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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle von Schraubverbindungen.
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Schraubverbindungen
beruhen auf der Umwandlung eine s Drehmomentes in eine Axialkraft über ein
Gewinde. Diese Kraft führt
zu einer elastischen Dehnung des Schraubenschaftes und presst die
zu verbindenden Bauteile kraftschlüssig aufeinander. Schraubverbindungen
gehören
zu den lösbaren
Verbindungen in der Konstruktionstechnik, worin auch ihre größte Gefahr
begründet
liegt. Diese Verbindungen können
ihre Funktion durch Vibration, Setzungsvorgänge oder ähnliches verlieren.
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Zur
Verhinderung des unabhängigen
Lösens werden
verschiedene Methoden angewandt. Es können Splinte quer durch die
Schraube gesetzt werden, die ein Herausfallen verhindern. Die Verbindung
ist dann jedoch eigentlich schon gelöst. Ferner werden verschiedene
Ar ten von Klebstoffen verwandt, welche ein Lockern durch Vibration
unterbinden sollen. Des weiteren kommen federnde Schrauben zum Einsatz,
welche eine Spannung aufrechterhalten und so ein Losvibrieren verhindern
sollen.
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Alle
diese Methoden geben aber keinen Aufschluss über den Zustand einer Schraubverbindung, sondern
sollen einen einmal eingestellten Status Quo aufrechterhalten. Die
Qualität
einer Schraubverbindung ist jedoch durch die axiale Vorspannung
determiniert, welche sich bei anspruchsvolleren Konstruktionen auch
noch in einem bestimmten Bereich bewegen muss. Zu einer ständigen Überwachung
muss also eine axiale Kraft fortlaufend gemessen werden.
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Zur
Messung der axialen Kraft von Schraubverbindungen sind Verfahren
bekannt, bei der das Anzugsdrehmoment in eine Axialkraft umgerechnet wird.
Diese Verfahren liefern nur unzuverlässige Ergebnisse und sind beispielsweise
sehr abhängig
von Reibungskoeffizienten zwischen Schraubkopf und Unterlage, welcher
sich mit der Betriebszeit stark ändert.
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Weiterhin
ist bekannt, zur Messung der Axialkraft ein piezoelektrisches Schichtsystem
auf den Schraubenkopf zu applizieren. Über ein Ultraschall-Lesegerät erhält man so
eine recht genaue Angabe der Axiallast in der Schraubverbindung.
Eine derartige Vorgehensweise bringt jedoch einige Nachteile mit
sich. Zum einen ist sie nicht für
jede Kopfform geeignet, zum anderen muss für jeden Schraubentyp eine neue
Kennlinie aufgenommen werden. Ferner ist durch die recht aufwendige
Ultraschallauslesung eine Dauerüberwachung
vieler Schraubverbindungen kaum wirtschaftlich realisierbar.
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Bekannte
Lösungen
sind in der
DE 198
31 372 A1 und
DE
199 54 164 A1 beschrieben worden. Ein großer Nachteil
der bekannten Lösungen
besteht darin, dass keine optimierte Anpassung der Axialkraftmessung
erfolgen kann. Bei Verwendung der piezoresistiven Messschicht auf
einer U-Scheibe wie in
DE 199
54 164 dargestellt wurden, zeigt die Widerstandsänderung
in Abhängigkeit
der Kraft einen exponentiellen Verlauf. Bei großer Belastung reduziert sich
folglich die Empfindlichkeit der Messung, da die Steigerung der
Kurven erheblich flacher ausfällt.
Um trotzdem noch genaue Ergebnisse über die eingeleitete Axialkraft
in den Schraubenschaft zu erhalten, ist eine empfindliche Messelektronik
notwendig bzw. es sind besonders aufwendige Rahmenbedingungen zu schaffen,
um trotzdem eine ausreichend genaue und aussagekräftige Messung
durchführen
zu können. Hierdurch
resultieren hohe Kosten bei trotzdem noch u.U. ungenauen Messungen.
