DE19831372C2 - Device for checking non-positive connections - Google Patents
Device for checking non-positive connectionsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle kraftschlüssiger Verbindungen, vor teilhafterweise von Schraubverbindungen.The invention relates to a device for checking non-positive connections partly of screw connections.
Schraubverbindungen beruhen auf der Umwandlung eines Drehmomentes in eine Axial kraft über ein Gewinde. Diese Kraft führt zu einer elastischen Dehnung des Schrauben schaftes und preßt die zu verbindenden Bauteile kraftschlüssig aufeinander, Schraubver bindungen 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.Bolted connections are based on the conversion of a torque into an axial force over a thread. This force leads to elastic expansion of the screw shaft and presses the components to be connected to each other, screw Bindings are among the detachable connections in construction technology, in which their greatest danger is justified. These connections can work through Lose vibration, settlement processes or the like.
Zur Verhinderung des unbeabsichtigten Lösens werden verschiedene Methoden ange wandt. Es können Splinte quer durch die Schraube gesetzt werden, die ein Herausfallen verhindern. Die Verbindung ist dann jedoch eigentlich schon gelöst. Ferner werden ver schiedene Arten von Klebstoffen verwandt, welche ein Lockern durch Vibration unterbin den sollen. Desweiteren kommen federnde Schrauben zum Einsatz, welche eine Span nung aufrechterhalten und so ein Losvibrieren verhindern sollen.Various methods are used to prevent accidental loosening Wundt. Pins can be placed across the screw to prevent them from falling out prevent. However, the connection is actually already broken. Furthermore, ver different types of adhesives are used, which prevent loosening by vibration that should. Furthermore, resilient screws are used, which are a chip maintenance and should prevent lot vibration.
Alle diese Methoden geben aber keinen Aufschluß über den Zustand einer Schraubenver bindung, sondern sollen einen einmal eingestellten Status Quo aufrechterhalten. Die Qua lität einer Schraubverbindung ist jedoch durch die axiale Vorspannung determiniert, wel che sich bei anspruchsvolleren Konstruktionen auch noch in einem bestimmten Bereich bewegen muß. Zu einer ständigen Überwachung muß also eine axiale Kraft fortlaufend gemessen werden.However, all of these methods do not provide any information about the state of a screw connection commitment, but should maintain a status quo once set. The Qua Lity of a screw connection is determined by the axial preload, wel with more demanding constructions even in a certain area must move. For constant monitoring, an axial force must be continuous be measured.
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 vom Reibungskoeffizien ten zwischen Schraubkopf und Unterlage, welcher sich mit der Betriebszeit stark ändert. Methods for measuring the axial force of screw connections are known in which the tightening torque is converted into an axial force. These procedures only deliver unreliable results and, for example, are very dependent on the coefficient of friction between the screw head and the base, which changes significantly with the operating time.
Weiterhin ist es bekannt, zur Messung der Axialkraft ein piezoelektrisches Schichtsystem auf den Schraubenkopf zu applizieren. Über ein Ultraschallesegerät erhält man so eine recht genaue Angabe der Axiallast in der Schraubverbindung. Eine derartige Vorgehens weise 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 Dauerüberwa chung vieler Schraubverbindungen kaum wirtschaftlich realisierbar.It is also known to use a piezoelectric layer system to measure the axial force to apply to the screw head. An ultrasound scanner is used to obtain one fairly precise specification of the axial load in the screw connection. Such an approach However, wise has some disadvantages. For one thing, it is not for every head shape suitable, on the other hand, a new characteristic curve must be recorded for each screw type become. Furthermore, due to the quite complex ultrasound reading, it is permanent Many screw connections can hardly be realized economically.
Ausgehend vom bisher bekannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben dargestellten Nachteile bei der Überwachung des Zustandes von lös baren Verbindungen, und insbesondere derer von Schraubverbindungen, zu beheben. Darüber hinaus soll die Erfindung eine kostengünstige Dauerüberwachung von vielen Schraubverbindungen gewährleisten.Starting from the previously known prior art, it is the task of the present Invention, the disadvantages presented above in the monitoring of the state of solvable fixable connections, and especially those of screw connections. In addition, the invention is intended to be an inexpensive permanent monitoring system for many Ensure screw connections.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst wer den kann welche mindestes ein unterlegscheibenförmiges Bauteil enthält. In das einzelne Bauteil oder in die Gesamtheit der Bauteilen ist eine entsprechende Sensorik integriert welche die Axialkraft der Schraubverbindung mißt.According to the invention, it was recognized that this object was achieved by a device which can contain at least one washer-shaped component. In the individual A corresponding sensor system is integrated in the component or in the entirety of the components which measures the axial force of the screw connection.
