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Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen einer Vorspannkraft eines mit einem Befestigungspartner verbundenen Befestigungselements, insbesondere einer Schraube, und ein System aus einem Schraubgerät und der Messeinrichtung. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung und ein Befestigungselement.
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Im Maschinenbau sind zuverlässige Schraubverbindungen von hoher Relevanz. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei das Erzeugen definierter Schraubkräfte.
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DE 10 2013 107 096 A1 offenbart eine Spannvorrichtung zum Dehnen eines Gewindebolzens durch Zug an dessen Gewindeendabschnitt, mit einem den Gewindeendabschnitt und eine auf den Gewindeendabschnitt aufgeschraubte Mutter umgebenden Stützrohr, einem in Verlängerung des Stützrohrs angeordneten Zylinder mit mindestens einem darin in Längsrichtung bewegbaren, mit einer Hydraulikversorgung verbindbaren Kolben, einer mit dem Gewindeendabschnitt verschraubbaren, durch den Kolben axial mitnehmbar ausgebildeten Wechselbuchse, und einer Getriebeanordnung zum Nachstellen der Mutter. Gemäß dem in
DE 10 2013 107 096 A1 beschriebenen Ansatz kann, unter entsprechendem apparativen Aufwand, eine Schraubverbindung unter einem vordefinierbaren hydraulischen Druck hergestellt werden. Ein ähnliches Verfahren ist unter https://www.ith.de/schraubwerkzeuge/schraubenspannzylinder/_schraubenspannzylinderuebersicht.php gezeigt.
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Es wäre jedoch vorteilhaft, eine Schraubkraft, insbesondere eine Vorspannkraft einer bereits montierten Schraubverbindung, möglichst genau messen zu können. Messeinrichtungen zum Messen einer Vorspannkraft eines Befestigungselements, beispielsweise einer Schraube, und deren Eigenschaften und Handhabung sind generell bekannt; so beispielsweise beschrieben in dem Buch „Schraubenverbindungen“ von Wiegand, Kloos und Thomala, erschienen bei Springer. Insbesondere sind dort auch verschiedenste Methoden zur Messung der Eigenschaften von Schraubenverbindungen beschrieben.
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Speziell existieren beispielsweise Kraftmesseinrichtungen wie Kraftmessdosen, beispielsweise in Form einer mit Piezoelementen versehenen ringförmigen Scheibe, die ausgebildet sind, ein Meßsignal bereitzustellen, das proportional zu einer stirnseitig beaufschlagten Druckspannung in der Schraubenverbindung ist. Nachteilig an derartigen Kraftmesseinrichtungen ist, dass diese ständig in der Verbindung, insbesondere in einem Kraftfluss, zwischen dem Befestigungselement und dem Befestigungspartner verbaut sein müssen, um eine Vorspannkraft messen zu können. Daher sind sie für viele Anwendungen nicht praktikabel, insbesondere zu teuer und/oder mit einem zu hohen apparativen Aufwand verbunden.
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Es existieren weiter Ansätze, welche mittels der Bestimmung eines Drehmoments, beispielsweise über einen Drehmomentschlüssel oder dergleichen Drehmoment-Messgerät, eine Vorspannkraft rechnerisch bestimmen. Nachteilig an derartigen Ansätzen ist jedoch noch, dass das Messergebnis relativ ungenau ist, insbesondere durch Reibung verfälscht.
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Darüberhinaus gibt es diesbezüglich vergleichsweise aufwändige Methoden wie die der Ultraschallmessung, die ebenfalls Vorteile haben, aber für eine Serienschraubung nur bedignt praktikabel sind. Wünschenswert wäre es daher, Messeinrichtungen zum Messen einer Vorspannkraft eines Befestigungselements hinsichtlich zumindest eines der genannten Nachteile zu verbessern, insbesondere ist eine praktikable Messeinrichtung zum Messen einer Vorspannkraft eines Befestigungselements bei einer Serienschraubung wünschenswert.
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In
DE 198 193 01 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Schraubverbindungen beschrieben, die bevorzugt bei Montageprozessen in der industriellen Produktion, im Werkstattbetrieb und zur Überwachung in der Anlagentechnik beim Vorliegen hoher Sicherheitserfordernisse eingesetzt werden können in Bezug auf eine Spezialschraube zur Durchführung des Verfahrens. Dabei ist vorgesehen, daß eine Vorspannkraft beim Prüfen durch Messung der aktuellen Länge und der Ausgangslänge der Schraube bestimmt wird.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren anzugeben, mittels dem eine direkte und möglichst unverfälschte Messung einer Vorspannkraft eines Befestigungselements ermöglicht ist. Insbesondere sollte dies am Ort des verbauten Befestigungselements möglich sein und insofern auch praktikabel für ein Messen einer Vorspannkraft eines Befestigungselements bei einer Serienschraubung.
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Die Aufgabe, betreffend die Vorrichtung wird durch die Erfindung in einem ersten Aspekt mit einer Messeinrichtung des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung geht aus von einer Messeinrichtung zum Messen einer Vorspannkraft eines mit einem Befestigungspartner verbundenen, insbesondere verschraubten, Befestigungselements, insbesondere einer Schraube.
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Erfindungsgemäß weist die Messeinrichtung auf:
- - eine Tragstruktur aufweisend eine Stempelkammer und eine Stützfläche zum Abstützen auf den Befestigungspartner, wobei eine Längenmessvorrichtung an der Tragstruktur befestigt ist,
- - einen in axialer Richtung beweglich von der Tragstruktur aufgenommenen Zugkolben mit einem Druckstempel, wobei der Druckstempel druckdicht in der Stempelkammer aufgenommen ist zur Bildung eines Druckraums, wobei
- - der Zugkolben mindestens eine Merkmalsaufnahme aufweist, wobei der Zugkolben ausgebildet ist, unter einem Beaufschlagen des Druckstempels mit einem Referenzdruck über die Merkmalsaufnahme eine Zugkraft auf das Befestigungselement auszuüben, wobei die Zugkraft abhängig von dem Referenzdruck ist, und
- - die Längenmessvorrichtung ausgebildet ist, eine durch die Zugkraft hervorgerufene Axialauslenkung des Befestigungselements relativ zur Tragstruktur zu erfassen.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Messung einer Vorspannkraft bei einem - insbesondere mit einem Befestigungspartner verbundenen - Befestigungsmittel vorteilhaft ist, insbesondere um eine Aussage über die Funktion und Sicherheit des Befestigungsmittels und/oder des Befestigungspartners zu ermöglichen. Ein Befestigungspartner kann durch ein technisches System oder eine wesentliche Komponente eines technischen Systems, beispielsweise durch einen Motorblock einer Brennkraftmaschine, gebildet sein. Eine fehlerhafte Verbindung zwischen einem Befestigungsmittel und einem Befestigungspartner, die sich insbesondere durch eine zu geringe Vorspannkraft äußert, kann zu einem Schaden an dem Befestigungsmittel und/oder dem Befestigungspartner, insbesondere an dem technischen System, führen.