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Die
DE 199 54 164 A1 zeigt
eine Vorrichtung zur Kontrolle der kraftschlüssigen Verbindung zwischen
Zahnrädern,
die als Kraftaufbringungselemente mindestens zwei Zahnräder aufweist.
Eines der Zahnräder
ist mit einer piezoresistiven Messschicht beschichtet und mit Auswerteelektronik
verbunden und fungiert somit als Messelement. Aufgrund der Zahnradform
dieses Messelementes weist die darauf befindliche piezoresistive
Messschicht zwangsläufig flächige Erhebungen
zur Aufnahme der Kraft auf, die durch die ineinander greifenden
Zahnräder
(Kraftaufbringungselemente) aufeinander ausgeübt wird.
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Die
WO 01/59417 A1 zeigt ein Prüfgerät zur Ermittlung
der Reib- und Vorspannwerte von Schraubverbindungen. Das Prüfgerät besteht
aus einem transportablen Gerät
mit einer zentralen Trägerplatte
auf welcher beidsei tig Schubkraft- und Axialkraftsensoren aufgebracht
sind, die zwischen Einleitplatte und Moment-Auffangplatte verschraubt und ihrerseits
auswechselbar oder mit Adaptern versehen sind. Die Sensoren können Dehnungs-
oder piezoelektrische Sensoren sein. Deren Verstärker können bei piezoelektrischen
Sensoren so miniaturisiert werden, dass sie ebenfalls in der zentralen
Sensorträgerplatte
platziert werden können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Kontrolle
von Schraubverbindungen vorzusehen, welche eine kostengünstige und
genaue Ermittlung der in die Schraubverbindung eingebrachten Axialkraft
liefert.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Dadurch,
dass der Kern eines Messelements, auf welches Kraftaufbringungselemente
wirken, mit einer Schicht versehen ist, welche einen kraftsensorischen
Effekt aufweist, und die Oberfläche dieser
kraftsensorischen Schicht als flächige
Erhebungen ausgestaltete Schichterhebungen zur Aufnahme einer durch
die Kraftaufbringungselemente aufgebrachten Kraft aufweist, kann
durch die Vorsehung bestimmter Tragprofile der Kurvenverlauf (Widerstandsänderung
in Abhängigkeit
der eingeleiteten Kraft) eingestellt werden. Es ist somit möglich, bestimmte
Erhebungsprofile so zu variieren (z.B. in ihrer Fläche bzw.
Form), dass die Messung stets in einem optimalen Kurvenbereich möglich ist,
bei der die zur Auswertung günstige
Steigung der Kurve benutzt werden kann, ohne dass aufwendige Auswertemethoden
notwendig sind. Somit ist es also möglich, dass der Kern des Messelements und/oder
eine Zwischenschicht und/oder die kraftsensorische Schicht flächige Erhebungen
aufweisen, welche als Tragprofile ausgebildet sind. Hiermit ist
eine gezielte Anpassung durch Vorgabe der gewünschten Aufnahmefläche für die aufzubringende
Kraft gegeben. Unter "Kraftaufbringungselementen" sind im Sinne der
vorliegenden Erfindung sämtliche
Elemente (unabhängig
von deren Form und Anzahl) zu verstehen, welche eine Kraft auf das
erfindungsgemäße Messelement
aufbringen können.
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Diese
erfindungsgemäße Lehre
ist prinzipiell für
alle Schichten möglich,
welche einen kraftsensorischen Effekt aufweisen. In der vorliegenden
Anmeldung kann unter einem Material mit einem "kraftsensorischem Effekt" ein beliebiges Material
verstanden werden, welches unter dem Einfluss mechanischer Beanspruchung
seinen elektrischen Widerstand ändert.
Eine bekannte Untergruppe hierzu sind z.B. piezoresistive Stoffe.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine
sehr vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Kraftaufbringungselemente
Teile einer Schraubverbindung sind. Hierbei kann das erste Kraftaufbringungselement
der Kopf einer Schaftschraube und das zweite Kraftaufbringungselement eine
dazu komplementäre
Mutter der Schaftschraube sein. Alternativ ist es auch möglich, einen
Schraubbolzen vorzusehen, wobei die Kraftaufbringungselemente durch
zwei Muttern gegeben sind, welche das Messelement (sowie die zu
verbindenden Bauelement) einschließen.
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Eine
weitere Weiterbildung sieht vor, dass das Messelement sich gegenüber liegende
Ober- und Unterseiten aufweist, wobei die Ober- und/oder Unterseite
jeweils eine kraftsensorische Schicht aufweisen. Dies bedeutet,
dass bei dem Messelement, welches vorzugsweise einen Flachquerschnitt
aufweist, wahlweise die Erhebungen, welche den "Kraftsensor" darstellen, an der Ober- oder Unterseite
des Messelements angeordnet sein können. Der Flachquerschnitt
kann hierbei beispielsweise rund oder quadratisch sein bzw. auch
mit einer zusätzlichen Verdrehsicherung
versehen sein. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
dass diese Erhebungen beidseitig auf dem Messelement angegeben sind,
die Signalverarbeitung kann dann entweder in einem gemeinsamen oder
einem getrennten Stromkreis für
die Ober- und Unterseite ausgewertet werden.
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Abhängig vom
Material des Kerns des Messelementes, auf welchem die kraftsensorische
Schicht aufgebracht ist (also primär abhängig davon, ob dieser Kern
elektrisch leitend ist oder nicht) kann das Messelement in den Bereichen,
welche nicht mit einer kraftsensorischen Schicht belegt sind, entweder mit
einer elektrisch isolierenden Schicht (d.h. z.B. mehr als 1015 Ohm-cm) versehen sein oder auch in diesen
Restbereichen unbeschichtet sein (bei einem elektrischen Isolator).
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Für die Form
des Messelementes sind unterschiedliche Ausführungen möglich, besonders günstig ist
eine hohlkreiszylindrische Form. Hierbei hat das Messelement die
Form einer Scheibe mit einem zentralen Loch, welches dem Durchführen einer Schraube
dient.
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Insbesondere
hierzu sieht eine Weiterbildung vor, dass die Erhebungen ringförmig auf
der Ober- oder Unterseite des Messelementes angeordnet sind, also
z.B. konzentrisch bezüglich
des Lochs zum Durchführen
der Schraube. Es ist hierzu auch möglich, dass mehrere ringförmige Erhebungen
vorgesehen sind, welche wiederum konzentrisch zueinander angeordnet
sind.
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Je
nach gewünschter
Auflagefläche
bzw. Kraft-Verformungsbeziehung
können
diese ringförmigen
Erhebungen senkrecht zur Umfangsrichtung einen rechteckigen, dreieckigen
oder gerundeten Querschnitt aufweisen.
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Unabhängig davon
können
auch mehrere Erhebungsbereiche vorgesehen sein, wobei diese Bereiche
jeweils eine unterschiedliche Art und/oder Anzahl von Erhebungen
und auch völlig
unterschiedliche Geometrien aufweisen. So können z.B. einzelne Bereiche
Ansammlungen nebeneinander liegender zylinderförmiger Elemente auf der Oberfläche des
Messelementes aufweisen, rechteckförmige Elemente etc. Prinzipiell
ist das Tragprofil dieser Erhebungen in Art und/oder Anzahl beliebig
variierbar. Mit Hilfe von aus der Strukturierungstechnik bekannten Verfahren
sind quasi beliebige Formen herstellbar. Bekannte Verfahren sind
z.B. Präge-,
Umform-, Pressverfahren und. Verfahren der Schleif- und zerspanenden
Technik sowie Ätzverfahren,
Laserstrukturierung und Funkenerosion. Die unterschiedlichen Erhebungsbereiche
sind (egal ob sie auf einer gemeinsamen Seite des Messelementes
untergebracht sind oder nicht) bei Bedarf auch elektrisch voneinander
getrennt ansteuerbar.
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Dies
kann sinnvoll sein zur Temperaturkompensation bzw. zur Mittelwertbildung
(Ausgleich von z.B. geometrischen Toleranzen einer Schraube bzw. eines
zu verbindenden Bauteils). Prinzipiell können die auf der Ober- und
Unterseite befindlichen Bereiche jeweils getrennt elektrisch angesteuert
werden und in einer Parallelschaltung gemeinsam signalmäßig verarbeitet
werden. Zur gezielten Beeinflussung des Widerstandes kann hierbei
auch die Schichtdicke auf der Ober- bzw. Unterseite jeweils unterschiedlich
ausgeführt
werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Messelement,
welches z.B. die Form einer Unterlegscheibe hat, in einer Öse zur Vermeidung
von Lageänderungen
des Messelementes bei einer Relativbewegung der Kraftaufbringungselemente
zueinander untergebracht ist. Hierdurch wird vermieden, dass z.B.
bei Drehung eines Schraubenkopfes das Messelement in Form einer
Unterlegscheibe automatisch mitgedreht wird. Ein solches Mitdrehen
kann insbesondere dann schädlich
sein, wenn die kraftsensorische Schicht aus nicht sehr verschleißfestem
Material besteht. Es kann hierbei zu Brüchen der Schicht selbst kommen,
welche die Messwerte verfälschen
bzw. die Schraubverbindung und deren angrenzenden Teile mechanisch
schädigen.
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Eine übliche Ausführungsform
sieht vor, dass das Messelement einen Kern aufweist, auf den die
kraftsensorische Beschichtung aufgebracht ist. Der Kern ist vorzugsweise
aus gehärtetem
oder ungehärtetem
Stahl sowie legierten Stählen
oder Edelstahl bzw. aus keramischen Werkstoffen oder auch glasfaserverstärkten Kunststoffen
etc. Zur Vermeidung von Sprödbrüchen der
Beschichtung ist es bei diamantähnlichen
Kohlenstoffverbindungen in der kraftsensorischen Schicht jedoch
nützlich,
keine zu leicht verformbaren Kernmaterialien vorzusehen wie z.B.
Blei. Prinzipiell ist der Kern sogar aus Materialien mit niedrigem
Schmelzpunkt herstellbar, da im Falle der Anwendung von kraftsensitiven
diamantartigen Kohlenstoffschichten die Schicht auch in kalten Verfahren
aufbringbar ist (vorzugsweise unter 150 Grad Celsius).
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Die
kraftsensorische Schicht kann aus verschiedenen Materialien gebildet
sein. Denkbar sind z.B. mechanisch feste Halbleiter bzw. bekannte
piezoresistive Werkstoffe. Die Herstellung der kraftsensorischen
Schicht kann mit Hilfe bekannter CVD- und PVD-Verfahren erfolgen, für diamantartige
piezoresistive Schichten erfolgt die Herstellung zum Beispiel mittels
einer Plasma-CVD-Technik. Metalldotierte diamantartige kraftsensorische
Schichten können
z.B. mittels ARC-, Sputter- und Gasflussverfahren hergestellt werden.
Bezüglich
möglicher
Schichtmaterialien wird ausdrücklich
auf die
DE 199 54
164 A1 verwiesen, in welcher eine Fülle von Materialien angegeben
ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich Bezug auf
diese veröffentlichte
Anmeldung genommen, deren sämtliche
Einzelheiten in Bezug auf das Material in die vorliegende Anmeldung
inkorporiert werden soll. Es ist zu betonen, dass die Ausbildung
der kraftsensorischen Schicht aus amorphem Kohlenstoff besonders
vorteilhaft ist. Es können
z.B. graphitische Strukturen mit sp
2-Hybridisierung
in Kombination mit diamantähnlichen
Strukturen mit sp
3-Hybridisierung vorgesehen werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann außerdem
elektrische Anschlüsse
und eine elektrische Schaltung zur Signalgewinnung, -übertragung
und -auswertung enthalten. Um Probleme durch Flüssigkeitseintrag bzw. Drehbarkeit
einzelner Elemente gegeneinander zu vermeiden, kann die Signalwertübertragung
auch telemetrisch erfolgen.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in
den abhängigen
Ansprüchen
angege ben.
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Die
Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Kontrolle von Schraubverbindungen im eingebauten Zustand;
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2a und 2b eine
Draufsicht sowie einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Messelementes; 3a bis 3f weitere
Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Messelementes;
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4 verschiedene
Erhebungsbereiche in der Draufsicht einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Messelementes.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Kontrolle einer Schraubverbindung.
Ein Schraubenschaft 6 weist an seinem oberen Ende ein fest
damit verbundenen Schraubenkopf 2a sowie an seinem unteren Ende
eine mittels eines Gewindes aufgeschraubte Mutter 2b auf.
Schraubenkopf 2a und Mutter 2b stellen zwei Kraftaufbringungselemente
im Sinne der Erfindung dar.
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Zwischen
diesen Kraftaufbringungselementen sind zwei kraftschlüssig zu
verbindende Bauelemente 12a und 12b angebracht,
welche über
korrespondierende Öffnungen
zur Durchführung
des Schraubenschaftes 6 verfügen. Auf dem oberen Bauelement 12a ist
ein erfindungsgemäßes Messelement 3 innerhalb
einer Hülse 10 vorgese hen.
Das Messelement 3 ist im wesentlichen ganzflächig von einer
Schicht 4 überzogen.
An der Ober- sowie an der Unterseite des Messelementes 3 sind
konzentrisch zu einer zentralen Bohrung zum Durchführen des
Schraubenschaftes 6 konzentrische ringförmige Erhebungen 5a (außen) und 5b (innen)
angebracht. Diese ragen aus der Ober- bzw. Unterseite des Messelementes 3 heraus
und stehen mit den Innenseiten der Hülse 10 in Verbindung,
d.h. dass lediglich die Erhebungen mit der oberen bzw. unteren Innenwand der
Hülse verbunden
sind und somit auch nur diese bei Verkürzung des Abstandes zwischen
den beiden Kraftaufbringungselementen eine Druckkraft erfahren.
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Zur
Detektierung der Höhe
einer Druckkraft auf das Messelement
3 weist die Schicht
4 einen kraftsensorischen
Effekt im Sinne der oben angegebenen Definition auf. Die Schicht
4 ist
hier durch einen amorphen Kohlenstoff gebildet, wie er z.B. der
De 199 54 164 A1 entnehmbar
ist. Denkbar sind für diesen
Einsatzzweck aber prinzipiell sämtliche
Werkstoffe, welche bei mechanischer Belastung eine Änderung
ihres elektrischen Widerstandswertes zeigen.
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Wesentlich
ist für
die vorliegende Erfindung, dass durch die Ausbildung der Tragprofile
auf dem Messelement 3, d.h. die kraftaufnehmenden Erhebungen
(z.B. 5a und 5b) die Fläche, auf welche die Druckkraft
der Kraftaufbringungselemente verteilt wird, in praktisch beliebigen
Grenzen variiert werden kann. Dies ist, wie bereits oben ausgeführt, nützlich, um
einen zur Auswertung günstigen
Bereich der Beziehung zwischen aufgebrachter Kraft und elektrischer
Widerstandsänderung
zu erhalten.
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In
einer bevorzugten Ausführung
erfolgt die elektri sche Kontaktierung über den Kern des Messelements 3 und
die zweite Kontaktierung über
die Masse der Vorrichtung. Es sind jedoch auch andere messtechnische
Auswertungen möglich.
