the measuring section ( 07 ) arranged magnetically encodable or magnetically coded portion and a secondary sensor for converting the caused by the force to be measured changes in the magnetic field of the primary sensor into an electrical signal, wherein the secondary sensor is arranged opposite the magnetically codable or magnetically coded portion.

Force measuring bolt ( 01 ) according to claim 5, characterized in that the second component ( 03 ) consists of a magnetizable material, and that the second component ( 03 ) in the measuring section ( 07 ) is magnetically coded or magnetically coded.

Force measuring bolt ( 01 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second component ( 03 ) consists of a high-strength material.

Force measuring bolt ( 01 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connection points between the first, the second and the third component ( 02 . 03 . 09 ) are sealed.

Force measuring bolt ( 01 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second component ( 03 ) in the measuring section ( 07 ) an opening ( 14 ) for performing connection contacts of the measuring device.

Force measuring bolt ( 01 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the second component ( 03 ) cohesively with the first component ( 02 ) and the third component ( 09 ) connected is.