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Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass das Messen einer Vorspannkraft eines mit einem Befestigungspartner verbundenen Befestigungselements, beispielsweise einer mit einem Motorblock verbundenen Schraube, vorteilhaft in diesem verbundenen Zustand und am Ort der Verbindung möglich ist, und zwar ohne dauerhaft Sensoren oder andere Teile der Messeinrichtung in oder an dieser Verbindung zwischen dem Befestigungsmittel und dem Befestigungspartner vorhalten zu müssen.
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Die Erfindung hat erkannt, dass mittels des Herstellens eines annähernden Kräftegleichgewichts zwischen der Vorspannkraft und einer, in entgegengesetzte Richtung wirkende und von der Messeinrichtung durch einen Referenzdruck erzeugte, Zugkraft eine verbesserte Bestimmung der Vorspannkraft erfolgen kann, die insbesondere weniger anfällig für Verfälschungen ist, wie dies beispielsweise bei den eingangs genannten, auf der Messung eines Drehmoments basierenden Ansätzen der Fall ist.
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Der Begriff „erfassen“ umfasst insbesondere ein Feststellen, ob eine Axialauslenkung des Befestigungselements vorhanden ist und/oder ob die Axialauslenkung eine Signifikanzauslenkung überschreitet, und/oder ein Messen des Betrags der Axialauslenkung.
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Die Stützfläche ist insbesondere ausgebildet zum Abstützen auf einen das Befestigungselement umgebenden Randbereich des Befestigungspartners. Die mindestens eine Merkmalsaufnahme ist ausgebildet, mit einem Zugmerkmal in einen Eingriff gebracht zu werden zum formschlüssigen oder kraftschlüssigen Übertragen einer axial wirkenden Kraft, insbesondere einer Zugkraft.
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Die Erfindung führt auch auf ein System das Anspruchs 12. Das erfindungsgemäße System ist wenigstens aus einem Schraubgerät und der erfindungsgemäßen Messeinrichtung gebildet.
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Insbesondere ist das System in Form eines Impulsschraubers mit der Messeinrichtung gebildet. Beispielsweise kann in den Impulsschrauber oder dergleichen Schraubgerät die Messeinrichtung integriert sein. Bevorzugt ist das Schraubgerät ausgebildet zum Aufbringen eines Anziehdrehmoments auf das Befestigungsmittel in Abhängigkeit einer von der Messeinrichtung gemessenen Axialauslenkung. Vorteilhaft ist das System ausgebildet, das Aufbringen des Anziehdrehmoments und das Messen der Axialauslenkung zeitlich nacheinander durchzuführen. Besonders vorteilhaft ist das System ausgebildet, die Abfolge von dem Aufbringen des Anziehdrehmoments und dem Messen der Axialauslenkung so lange zu wiederholen, bis eine gewünschte, mit einer gemessenen Axialauslenkung korrelierende, Vorspannkraft erreicht ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Vorteilhaft kann die Merkmalsaufnahme mit einem Zugmerkmal des Befestigungselements in einen Eingriff gebracht werden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig in einen Eingriff gebracht werden. Der Begriff „in einen Eingriff bringen“ umfasst insbesondere das wiederlösbare Herstellen einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zum Übertragen einer Zugkraft von der Messeinrichtung auf das Befestigungsmittel. Durch ein in Eingriff bringen mindestens einer Merkmalsaufnahme des Zugkolbens mit einem Zugmerkmal des Befestigungselements kann ein formschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Eingriff zwischen der Messeinrichtung und dem Befestigungsmittel zum Übertragen einer Zugkraft temporär hergestellt werden. Insbesondere kann der Referenzdruck von einem Minimaldruck schrittweise erhöhbar sein. Nach der Messung kann dieser Eingriff einfach gelöst werden, ohne dass die Messeinrichtung oder Teile dessen an der Verbindung zwischen Befestigungsmittel und/oder Befestigungspartner zurückbleiben.
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Die Merkmalaufnahme ist insbesondere als Anformung oder Gewinde, insbesondere Innengewinde, ausgebildet. Als Anformung wird insbesondere ein einstückig mit dem Zugkolben oder Befestigungsmittel verbundenes Formelement verstanden, welches sich insbesondere in radialer Richtung erstreckt zum Herstellen eines Eingriffs, insbesondere in Form eines Formschlusses, insbesondere einer axialen Hinterschneidung.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Wandeleinheit vorgesehen, die ausgebildet ist zum Bestimmen der Zugkraft in Abhängigkeit des Referenzdrucks. Die Wandeleinheit ist insbesondere als Skalenanzeige oder eine Recheneinheit ausgebildet. Die Wandeleinheit ist insbesondere ausgebildet, einen Referenzdruck durch Multiplikation mit einer -konstanten-Druckfläche des Druckstempels rechnerisch in eine Zugkraft umzuwandeln. Die Messeinrichtung weist insbesondere einen Drucksensor auf, der ausgebildet ist zum Messen des Referenzdrucks und insbesondere zum Bereitstellen eines entsprechenden Druckmesswerts als Eingangsgröße für die Detektionseinheit und/oder die Steuereinheit und/oder das Ausgabemittel. Die Wandeleinheit kann bevorzugt ausgebildet sein, bei der rechnerischen Umwandlung des Referenzdrucks in eine Zugkraft zusätzlich einen Verformungsverlustfaktor zu berücksichtigen, insbesondere die berechnete Zugkraft mit einem Verformungsverlustfaktor zu multiplizieren.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Detektionseinheit vorgesehen zum Bestimmen der Vorspannkraft in Abhängigkeit der Zugkraft und der Axialauslenkung. Die Detektionseinheit ist insbesondere ausgebildet zum Festlegen der Vorspannkraft als diejenige Zugkraft, die einem Referenzdruck entspricht, bei dem die Axialauslenkung eine Signifikanzauslenkung überschreitet. In bevorzugten Weiterbildungen ist die Detektionseinheit ausgebildet, diejenige Zugkraft als Vorspannkraft festzulegen, die einem Referenzdruck entspricht, der anliegt, bevor in einem nachfolgenden Erhöhungsschritt durch Erhöhung des Referenzdrucks die Axialauslenkung eine Signifikanzauslenkung überschreitet.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die ausgebildet ist zum Steuern einer Fördereinrichtung, insbesondere einer Hydraulikpumpe, in Abhängigkeit des Referenzdrucks und/oder der Zugkraft und/oder der Axialauslenkung. Insbesondere kann die Steuereinheit die Wandeleinheit und/oder die Detektionseinheit umfassen und ausgebildet sein zum automatisierten Bestimmen der Vorspannkraft. Ein automatisiertes Bestimmen der Vorspannkraft kann insbesondere umfassen, dass der Referenzdruck in mindestens einem Erhöhungsschritt durch ein Ansteuern der Fördereinrichtung schrittweise erhöht wird, und bei dem Feststellen einer Axialauslenkung mittels eines Längensignals der Längenmessvorrichtung, insbesondere dem Feststellen eines Überschreitens einer Signifikanzauslenkung, die Vorspannkraft als die im vorherigen Erhöhungsschritt aufgewendete Zugkraft definiert wird. Die Längenmessvorrichtung ist insbesondere über einen Signalausgang signalführend mit der Steuereinheit verbunden zum Bereitstellen eines Längensignals. Mittels einer Steuereinheit kann der manuelle Aufwand zum Bestimmen der Vorspannkraft vorteilhaft reduziert werden.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Erkennungseinheit vorgesehen, die ausgebildet ist zum Identifizieren einer Befestigungsmittelkennung durch ein Erkennen eines an dem oder in der Nähe des Befestigungsmittels angeordneten Erkennungsmerkmals, bevorzugt eines optischen Erkennungsmerkmals oder funktechnischen Erkennungsmerkmals, besonders bevorzugt einer Zeichenfolge, eines Barcodes, QR-Codes und/oder RFID-Etiketts. Die Erkennungseinheit ist insbesondere ausgebildet zum kontaktlosen Erkennen des Erkennungsmerkmals. Mittels einer Erkennungseinheit kann der manuelle Aufwand bei einem Identifizieren eines Befestigungsmittels und einem Zuordnen einer Messung zu diesem Befestigungsmittel, insbesondere bei mehreren Befestigungsmitteln, vorteilhaft reduziert werden. Insbesondere kann die Erkennungseinheit ausgebildet sein, einen in dem Erkennungsmerkmal hinterlegten Kraftsollwert auszulesen und der Steuereinheit bereitzustellen. Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, einen - insbesondere in einem Erkennungsmerkmal eines bestimmten Befestigungsmittels hinterlegten - Kraftsollwert mit der an diesem Befestigungsmittel gemessenen Vorspannkraft zu vergleichen, und bei einer Abweichung eine Warnung - insbesondere über ein Ausgabemittel - auszugeben.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Protokollierungseinheit vorgesehen, die ausgebildet ist zum Erstellen eines Schraubfalldatensatzes, der die Befestigungsmittelkennung eines Befestigungsmittels und die an diesem Befestigungsmittel gemessene Vorspannkraft aufweist, und insbesondere ausgebildet ist zum Hinterlegen des Schraubfalldatensatzes in einer Schraubfalldatenbank. Mittels einer Protokollierungseinheit können die gemessenen Vorspannkräfte eines oder mehrerer Befestigungsmittel vorteilhaft dokumentiert werden. Insbesondere kann bei einer Messeinrichtung mit einer Steuereinheit und/oder einer Erkennungseinheit und/oder einer Protokollierungseinheit die Messung und anschließende Dokumentation in synergetischer Weise weitgehend automatisiert werden, was insbesondere für technische Systeme mit einer großen Anzahl an Befestigungsmittel und/oder einem Arbeitsplatz mit einer Vielzahl an zu überprüfenden Befestigungsmitteln (beispielsweise in einer Montagelinie) vorteilhaft ist.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Längenmessvorrichtung als Messuhr, insbesondere als digitale Messuhr mit einem Signalausgang, ausgebildet ist.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist eine in axialer Richtung zwischen dem Befestigungsmittel und dem Befestigungspartner anordenbare Referenz-Kraftmesseinrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist zum Messen einer Referenz-Vorspannkraft zwischen dem Befestigungsmittel und dem Befestigungspartner. Die Referenz-Kraftmesseinrichtung ist insbesondere als Druckmessdose bzw. Kraftmessdose oder Messschraube ausgebildet.
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Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung einen Außendurchmesser aufweist, der nicht mehr als 30% größer, bevorzugt nicht mehr als 15 % größer, ist als ein äußerer Befestigungsmittel-Durchmesser des Befestigungsmittels, insbesondere eines Schraubenkopfes oder einer Unterlegscheibe des Befestigungsmittels. Mittels einer derartigen Weiterbildung wird ein relativ schlanker Aufbau der Tragstruktur der Messeinrichtung erreicht, wodurch eine verbesserte Zugänglichkeit von Befestigungsmitteln, die mit einem Befestigungspartner verbunden sind und gegebenenfalls an schwer zugänglichen Stellen angeordnet sein können, erreicht wird.
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Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe in einem zweiten Aspekt auch auf ein Verfahren des Anspruchs 13.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer Messeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet zum Messen einer Vorspannkraft eines Befestigungselements, insbesondere einer Schraube. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass
- - unter einem Beaufschlagen des Druckstempels mit einem Referenzdruck über die Merkmalsaufnahme eine Zugkraft auf das Befestigungselement ausgeübt wird, wobei die Zugkraft abhängig von dem Referenzdruck ist, und
- - mittels der Längenmessvorrichtung eine durch die Zugkraft hervorgerufene Axialauslenkung des Befestigungselements relativ zur Tragstruktur erfasst wird.
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Insbesondere weist das Verfahren in einer Weiterbildung vorteilhaft die Schritte auf:
- - in Eingriff bringen der Merkmalsaufnahme des Zugkolbens mit einem Zugmerkmal des Befestigungselements,
- - Erhöhen des Referenzdrucks, insbesondere schrittweises Erhöhen eines Referenzdrucks in Erhöhungsschritten,
- - bei dem Feststellen einer Axialauslenkung des Befestigungselements, insbesondere mittels der die Längenmessvorrichtung, Bestimmen der Vorspannkraft durch Umrechnung des im vorherigen Erhöhungsschritt aufgewendeten Referenzdrucks in einem Umrechnungsschritt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist - insbesondere vor dem Schritt des Erhöhens des Referenzdrucks - der Schritt vorgesehen:
- - Beaufschlagen des Druckraums mit einem Referenzdruck in Höhe eines Minimaldrucks, insbesondere bis sich die Stützfläche der Tragstruktur auf dem Befestigungspartner, insbesondere auf dem das Befestigungselement umgebenden Randbereich, abstützt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Verformungsverlustfaktor bei dem Bestimmen der Vorspannkraft berücksichtigt wird. Insbesondere wird der Verformungsverlustfaktor mit der auf Basis des Referenzdrucks berechneten Zugkraft multipliziert, um die Vorspannkraft zu erhalten.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist der Schritt vorgesehen:
- - messtechnisches Bestimmen einer Referenz-Vorspannkraft, insbesondere mittels einer Referenz-Kraftmesseinrichtung, in einem Kalibrierschritt. Mittels eines messtechnischen Bestimmens einer Referenz-Vorspannkraft kann insbesondere ein Verformungsverlustfaktor ermittelt werden, der zur rechnerischen Korrektur der Vorspannkraft genutzt werden kann, insbesondere bei späteren Messungen der Messeinrichtung ohne Referenz-Kraftmesseinrichtung.
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Die Erfindung führt zur Lösung der Aufgabe in einem dritten Aspekt auch auf ein Befestigungselement des Anspruchs 18.
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Das erfindungsgemäße Befestigungselement weist einen Schraubenkopf oder eine Unterlegscheibe mit mindestens einem Zugmerkmal auf, wobei das mindestens eine Zugmerkmal ausgebildet ist, zum Aufnehmen einer Zugkraft mit einer Merkmalsaufnahme einer Messeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in Eingriff gebracht zu werden. Das Zugmerkmal ist insbesondere als weitere Anformung oder als Gewinde, insbesondere als Außengewinde, ausgebildet. In einer Weiterbildung des Befestigungselements ist ein Erkennungsmerkmal vorgesehen, das ausgebildet ist zum Bereitstellen einer Befestigungsmittelkennung und/oder eines Kraftsollwerts. Das Erkennungsmerkmal ist insbesondere an dem Befestigungsmittel oder in dessen Nähe angeordnet.
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Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und dem Befestigungsmittel gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung werden die Vorteile der Messeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorteilhaft genutzt.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
- 1 eine Ausführungsform einer Messeinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
- 2A, 2B einen in 1 dargestellten Ausschnitt in näherer Ansicht in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen der Messeinrichtung;
- 2C beispielhaft eine Eingriffsbewegung in einer schematischen Draufsicht;
- 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Merkmalsaufnahme als ein Gewinde ausgebildet ist;
- 4A, 4B eine weitere Ausführungsform einer Messeinrichtung, die zusätzlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Referenz-Kraftmesseinrichtung aufweist;
- 5 ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung gemäß dem Konzept der Erfindung;
- 6 einen beispielhaften Verlauf des Referenzdrucks und der Axialauslenkung während einer Messung der Vorspannkraft.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Messeinrichtung 100 gemäß dem Konzept der Erfindung zum Messen einer Vorspannkraft FV eines Befestigungselements 400. Vorliegend weist das Befestigungselement 400 eine Schraube 402 mit einem Schraubenkopf 404 und eine Unterlegscheibe 420 auf, wobei die Schraube 402 in einen vorliegend als Motorblock 464 ausgebildeten Befestigungspartner 460 eingeschraubt ist. Gleichwohl können das Befestigungselement 400 und/oder der Befestigungspartner 460 im Rahmen der Erfindung auf andere Weise ausgebildet sein, beispielsweise kann das Befestigungselement 400 durch eine Durchgangsbohrung 164 eines oder mehrerer Befestigungspartner 460 geführt werden und mittels einer Mutter auf der - axial gegenüber des Schraubenkopfes 404 liegenden - Seite fixiert werden.
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Der Befestigungspartner 460 weist auf seiner, das Befestigungselement 400 umgebenden, Oberfläche einen Randbereich 462 auf.
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Die Messeinrichtung 100 weist eine Tragstruktur 110 auf, die eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem Außendurchmesser DA aufweist, der vorteilhaft nicht wesentlich größer ist als ein äußerer Befestigungsmittel-Durchmesser DB des Schraubenkopfes 404 oder - falls vorhanden - der Unterlegscheibe 420. Bevorzugt ist der Außendurchmesser DA kleiner oder gleich dem um 30 % vergrößerten Betrag des Befestigungsmittel-Durchmessers DB, um vorteilhaft eine gute Zugänglichkeit des Befestigungselements 400 mit der Messeinrichtung 100 zu erreichen.
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Ein Zugkolben 160 ist innerhalb der Tragstruktur 110 in axialer Richtung AR verschiebbar aufgenommen. Der Zugkolben 160 ist vorliegend als einstückiges Bauteil aus einzelnen zylindrisch oder hohlzylindrisch ausgebildeten Abschnitten gebildet. Der Zugkolben 160 weist insbesondere eine sich in axialer Richtung AR erstreckende Durchgangsbohrung 164 auf, durch die eine messtechnische Bestimmung der Axialauslenkung AA des Befestigungselement 400 durch die Längenmessvorrichtung 130 erfolgen kann. Insbesondere ist die Durchgangsbohrung 164 angeordnet und ausgebildet, dass ein Messstößel einer als Messuhr 132 ausgebildeten Längenmessvorrichtung 130 durch den Zugkolben 160 zum Befestigungselement 400 geführt werden kann, um einen taktilen Kontakt herzustellen. Gleichwohl kann in anderen Ausführungsformen die Längenmessvorrichtung 130 anders ausgebildet sein, beispielsweise auf einem optischen Messprinzip basieren. Die Längenmessvorrichtung 130 ist ausgebildet, eine gemessene Axialauslenkung AA anzuzeigen und/oder in Form eines Längensignals 138 über einen Signalausgang 136, insbesondere für eine Steuereinheit 220, bereitzustellen.
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Der Zugkolben 160 weist - an seiner in axialer Richtung AR dem Befestigungselement 400 gegenüberliegenden Seite - einen Druckstempel 162 auf, der in einer zylindrisch ausgebildeten Stempelkammer 120 der Tragstruktur 110 in axialer Richtung AR aufgenommen ist. Der Druckstempel 162 weist eine Stempelfläche AS mit einem Stempeldurchmesser DS auf, der im Wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner als ein Durchmesser der zylindrisch ausgebildeten Stempelkammer 120 ist derart, dass der Druckstempel 162 in axialer Richtung AR relativ zur Stempelkammer 120 bewegbar ist, aber dennoch druckdicht gegen diese abdichtet. Die Tragstruktur 110 weist einen Kammerboden 116 auf, welcher die Stempelkammer 120 in axialer Richtung AR zum Befestigungselement 400 gerichteten Seite begrenzt und eine Kolbendurchführung 118 aufweist, die einen Kolbenschaft 166 des Zugkolbens 160 axial verschiebbar aufnimmt und druckdicht gegen diesen abdichtet.
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In axialer Richtung AR zwischen einer Druckfläche AD des Druckstempels 162 und dem Kammerboden 116 bildet sich innerhalb der Stempelkammer 120 ein hermetisch abgeschlossener Druckraum 122, welcher über einen in die Tragstruktur 110 eingebrachten Druckanschluss 124 mittels eines Mediums 520, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit 522, mit einem Referenzdruck PR beaufschlagbar ist. Die Druckfläche AD ist insbesondere annähernd ringförmig ausgebildet.
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Indem der Referenzdruck PR auf eine, insbesondere dem Befestigungselement 400 zugewandte, Druckfläche AD wirkt, resultiert eine auf den Zugkolben 160 wirkende Zugkraft FZ. Die Druckfläche AD ergibt sich dabei insbesondere aus der Stempelfläche AS abzüglich der Querschnittsfläche des Kolbenschafts 166 bzw. der Kolbendurchführung 118 und ist somit im Wesentlichen ringförmig ausgebildet.
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Die Messeinrichtung 100 kann in dem radialen Spalt zwischen dem Kolbenschaft 166 und dem Kammerboden 116 eine Schaftdichtung 168 aufweisen. Die Messeinrichtung 100 kann in dem radialen Spalt zwischen der Tragstruktur 110 und dem Druckstempel 162 eine Stempeldichtung 170 aufweisen.
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An der in axialer Richtung AR dem Befestigungselement 400 zugewandten Seite weist der Zugkolben 160 einen Zugabschnitt 174 zur Bildung einer Aufnahmekammer 172 auf, die insbesondere zylindrisch hohl ausgebildet und in Richtung des Befestigungselements 400 offen ist. Der Zugkolben 160 weist, insbesondere innerhalb der Aufnahmekammer 172, mindestens eine Merkmalsaufnahme 180 auf, die ausgebildet ist, mit einer korrespondierenden Anzahl an Zugmerkmalen 410 formschlüssig und/oder kraftschlüssig in einen Eingriff E gebracht zu werden zum Übertragen der Zugkraft FZ auf das Befestigungsmittel 400. Das in den Eingriff bringen kann insbesondere über eine Eingriffsbewegung BE, insbesondere durch eine Rotationsbewegung um die axiale Richtung AR, erfolgen.
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Das Messprinzip der Messeinrichtung zur Bestimmung der Vorspannkraft FV basiert auf einem Gleichgewicht der Kräfte, nämlich zwischen der Vorspannkraft FV und der Zugkraft FZ.
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Solange die Zugkraft FZ betragsmäßig kleiner als oder gleich wie die in entgegengesetzte Richtung wirkende Vorspannkraft FV ist, bewegt sich das - mittels der Längenmessvorrichtung 130 erfasste -Befestigungsmittel 400, insbesondere ein Schraubenkopf 404 des Befestigungsmittels 400, nicht. Sobald die Zugkraft FZ die Vorspannkraft FV betragsmäßig übersteigt, resultiert eine Axialauslenkung AA. Die Zugkraft FZ kann dabei bevorzugt schrittweise in Erhöhungsschritten N erhöht werden, indem der Referenzdruck PR in Druckinkrementen PI erhöht wird. Der Betrag eines Druckinkrements PI ist bevorzugt nicht zu hoch zu wählen, sodass es nicht zu Schäden an der Messeinrichtung und/oder dem Befestigungselement 400 aufgrund eines abrupten, ruckartigen Ansteigen des Referenzdrucks PR und der daraus resultierenden Zugkraft FZ kommt. Auch wird durch den Betrag des Druckinkrements PI die Genauigkeit beeinflusst, mit der die Vorspannkraft FV bestimmt werden kann, da der Referenzdruck PR des jeweils vorherigen Erhöhungsschrittes N vor Erreichen einer Axialauslenkung AA als Grundlage zur Berechnung der Vorspannkraft FV genommen wird. Je kleiner somit der Betrag des Druckinkrements PI gewählt wird, desto näher liegt die Bestimmung der Vorspannkraft FV an dem tatsächlichen Kräftegleichgewicht zwischen Zugkraft FZ und Vorspannkraft FV. Eine insbesondere als Hydraulikpumpe 502 oder Hydraulikzylinder 504 ausgebildete Förderrichtung 500 kann zum Erzielen des benötigten Referenzdrucks PR entsprechend angesteuert werden. Die Förderrichtung 500 ist ausgebildet zum druckbeaufschlagten Fördern des Mediums 520, insbesondere der Hydraulikflüssigkeit 522, und kann bevorzugt über eine Steuereinheit 220, insbesondere in Abhängigkeit eines mittels eines Drucksensor 240 gemessenen Druckmesswerts PM, angesteuert werden zum Erreichen eines benötigten Referenzdrucks PR. Die Förderrichtung 500 ist mittels einer Hydraulikleitung 530 mit dem Druckanschluss 124 verbunden. Die Hydraulikleitung 530 kann bevorzugt wie hier gezeigt als ein - insbesondere aus einem Metall gebildeten - Hydraulikrohr 532 ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann die Hydraulikleitung 530 auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als Hydraulikschlauch.
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Die Messeinrichtung 100 kann weiter eine Erkennungseinheit 600 aufweisen, die ausgebildet ist zum Identifizieren einer Befestigungsmittelkennung 470 durch ein Erkennen eines an dem oder in der Nähe des Befestigungselement 400 angeordneten Erkennungsmerkmals 480. Das Erkennungsmerkmal 480 kann bevorzugt als ein optisches Erkennungsmerkmal 482 oder funktechnisches Erkennungsmerkmal 484 ausgebildet sein, beispielsweise als eine Zeichenfolge 486, als ein Barcode 488, als ein QR-Code 490 und/oder als ein RFID-Etikett 492. In dem Erkennungsmerkmal 480 kann insbesondere eine Befestigungsmittelkennung 470 zur Identifikation des Befestigungselements 400 und/oder ein Kraftsollwert KSW für das zugeordnete Befestigungselement 400 hinterlegt sein, welcher von der Erkennungseinheit 600 ausgelesen und insbesondere der Steuereinheit 220 zur Verfügung gestellt werden kann zwecks eines Abgleichs mit der gemessenen Vorspannkraft FV. Der Kraftsollwert KSW kann als ein einzelner Zahlenwert oder als ein Bereich von Zahlenwerten gebildet sein.
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2A und 2B zeigen den in 1 dargestellten Ausschnitt X in näherer Ansicht in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen der Messeinrichtung 100. Zu sehen ist in 2A, wie der Stützabschnitt 114 der Tragstruktur 110 mit seiner stirnseitigen Stützfläche 112 auf dem - das Befestigungselement 400 umgebenden - Randbereich 462 des Befestigungspartners 460 aufliegt.
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Der relativ zu der Tragstruktur 110 bewegliche Zugkolben 160 weist an seinem Zugabschnitt 174 mindestens eine Merkmalsaufnahme 180 auf. Vorliegend weist der Zugkolben 160 drei Merkmalsaufnahmen 180 auf und das Befestigungselement 400 drei dazu korrespondierend angeordnete und ausgebildete Zugmerkmale 410.
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Vorliegend ist die Merkmalsaufnahme 180 als eine Anformung 182 gebildet, die sich in einer radialen Richtung RR in die Aufnahmekammer 172 erstreckt. Das Befestigungsmittel 400, vorliegend die Unterlegscheibe 420, weist ein zu der Merkmalsaufnahme 180 korrespondierendes Zugmerkmal 410 auf, welches vorliegend als weitere Anformung 412 gebildet ist, die sich in radialer Richtung RR in Richtung des Zugkolbens 160 erstreckt. Nach einer Eingriffsbewegung BE, in der sich die mindestens eine Merkmalsaufnahme 180 mit dem mindestens einen Zugmerkmal 410 im Eingriff E befindet, wirkt ein Formschluss FS zur Übertragung der Zugkraft FZ in axialer Richtung AR. Vorliegend entsteht der Formschluss FS durch eine in axialer Richtung AR wirkenden Hinterschneidung HS zwischen der Anformung 182 und der weiteren Anformung 412. In anderen Ausführungsformen kann der Zugkolben 160 ausgebildet sein, mittels eines Kraftschlusses KS mit dem Befestigungselement 400 in einen Eingriff E zu gelangen, beispielsweise über eine Pressung, zum Übertragen der Zugkraft FZ.
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In 2B ist die Messeinrichtung 100 in einem Zustand gezeigt, in dem der Referenzdruck PR derart erhöht wurde, dass die Zugkraft FZ die Vorspannkraft FV betragsmäßig übersteigt, wodurch das Befestigungsmittel 400, vorliegend die Unterlegscheibe 420, um eine Axialauslenkung AA vom Befestigungspartner 460 angehoben wird. Die Messeinrichtung 100, insbesondere die Längenmessvorrichtung 130 kann derart ausgebildet sein, dass, sobald nach einem Erhöhungsschritt N die Axialauslenkung AA eine Signifikanzauslenkung AS übersteigt, ein Überschreiten der Vorspannkraft FV registriert wird, und folglich die in dem vorherigen Erhöhungsschritt N-1 erzeugte Zugkraft FZ als Messwert für die Vorspannkraft FV festgelegt wird. Die Signifikanzauslenkung AS kann beispielsweise 20 µm betragen.
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In 2C ist beispielhaft eine Eingriffsbewegung BE in einer schematischen Draufsicht gezeigt, bei der eine punktiert dargestellte Messeinrichtung 100 mit einem Befestigungselement 400 in Form einer Unterlegscheibe 420 in Eingriff gebracht wird. Anstelle der Unterlegscheibe 420 kann die Beschreibung im Rahmen der Erfindung in gleicher Weise auf andere Formen von Befestigungsmittel zutreffen, insbesondere auf eine Schraube 402 mit einem Schraubenkopf 404, bei der der Schraubenkopf 404 mindestens ein Zugmerkmal 410 aufweist. Die Messeinrichtung 100 weist einen Zugkolben 160 auf, der an seinem Zugabschnitt 174 drei Merkmalsaufnahmen 180 aufweist, die jeweils als Anformung 182 ausgebildet sind. Die Unterlegscheibe 420 weist eine Anzahl von drei Zugmerkmalen 410 auf, die sich als weitere Anformung 412 in radialer Richtung RR über einen Kerndurchmesser 416 hinaus in Richtung des Zugabschnitts 174 erstrecken. Zwischen den über den Umfang des Befestigungselements 400 verteilten Anformungen 412 ist jeweils ein Axialdurchlass 414 angeordnet, durch den jeweils eine Merkmalsaufnahme 180 des Zugkolbens 160 beim Aufsetzen der Messeinrichtung 100 auf das Befestigungselement 400 in axialer Richtung passieren kann. Nach dem Aufsetzen der Messeinrichtung 100 auf das Befestigungselement 400 wird die Messeinrichtung in einer Eingriffsbewegung BE gedreht, beispielsweise um einen Winkel von 20°, wodurch die Merkmalsaufnahmen 180 jeweils in einen Hinterschnitt HS mit einem Zugmerkmal 410 gelangen zur Herstellung eines Formschlusses FS zur Übertragung der Zugkraft FZ.
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3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Merkmalsaufnahme 180 als ein Gewinde, nämlich ein Innengewinde 184, ausgebildet ist, welches in dem Zugabschnitt 174 auf der der Aufnahmekammer 172 zugewandten Seite angeordnet ist. Das Innengewinde 184 ist ausgebildet, mit einem als Außengewinde 418 ausgebildeten Zugmerkmal 410 in einen Eingriff E gebracht zu werden zur Herstellung eines Formschlusses FS.
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Das Außengewinde 418 ist an einem Außenumfang des Befestigungsmittel 400, vorliegend der Unterlegscheibe 420, angeordnet. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet die Eingriffsbewegung BE insbesondere das mehrfache Rotieren um die Achse des Befestigungsmittels (vorliegend die Axialrichtung AR), um den Zugkolben 160 auf das Befestigungselement 400 zur Herstellung des Formschlusses FS aufzuschrauben. Das Innengewinde 184 kann insbesondere als metrisches ISO-Gewinde ausgebildet sein zum Eingriff in ein entsprechend ebenfalls als metrisches ISO-Gewinde ausgebildetes Außengewinde 418.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Messeinrichtung 100, die zusätzlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 aufweist, die ausgebildet ist zum Messen einer mechanischen Druckspannung und/oder einer in axialer Richtung AR wirkenden Kraft. Vorliegend ist die Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 als Druckmessdose 262 ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann die Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 in anderer Weise, beispielsweise als Messschraube 264, ausgebildet sein. Die Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 ist zur messtechnischen Bestimmung der Vorspannkraft FV zwischen dem Befestigungselement 400 und dem Befestigungspartner 460 angeordnet. Mittels der Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 kann eine Messung einer Referenz-Vorspannkraft FVR - zusätzlich zu der in 1 beschriebenen Messung durch die Messeinrichtung 100 - erfolgen, insbesondere zum Kalibrieren und/oder Verifizieren der Messeinrichtung 100. Insbesondere kann ein Verformungsverlustfaktor VV messtechnisch ermittelt werden, der später bei der Anwendung der Messeinrichtung 100 ohne die Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 zur rechnerischen Korrektur der gemessenen Vorspannkraft FV genutzt werden kann.