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Die
messtechnische Auswertung erfolgt über elektrische Kontakte 11a und 11b.
Hierbei sind der elektrische Kontakt 11a und 11b zunächst elektrisch voneinander
isoliert. Sie stehen jeweils mit den voneinander elektrisch isolierten
kraftsensorischen Schichten der Ober- bzw. Unterseite in Verbindung. Prinzipiell
bilden die Schichten auf der Ober- sowie auf der Unterseite voneinander
unabhängige
Messsensoren des Messelementes 3, welche jeweils mit einem
nicht dargestellten weiteren Pol (Massepol, hierzu sind bei den
angrenzenden Bauteilen fachübliche
elektrisch leitende Materialien zu wählen) verbunden sind. Zur Verbesserung
der Signalgüte
können
die Signale der kraftsensorischen Schichten der Ober- bzw. Unterseite
in einer gemeinsamen Parallelschaltung aufgenommen und später ausgewertet werden.
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Das
Messelement 3 kann selbstverständlich auch lediglich auf der
Ober- bzw. nur auf der Unterseite eine kraftsensorische Schicht
aufweisen, hierzu wird auf die später gezeigten Ausführungsformen verwiesen.
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Einen
besonderen Vorteil zeigt die Ausführungsform nach 1,
da das Messelement 3 in einer Hülse 10 zur Verdrehsicherung
untergebracht ist. Die Hülse 10 kann
(wie auch der Schraubenschaft 6 sowie die Kraftaufbringungselemente 2a und 2b)
aus einem elektrisch leitenden Metall bestehen. Durch Zwischenschaltung
der Hülse 10 wird
einerseits eine Relativbewegung zwischen Schraubenkopf 2a und beschichteten
Erhebungen 5b bzw. 5a vermieden sowie eine Verdrehsicherung erreicht.
Hierzu kann zwischen Hülse 10 und
Bauteil 12a auch eine zusätzliche Verdrehsicherung mittels
korrespondierender formschlüssiger
Eingriffe vorgesehen sein.
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Es
wird aber ausdrücklich
betont, dass die Hülse 10 kein
wesentliches Merkmal der Gesamterfindung darstellt, d.h. dass sämtliche
der hier gezeigten Ausführungsformen
auch ohne Hülse 10,
d.h. also direkt zur Auflage auf dem Bauteil 12a bzw. dem Schraubenkopf 2a geeignet
sind.
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Für den Aufbau
des Messelementes 3 sind – neben der Art der Erhebungen 5a und 5b – auch unterschiedliche
Bauformen in Bezug auf das Material eines Kerns 3' des Messelementes 3 sowie
der darauf aufgebrachten kraftsensorischen bzw. elektrisch isolierenden
Schichten möglich.
Vorliegend ist der Kern aus einfachem ungehärtetem Stahl, es sind jedoch
auch je nach Anwendung beliebige gehärtete Edelstähle sowie
Stahllegierungen möglich,
ferner keramische Werkstoffe oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (siehe oben
in der Beschreibungseinleitung).
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2a und 2b zeigen
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Messelementes.
Dieses weist an seiner flachen Unterseite eine elektrisch isolierende
Schicht 9 auf. Als elektrischer Isolator ist hierbei eine
Substanz von 1015 Ohm-cm oder mehr spezifischem
Widerstand zu sehen. Als Isolatoren kommen z . B . Al2O3, TiO2, SiO2, SiN oder ein Material aus hochohmigem
diamantartigem Kohlenstoff, welches unter der Marke "SiCON®" vertrieben wird,
in Betracht. Das Messelement 3 zeigt einen hohlzylindrischen
Flachquerschnitt mit lediglich um eine zentrale Öffnung konzentrisch angeordneten Erhebung
auf der Oberseite.
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Die
Oberseite ist hierbei mit einer kraftsensorischen Schicht 4 überzogen.
Je nach Verlauf der gewünschten
Kurve zwischen Druckkraft und Änderung des
elektrischen Widerstandes sowie abhängig von der Härte/Sprödigkeit
der kraftsensorischen Schicht 4 kann der Querschnitt der
Erhebungen 5a senkrecht zur Umfangsrichtung dieser kreisringförmigen Erhebungen
eine unterschiedliche Form aufweisen. Für eher großflächige Druckeinleitung sind
rechteckige Querschnittsformen wie in 2b ersichtlich
möglich,
es sind jedoch auch dreieckige oder gerundete Formen für eine stärkere Drucküberhöhung wählbar.
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3a bis 3f zeigen
weitere Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Messelemente 3. Ihnen
allen ist gemeinsam, dass sie zumindest bereichsweise im Bereich
von Erhebungen des Messelementes 3 eine kraftsensorische
Schicht aufweisen, welche mit einem elektrischen Kontakt in Verbindung steht.
Die kraftsensorische.
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Schicht
sollte vorteilhafterweise einen spezifischen elektrischen Widerstand
von weniger als 108 bis 10–2 Ohm-cm
aufweisen.
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3a zeigt
wiederum eine hohlkreiszylindrische Ausführung des Messelementes 3 mit
drei konzentrischen ringförmigen
und im Querschnitt rechteckigen Erhebungen 5a, 5b, 5c.
Die Unterseite des Messelementes 3 ist mit einem Isolator 9 belegt. 3b zeigt
eine weitere Ausführungsform
mit lediglich zwei konzentrischen Erhebungen auf der Oberseite,
die Kreisringscheibe ist jedoch über
ihre gesamte Fläche
mit einer durchgängigen
kraftsensorischen Schicht 4 ummantelt.
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3c zeigt
eine weitere Ausführungsform mit
lediglich einer kreisringförmigen
Erhebung 5a auf der Oberseite, die Unterseite des Messelementes 3 ist
nicht beschichtet (weder mit einer kraftsensorischen noch mit einer
isolierenden Schicht).
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3d zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei
welcher Ober- sowie Unterseite jeweils mit gleich gestalteten konzentrischen
kreisringförmigen
Erhebungen versehen sind.
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3e und 3f zeigen
weitere Ausführungsformen,
bei welchen die Unterseite entweder aus einem Isolator oder einer
kraftsensorischen Schicht besteht, die mehreren Erhebungen auf der Oberseite
sind wahlweise im Querschnitt senkrecht zur Umfangsrichtung der
kreisringförmigen
Erhebungen dreieckig oder gerundet.
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Schließlich zeigt 4 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Messelementes 3 in
der Draufsicht. Dieses weist keine bezüglich der Zentralachse zur
Durchführung
des Schraubenschafts rotationssymetrische Ausgestaltung auf. Stattdessen
sind mehrere Erhebungsbereiche 5a' bis 5e' gezeigt. Diese bestehen jeweils
aus Feldern mit Tragprofilen, welche eine jeweils unterschiedliche
Art und/oder Anzahl von Erhebungen aufweisen. Als Form kommen beliebige
in der Draufsicht sichtbare noppen- bzw. streifenförmige Elemente
in Betracht, z.B. solche mit rundem, rechteckigem, kreissegmentbogenförmiger Draufsicht
in Betracht. Die Tragfiguren können
unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen. So sind Profile
mit senkrechten und schrägen
Kanten sowie gerundete Querschnittsprofile machbar.
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Es
ist auch möglich,
verschiedene Erhebungsbereiche elektrisch voneinander zu trennen (unabhängig davon,
ob diese auf der Ober- und/oder Unterseite des Mess elementes 3 angebracht
sind). Die verschiedenen Erhebungsbereiche können hierbei identische oder
auch unterschiedliche Tragprofile aufweisen. Ein Einsatzzweck hierfür liegt
z.B. darin, Messungenauigkeiten infolge von Temperaturschwankungen
auszugleichen.