Das Bauteil weist dabei den Vorteil auf, daß es wie eine Unterlegscheibe verwendet wer den kann und daß damit ein Arbeiten auf vertraute Art und Weise möglich ist. Das neue Bauteil ist zudem robust und unabhängig von der gewählten Schraube. Ferner entfallen vorteilhafterweise Modifikationen an der Schraube, welche deren Festigkeit oder Deh nungseigenschaften ungünstig beeinflussen könnten. Die Sensorik kann auch in ein einfa ches und robustes System von "Unterlegscheiben" integriert werden. Der Einsatz dieses Bauteils ist sehr preiswert und erlaubt eine kostengünstige Dauerüberwachung an vielen Schraubverbindungen.The component has the advantage that it is used like a washer can and that it is possible to work in a familiar manner. The new The component is also robust and independent of the selected screw. Furthermore omitted advantageously modifications to the screw, which its strength or Deh could adversely affect properties. The sensors can also be in a simple ch and robust system of "washers" can be integrated. The use of this Component is very inexpensive and allows inexpensive continuous monitoring on many Screw connections.
Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens sollen die erfindungsgemäße Vorrichtung an Ausführungsbeispielen erläutert werden.Without restricting the general inventive concept, the inventive Device will be explained using exemplary embodiments.
Fig. 1a zeigt eine Schraube (1) mit insgesamt zwei unterlegscheibenartigen Bauteilen (2) welche in ein entsprechendes Werkstück (3) eingebaut ist. Eine Mutter (4) vervollständigt die Schraubverbindung. Fig. 1b und Fig. 1c zeigen als Detailaufnahme den Bereich des Schraubenkopfs (5). Die beiden Bauteile (6, 7) sind im unverspannten Zustand isoliert voneinander mit einem kleinen Abstand angeordnet. Wird durch das Anziehen der Schraube das obere Bauteil (6) verformt, so verringert sich dieser Abstand. Umgekehrt hat ein Lockern der Schraube einen größeren Spalt zur Folge. Dieses Ereignis läßt sich durch verschiedene Maßnahmen auf einfache Weise detektieren. Fig. 1a shows a screw ( 1 ) with a total of two washer-like components ( 2 ) which is installed in a corresponding workpiece ( 3 ). A nut ( 4 ) completes the screw connection. FIG. 1b and FIG. 1c show a detail recording the area of the screw head (5). The two components ( 6 , 7 ) are insulated from each other with a small distance apart. If the upper component ( 6 ) is deformed by tightening the screw, this distance is reduced. Conversely, loosening the screw results in a larger gap. This event can be easily detected by various measures.
Eine Möglichkeit zur Messung der Axialkraft der Schraubverbindung besteht in der elasti schen Verformung des oberen Bauteils. Dieses wird solange verformt, bis der obere Kontaktring den unteren berührt (galvanischer Kontakt) und so ein Stromkreis geschlos sen wird. Diese Methode zeigt jedoch nicht kontinuierlich die Schraubenspannung an.One option for measuring the axial force of the screw connection is the elasti deformation of the upper component. This is deformed until the upper one Contact ring touches the lower one (galvanic contact) and thus a circuit is closed will. However, this method does not continuously display the screw tension.
Eine weitere Möglichkeit zur Messung der Axialkraft besteht darin, über ein Sensorsystem an der Unterseite der oberen Scheibe die durch die Axiallast hervorgerufene Dehnung zu messen. Dadurch wird eine kontinuierliche Bestimmung der Schraubenspannung möglich.Another way to measure the axial force is through a sensor system on the underside of the upper disc the elongation caused by the axial load measure up. This enables a continuous determination of the screw tension.
Weiterhin ist es möglich, die Axialkraft kapazitiv zu messen. In diesem Fall stellen die obe re und die untere Scheibe einen Kondensator dar, dessen Zwischenraum zur Vermeidung von Umwelteinflüssen mit einem elastischen Dielektrikum gefüllt sein kann. Durch geringe Durchbiegung der oberen Scheibe verringert sich der Zwischenraum, wodurch sich wie derum die Kapazität vergrößert. Diese Änderung läßt sich einfach und sehr genau messen und gibt ständig Auskunft über den Zustand der Schraubverbindung.It is also possible to measure the axial force capacitively. In this case, the above right and the lower disc is a capacitor, the space between to avoid of environmental influences can be filled with an elastic dielectric. By low Deflection of the upper pane reduces the gap, which causes how which increases the capacity. This change can be measured easily and very precisely and constantly provides information about the condition of the screw connection.