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In 4B ist eine Außendarstellung der in 4A gezeigten Messeinrichtung 100' gezeigt, bei der insbesondere die Tragstruktur 110' sichtbar ist. Die Messeinrichtung 100' weist einen Kabelspalt 140 auf. Der Kabelspalt 140 kann durch einen in der Tragstruktur 110' angeordneten Strukturspalt 142 und/oder einen im Zugkolben 160 angeordneten Kolbenspalt 144 gebildet sein. Ein Kabelspalt 140 ermöglicht vorteilhaft das Herausführen einer Messleitung 266 von der Referenz-Kraftmesseinrichtung 260. Ein Kabelspalt 140 ist bevorzugt schmal ausgebildet, das heißt er weist insbesondere eine relativ geringe Ausbreitung in Umfangsrichtung der Tragstruktur 110' und oder des Zugkolbens 160' auf, um die Messeinrichtung nicht oder nur gering zu schwächen und insbesondere einen Verformungsverlustfaktor VV möglichst gering zu halten.
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5 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Messeinrichtung 100 gemäß dem Konzept der Erfindung. In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Aufsetzen der Messeinrichtung 100 auf das Befestigungsmittel 400, insbesondere auf einen das Befestigungselement 400 umgebenden Randbereich 462 des Befestigungspartners 460.
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In einem zweiten Schritt S2 erfolgt eine Eingriffsbewegung BE, insbesondere einer Rotation der Messeinrichtung 100, um mindestens eine Merkmalsaufnahme 180 mit mindestens einem Zugmerkmal 410 in Eingriff E zu bringen zum Herstellen einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Messeinrichtung 100 und dem Befestigungsmittel 400.
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In einem dritten Schritt S3 erfolgt ein Beaufschlagen des Druckanschlusses 124 mit einem Referenzdruck PR in Höhe eines Minimaldruck PMIN. Durch einen Minimaldruck PMIN resultiert eine minimale Zugkraft FZMIN, welche die durch den Eingriff E hergestellte mechanische Verbindung zwischen der Messeinrichtung 100 und dem Befestigungselement 400 leicht unter Zug setzen kann und somit insbesondere mögliche - zu einem Spiel führenden - Zwischenräume geschlossen werden. Danach kann insbesondere ein Abnullen des Wertes des Referenzdrucks PR erfolgen, das heißt insbesondere, dass eine Skala oder Anzeige in einer Ausgabemittel 230, beispielsweise wie hier einer Anzeigeeinheit, auf 0 bar gesetzt wird. Der Minimaldruck PMIN kann insbesondere 5% eines Maximaldrucks PMAX betragen. Der Maximaldruck PMAX ist ein Maximalwert für den Referenzdruck PR, der insbesondere durch die Belastungsgrenze der Messeinrichtung 100 und/oder des Befestigungselements 400 festgelegt wird.
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In einem anschließenden vierten Schritt S4 erfolgt das Erhöhen einer Schrittvariable N, die von einem Initialwert 0 bei jedem Durchlauf des vierten Schrittes S4 um den Wert 1 erhöht wird. Die Schrittvariable N charakterisiert einen Erhöhungsschritt N, der insbesondere den vierten Schritt S4, einen fünften Schritt S5 und einen sechsten Schritt S6 umfasst, die insbesondere in dieser Reihenfolge in Abhängigkeit der ersten Verzweigung V1 wiederholt werden.
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In dem anschließenden fünften Schritt S5 wird der am Druckanschluss 124 anliegende Referenzdruck PR um ein Druckinkrement PI erhöht. In einem sechsten Schritt S6 wird mittels der Längenmessvorrichtung 130 die Axialauslenkung AA gemessen. In einer anschließenden Verzweigung V1 wird geprüft, ob die Axialauslenkung AA eine festgelegte Signifikanzauslenkung SA überschreitet. Ist dies nicht der Fall, werden die Schritte S4, S5 und S6 wiederholt, insbesondere erfolgt im fünften Schritt S5 ein Beaufschlagen mit einem - im Vergleich zu dem im vorherigen Erhöhungsschritt N-1 angelegten Referenzdruck PR(N-1) - erhöhten Referenzdruck - nämlich um das Druckinkrement PI erhöht. Das heißt, es gilt:
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Wird in der Verzweigung V1 festgestellt, dass die Axialauslenkung AA gleich der oder größer als die Signifikanzauslenkung SA ist, wird in einem siebten, als Umrechnungsschritt ausgebildeten Schritt S7 der im vorherigen Erhöhungsschritt N-1 angelegte Referenzdruck PR(N-1) - und insbesondere nicht der aktuell anliegende, zur gemessenen Axialauslenkung AA führende Referenzdruck PR (N) - zur Bestimmung der Vorspannkraft FV zunächst in eine Zugkraft FZ(N-1) umgewandelt. Zur Bestimmung der Zugkraft FZ(N-1) wird insbesondere der vorherige Referenzdruck PR(N-1) mit der Druckfläche AD multipliziert.
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Die Bestimmung der Vorspannkraft FV ergibt sich somit insbesondere wie folgt:
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Wobei N in diesem Fall der Erhöhungsschritt ist, bei dem die Axialauslenkung AA die Signifikanzauslenkung SA überschritten hat und der Verformungsverlustfaktor VV Verformungen berücksichtigt, die bei der Beaufschlagung der Zugkraft FZ auftreten können, insbesondere eine Stauchung des Stützabschnittes 114 und/oder eine Dehnung des Zugkolbens 160 und/oder eine Verformung der Unterlegscheibe 420 oder des Schraubenkopfes 404. In einem achten Schritt S8 erfolgt gegebenenfalls eine rechnerische Korrektur der Zugkraft FZ mit einem Verformungsverlustfaktor VV. Mittels eines Verformungsverlustfaktors VV kann eine - messtechnisch oder schätzungsweise erfasste - Verformung der Messeinrichtung 100 und/oder des Befestigungsmittels 400, die das Messergebnis verfälschen würde, berücksichtigt werden, indem die umgerechnete Zugkraft FZ(N-1) mit dem Verformungsverlustfaktors VV multipliziert wird.
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In einem neunten Schritt S9 wird diese, insbesondere mittels des Verformungsverlustfaktors VV korrigierte, Zugkraft FZ (N -1) über ein Ausgabemittel 230 als Vorspannkraft FV bereitgestellt, insbesondere ausgegeben und/oder angezeigt.
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In Ausführungsformen des Verfahrens, in dem eine Messeinrichtung 100 mit einer Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 verwendet wird, kann das Verfahren vor dem ersten Schritt S1 ein Anordnen der Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 in der Verbindung, insbesondere im Kraftschluss, zwischen dem Befestigungselement 400 und dem Befestigungspartner 460, in einem zehnten Schritt S10 aufweisen. In derartigen Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin einen, insbesondere nach dem dritten Schritt S3 folgenden, elften Schritt S 11 aufweisen, in dem mittels der Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 eine Referenz-Vorspannkraft FVR gemessen wird. Der elfte Schritt S11 erfolgt insbesondere nach einem Verbinden, insbesondere Befestigen, des Befestigungselement 400 mit dem Befestigungspartner 460. In derartigen Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin einen - insbesondere nach dem neunten Schritt S9 folgenden - zwölften, als Kalibrierschritt ausgebildeten Schritt S12 aufweisen, in dem ein Vergleich der Vorspannkraft FV mit einer Referenz-Vorspannkraft FVR erfolgt, insbesondere zum Bestimmen des Verformungsverlustfaktors VV. Die Referenz-Vorspannkraft FVR wird insbesondere dann mittels der Referenz-Kraftmesseinrichtung 260 gemessen, wenn noch keine Beaufschlagung des Druckanschlusses 124 erfolgt, oder lediglich eine Beaufschlagung mit dem Minimaldruck PMIN erfolgt. Die optionalen Schritte S10, S 11 und S12 sind insbesondere gemeinsam in einer Weiterbildung des Verfahrens vorhanden.
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6 zeigt einen beispielhaften Verlauf des Referenzdrucks PR und der Axialauslenkung AA während einer Messung der Vorspannkraft. Zu sehen ist, wie zunächst der Druckanschluss 124 gemäß dem dritten Schritt S3 mit einem Minimaldruck PMIN beaufschlagt wird. Im Anschluss folgen mehrere Erhöhungsschritte N, bei der jeweils der Referenzdruck PR um ein Druckinkrement PI erhöht und die Schrittvariable N um den Wert 1 erhöht wird. Bei dem Erhöhungsschritt N=3 erfolgt eine erste, messbare Axialauslenkung AA, die jedoch noch unterhalb der Signifikanzauslenkung AS bleibt. Im darauffolgenden Erhöhungsschritt N=4 vergrößert sich die Axialauslenkung AA derart, dass die Signifikanzauslenkung AS überschritten wird. Gemäß dem in 5 beschriebenen Verlauf wird in dem in 6 gezeigten Beispiel folglich der im vorherigen Erhöhungsschritt N=3 angelegte Referenzdruck PR(N=3) wie beschrieben in eine Kraft umgewandelt und als Vorspannkraft FV, das heißt als Messergebnis, bereitgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Messeinrichtung
- 110
- Tragstruktur
- 112
- Stützfläche
- 114
- Stützabschnitt
- 116
- Kammerboden
- 118
- Kolbendurchführung
- 120
- Stempelkammer
- 122
- Druckraum
- 124
- Druckanschluss
- 130
- Längenmessvorrichtung
- 132
- Messuhr
- 134
- digitale Messuhr
- 136
- Signalausgang
- 138
- Längensignal
- 140
- Kabelspalt
- 142
- Strukturspalt
- 144
- Kolbenspalt
- 160
- Zugkolben
- 162
- Druckstempel
- 164
- Durchgangsbohrung
- 166
- Kolbenschaft
- 168
- Schaftdichtung
- 170
- Stempeldichtung
- 172
- Aufnahmekammer
- 174
- Zugabschnitt
- 180
- Merkmalsaufnahme
- 182
- Anformung
- 184
- Innengewinde
- 204
- Wandeleinheit
- 206
- Skalenanzeige
- 208
- Recheneinheit
- 210
- Detektionseinheit
- 220
- Steuereinheit
- 230
- Ausgabemittel
- 240
- Drucksensor
- 260
- Referenz-Kraftmesseinrichtung
- 262
- Druckmessdose
- 264
- Messschraube
- 266
- Messleitung
- 400
- Befestigungselement
- 402
- Schraube
- 404
- Schraubenkopf
- 410
- Zugmerkmal
- 412
- weitere Anformung
- 414
- Axialdurchlass
- 416
- Kerndurchmesser
- 418
- Außengewinde
- 420
- Unterlegscheibe
- 460
- Befestigungspartner
- 462
- das Befestigungselement umgebender Randbereich des Befestigungspartners
- 464
- Motorblock
- 470
- Befestigungsmittelkennung
- 480
- Erkennungsmerkmal
- 482
- optisches Erkennungsmerkmal
- 484
- funktechnisches Erkennungsmerkmal
- 486
- Zeichenfolge
- 488
- Barcode
- 490
- QR-Code
- 492
- RFID-Etikett
- 500
- Fördereinrichtung
- 502
- Hydraulikpumpe
- 504
- Hydraulikzylinder
- 520
- Medium
- 522
- Hydraulikflüssigkeit
- 530
- Hydraulikleitung
- 532
- Hydraulikrohr
- 600
- Erkennungseinheit
- 700
- Protokollierungseinheit
- 710
- Schraubfalldatensatz
- 720
- Schraubfalldatenbank
- AA
- Axialauslenkung
- AD
- Druckfläche
- AR
- axiale Richtung
- AS
- Signifikanzauslenkung
- BE
- Eingriffsbewegung
- DA
- Außendurchmesser der Messeinrichtung
- DB
- Befestigungsmittel-Durchmesser
- FV
- Vorspannkraft
- FVR
- Referenz-Vorspannkraft
- FZ
- Zugkraft
- KSW
- Kraftsollwert
- N
- Erhöhungsschritt
- PI
- Druckinkrement
- PMAX
- Maximaldruck
- PMIN
- Minimaldruck
- PR
- Referenzdruck
- S1-S12
- erster bis zwölfter Schritt
- S7
- Umrechnungsschritt
- S12
- Kalibrierschritt
- VV
- Verformungsverlustfaktor
- X
- Detail
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013107096 A1 [0003]
- DE 19819301 C1 [0008]