Weiterhin ist es möglich, die Axialkraft auch ohne die Verformung eines Bauteils zu mes sen. Den prinzipiellen Aufbau hierfür zeigt Fig. 2, in der der Oberteil der Schraube (8) nebst dem erfindungsgemäßen unterlegscheibenförmigen Bauteil (9) zu sehen ist. In das unterlegscheibenförmige Bauteil ist eine mit einer verschleißfesten Isolationsschicht beleg te innere Scheibe (10) integriert die zum Beispiel aus Metall sein kann. Die innere Scheibe ist nach außen hin mit einer hochfesten Isolationsbeschichtung (12) versehen. Am Boden der Scheibe befindet sich eine Meßschicht (13). An einer Stelle, einem nicht zu eng tole rierten Ring (11), ist die Isolationsbeschichtung entfernt so daß die innere Scheibe elek trisch kontaktiert werden kann. Für den Fall einer piezoelektrischen oder einer piezoresi stiven Meßschicht ist diese mit der inneren Scheibe elektrisch leitend verbunden. Ring und innere Scheibe bilden zusammen ein stabiles System, welches ohne Einschränkungen die Aufgabe von gewöhnlichen Unterlegscheiben erfüllen kann. Alle oben genannten Aufga ben der Meßschicht können auch durch ein zusätzliches Bauteil mit geeigneten elektri schen und/oder elastischen Eigenschaften übernommen werden. Auch ist es möglich, daß auf die innere Scheibe (10) oder das Bauteil (9) verzichtet wird, so daß dann nur noch das Bauteil (9) und die Meßschicht (13) bzw. im letztgenannten Fall die innere Scheibe (10) nebst Meßschicht (13) verwendet wird. Wird sowohl auf die innere Scheibe (10) und das Bauteil (9) verzichtet so besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich aus der Meß schicht (13) die zum Beispiel piezoresistiv ausgestaltet, so daß dessen elektrische Wider stand ein Maß für die axiale Spannung der kraftschlüssigen Verbindung ist.Furthermore, it is possible to measure the axial force without the deformation of a component. The basic structure for this is shown in FIG. 2, in which the upper part of the screw ( 8 ) along with the washer-shaped component ( 9 ) according to the invention can be seen. An inner washer ( 10 ) which is covered with a wear-resistant insulation layer and which can be made of metal, for example, is integrated into the washer-shaped component. The inner pane is provided with a high-strength insulation coating ( 12 ) on the outside. At the bottom of the disc there is a measuring layer ( 13 ). At one point, a ring ( 11 ) that is not too tight, the insulation coating is removed so that the inner disk can be contacted electrically. In the case of a piezoelectric or a piezoresi-sensitive measuring layer, this is electrically conductively connected to the inner disk. The ring and the inner washer together form a stable system that can perform the function of ordinary washers without restrictions. All of the above-mentioned tasks of the measuring layer can also be taken over by an additional component with suitable electrical and / or elastic properties. It is also possible to dispense with the inner disk ( 10 ) or the component ( 9 ), so that then only the component ( 9 ) and the measuring layer ( 13 ) or, in the latter case, the inner disk ( 10 ) together with Measuring layer ( 13 ) is used. If both the inner disc ( 10 ) and the component ( 9 ) are dispensed with, the device according to the invention consists only of the measuring layer ( 13 ) which, for example, is designed to be piezoresistive, so that its electrical resistance was a measure of the axial tension of the positive connection is.
Die Meßschicht kann ihrer Funktion in zwei Arten nachkommen. In einer möglichen Aus führungsform ist sie elastisch ausgeführt. Durch Kompression wird der Abstand zwischen Ringboden und Scheibe verringert und über das oben ausgeführte kapazitive Meßprinzip die Schraubenvorspannung bestimmt.The measuring layer can perform its function in two ways. In a possible out leadership is elastic. By compression, the distance between Ring bottom and disc reduced and using the capacitive measuring principle outlined above determines the bolt preload.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Meßschicht piezoresistiv ausgelegt. Das heißt, eine Druckbeaufschlagung der Schicht führt zu einer Änderung des elektrischen Wider standes ohne nennenswerte Verformung. Die Isolationsbeschichtung der Scheibe wäre dabei nach unten unterbrochen, so daß auch hier das Signal an dem eingezeichneten Kontaktring abgenommen werden kann.In a further embodiment, the measuring layer is designed to be piezoresistive. This means, pressurization of the layer leads to a change in the electrical resistance without any significant deformation. The insulation coating of the pane would be interrupted downwards, so that here too the signal on the drawn Contact ring can be removed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine robuste Zustandsüberwachung der Schraubverbindung. Besonders vorteilhaft ist, daß jeweils nur eine elektrische Leitung zur Schraubverbindung geführt werden muß. Die Kopplung der Signalleitung kann auch be rührungslos, d. h. telemetrisch, erfolgen.The device according to the invention permits robust condition monitoring of the Screw connection. It is particularly advantageous that only one electrical line at a time Screw connection must be performed. The coupling of the signal line can also be contactless, d. H. telemetric.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß das Bauteil in Kombination mit Dünnschichttechniken die Möglichkeit bietet, sensorische Netzwerke zu applizieren, die neben der Verbindungsüberwachung auch andere Zustandsgrößen online erfaßbar machen. Hierzu zählen Schwingungen und Vibrationen, Temperatur, etc.Another advantage of the device according to the invention is that the component in Combination with thin-film techniques offers the opportunity to create sensory networks apply that in addition to the connection monitoring also other status variables online make detectable. These include oscillations and vibrations, temperature, etc.
Claims (9)
mindestens einer mit einer Meßschicht versehenen Unterlegscheibe (2, 6, 7, 9), die die axiale Kraft der kraftschlüssigen Verbindung mißt,
einem elektrischen Meßsystem zur Erfassung der Meßsignale.1. Device for checking non-positive connections, in particular screw connections, with:
at least one washer ( 2 , 6 , 7 , 9 ) provided with a measuring layer, which measures the axial force of the non-positive connection,
an electrical measuring system for recording the measuring signals.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8304 | Grant after examination procedure | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |