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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschraubungselement mit Detektierfähigkeit der Verriegelungskraft, insbesondere ein Verschraubungselement, bei welchem die Empfindlichkeit der Dehnungsverformung des Verschraubungselements erhöht wird, um die Verriegelungsstärke exakt zu erfassen.
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Stand der Technik
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Das Verschraubungselement ist für die Verriegelung von Objekten zuständig. Im Maschinenbau wird das Verschraubungselement häufig für die Befestigung oder Verbindung von zwei (oder mehr) Objekten verwendet. Bei allgemeinen einfachen Anwendungen muss das Verschraubungselement nur eng verriegelt werden. Meistens wird nicht darauf hingewiesen, in welchem Zustand sich das Drehmoment bei der Verriegelung befindet.
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Wenn jedoch Verschraubungselemente in heutigen großen Gebäuden, bei exakten Konstruktionen, bei Präzisionsgeräten oder in Situationen mit hoher Druckbeständigkeit usw. verwendet werden und die Verriegelungsstärke bei den Verschraubungselementen zu hoch oder zu niedrig ausfällt, werden oft die Strukturfestigkeit, die Betriebsfunktion der Maschinen und sogar die Sicherheit und das Eigentum des Benutzers negativ beeinflusst. Daher muss die Verriegelungsstärke bei der Verriegelung des Verschraubungselements kontrolliert und gemessen werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.
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Um obiges Ziel zu erreichen, hat der Erfinder bereits das Patent I310810 mit dem Titel "Verschraubungselement mit Anzeigefähigkeit des Drehmoments" in Taiwan veröffentlicht (siehe 1 und 2). Dieses beinhaltet ein Verschraubungselement A10 und eine Messeinrichtung für das Drehmoment A20, wobei das Verschraubungselement A10 ein Kopfteil A11 und ein Schraubenstangenbauteil A12 beinhaltet, wobei die Messeinrichtung für das Drehmoment A20 im Kopfteil A11 angeordnet ist und eine Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit A21 und ein Erfassungselement A22 beinhaltet, um die Verformungsgröße des Kopfteils A11 zu erfassen. Wenn das Verschraubungselement A10 fest angezogen und verriegelt wird, erfasst das Erfassungselement A22 die Verformungsgröße des Kopfteils und sendet Signale an die Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit A21, so dass die Verriegelungskraft des Verschraubungselements A10 durch die Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit A21 angezeigt wird.
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Zwar kann das obige Patent die Verriegelungsstärke des Verschraubungselements interpretieren, jedoch mangelt es bei diesem an der Genauigkeit. Wenn das Verschraubungselement A10 demzufolge das verriegelte Objekt verriegelt (siehe 2), kontaktiert dessen Kopfteil A11 mit dem verriegelten Objekt. Da das Kopfteil A11 des Verschraubungselements ein dichtes, festes Objekt ist, fällt die daraus erzeugte Verformungsgröße gering aus, wobei das Erfassungselement A22 die Verformungsgröße nur erst dann erfassen kann und weiterhin das Verriegelungsdrehmoment erhalten kann, wenn bei der Verformung ein bestimmter Grad erreicht wird. Daher ist das herkömmliche Verschraubungselement A10 beim Grad der Verformungsgröße nicht ausreichend empfindlich und exakt, so dass die Verriegelungsstärke nicht exakt wiedergegeben werden kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Um den Nachteil der herkömmlichen Methode, nämlich dass die Verriegelungsstärke nicht exakt wiedergegeben werden kann, zu verbessern, hat der Erfinder ein weiteres Verschraubungselement mit Detektierfähigkeit der Verriegelungskraft entwickelt, womit die Empfindlichkeit in Bezug auf die Dehnungsverformung des Verschraubungselements erhöht werden kann, um genauere Angaben beim Verriegelungsdrehmoment bereitzustellen, wodurch die Präzision des Sicherheitsschutzes beim Verriegeln erhöht wird.
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verschraubungselement mit Detektierfähigkeit der Verriegelungskraft bereitzustellen. Ein zurückgesetzter Bereich ist zwischen dem Kopfteil des Verschraubungselements und dem Schraubenstangenbauteil angeordnet, wobei das Kopfteil, wenn das Kopfteil eine Belastung erfährt und eine relative Dehnungsverformung gegenüber dem Schraubenstangenbauteil zustande kommt, mittels des zurückgesetzten Bereichs die Verformungsgröße exakt wiedergeben kann, wodurch der Dehnungsgrad des Verschraubungselements rechtzeitig und exakt angezeigt werden kann, so dass der Dehnungssensor (wie z.B. ein Dehnungsmesser oder ein Spannungsmesser) das Drehmoment der Dehnung rechtzeitig und exakt erfassen und messen kann, um die Genauigkeit beim Verriegeln zu verbessern.
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Das Verschraubungselement mit Detektierfähigkeit der Verriegelungskraft gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Kopfteil, ein Schraubenstangenbauteil und einen Dehnungssensor, wobei das Kopfteil eine Unterfläche und einen aus der Unterfläche des Kopfteils herausragenden Flansch beinhaltet, wobei ein Aufnahmeraum zwischen der Unterfläche des Kopfteils und dem Flansch angeordnet ist, wobei das Schraubenstangenbauteil auf der Unterfläche des Kopfteils angeordnet ist und sich zwischen dem Schraubenstangenbauteil und dem Kopfteil befindet, wobei der Dehnungssensor (wie z.B. ein Dehnungsmesser oder ein Spannungsmesser) auf der Unterfläche des Kopfteils angeordnet ist und sich im Aufnahmeraum befindet.
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Wenn das Kopfteil des Verschraubungselements dementsprechend einer Verriegelungskraft ausgesetzt ist und sich dadurch verformt, kann die Reaktion der Verformungsgröße des Verschraubungselements mittels des zurückgesetzten Bereichs verbessert werden, um die Empfindlichkeit in Bezug auf die Verformung zu erhöhen, wodurch der Dehnungssensor die Verriegelungsstärke des Kopfteils exakt erfassen kann, um die Genauigkeit bei der Detektion der Verriegelungskraft des Verschraubungselements zu verbessern.
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Kurzbeschreibung der Darstellungen
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Um die Ziele, die Merkmale und die erreichten Wirkungen der vorliegenden Erfindung völlig zu verstehen, werden nachfolgend die bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren detailliert beschrieben:
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Verschraubungselements;
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Verschraubungselements und des verriegelten Objekts im Zustand der Verriegelung gemäß 1;
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3 zeigt einen teilweisen Querschnitt der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine Unteransicht gemäß 3;
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5 zeigt eine schematische Darstellung des Verschraubungselements und des verriegelten Objekts im Zustand der Verriegelung der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt eine Unteransicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt eine Unteransicht der dritten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt einen teilweisen Querschnitt der vierten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt eine Unteransicht der fünften bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Bezugnehmend auf 3 und 4 des Verschraubungselements der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verschraubungselement 100 ein Kopfteil 1, ein Schraubenstangenbauteil 2 und einen Dehnungssensor 4, wobei das Kopfteil 1 eine Unterfläche 11 und einen aus der Umfangskante der Unterfläche 11 nach unten herausragenden Flansch 12 beinhaltet, wobei der Flansch 12 entlang der Umfangskante der Unterfläche 11 ausgebildet ist, wobei sich ein Aufnahmeraum 13 im unteren Bereich des Kopfteils 1 und zwischen der Unterfläche 11 und dem Flansch 12 befindet, wobei das Schraubenstangenbauteil 2 in der Mitte der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 angeordnet ist, wobei dessen äußere Umfangsfläche mit einem Schraubgewinde versehen ist.
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Ein zurückgesetzter Bereich 3 ist auf der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 in der Nähe des Schraubenstangenbauteils 2 angeordnet, wobei der zurückgesetzte Bereich 3 auf der Unterfläche 11 vom Aufnahmeraum 13 aus noch weiter innen angeordnet ist. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der zurückgesetzte Bereich 3, welcher jedoch nicht auf diesen beschränkt ist, beispielsweise ein zurückgesetzter Ring, wobei dieser auf der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 eine Kegelform aufweist (siehe 4). Vorzugsweise ist 10 bis 35% der Dicke T des Kopfteils 1 für die Tiefe h des zurückgesetzten Bereichs 3 vorgesehen, damit das Verschraubungselement 100 eine ausreichende Strukturfestigkeit besitzt und auch für eine Dehnung empfänglich ist. Bezugnehmend auf 6 kann der zurückgesetzte Bereich 3 eine zurückgesetzte Ringform aufweisen oder durch mehrere abgesenkte Teile 31 auf der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 ausgebildet sein, wobei die abgesenkten Teile 31 eine Bogenform, Streifenform und andere geometrische Formen besitzen können, wobei der Querschnitt des abgesenkten Teils 31 eine Halbkreisform, Dreieckform, Quadratform, Rechteckform usw. sein kann. Vorzugsweise umgeben die abgesenkten Teile 31 an der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 in einer im Kreis angeordneten Weise das Schraubenstangenbauteil 2, um den Dehnungseffekt bei der Verformung des Kopfteils 1 zu verbessern. Beispielsweise werden zwei bis vier abgesenkte Teile 31 beim in einem Kreis in gleichen Abständen angeordneten Zustand auf der Unterfläche 11 und in der Nähe des Schraubenstangenbauteils 2 angeordnet. Wenn das Kopfteil 1 eine Verriegelungskraft erfährt und sich dadurch verformt, kann die Dehnungsgröße des Kopfteils 1 mittels des zurückgesetzten Bereichs 3 erhöht werden und dadurch die Verformungsgröße exakt wiedergegeben werden, um die Empfindlichkeit der Dehnungsverformung zu verbessern.
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Der Dehnungssensor 4 kann ein Spannungsmesser, ein Dehnungsmesser oder ein Sensorelement mit einem Sensorchip sein, um die Verformungsgröße des zurückgesetzten Bereichs 3 und das exakte Verriegelungsdrehmoment zu erfassen. Der Dehnungssensor 4 ist fest auf der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 und im Aufnahmeraum 13 angeordnet, wobei die Unterfläche 11 für die Anordnung des Dehnungssensors 4 dient. Der Dehnungssensor 4 kann eine drahtlose Übertragungsfunktion besitzen, wobei dieser das Verformungsdrehmoment erfasst und an eine externe Vorrichtung (nicht gezeigt) sendet, wobei der Dehnungssensor 4 ein Dehnungssensor mit Funkfrequenzkennzeichnung (RFID), mit Infrarot, mit Bluetooth oder mit Nahfeldkommunikation (NFC) sein kann, um eine Funkkommunikationstechnologie mit Hochfrequenz für die Kurzstrecke bereitzustellen. Der Dehnungssensor 4 kann auch mit einem Draht verbunden sein, wobei die Signale oder die Informationen durch eine drahtgebundene Übertragung übertragen werden, wobei eine zum Durchstecken des Drahts vorbestimmte Lochung im Kopfteil vorgesehen ist.
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Darüber hinaus ist die Höhe des Flansches 12 des Kopfteils 1 größer als die Dicke des Dehnungssensors 4. Wenn das Verschraubungselement 100 und das verriegelte Objekt 200 verriegelt werden (siehe 5), kontaktiert der Dehnungssensor 4 nicht mit dem verriegelten Objekt 200, damit eine mögliche Schädigung des Dehnungssensors 4 durch einen Kontakt beim Verriegeln vermieden wird.
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Bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung ist das verriegelte Objekt 200 an einer bestimmten Position verschraubt (siehe 5), so dass der Flansch 12 des Kopfteils 1, wenn das Verschraubungselement 100 fest angezogen ist, das verriegelte Objekt 200 kontaktiert, wodurch das Kopfteil 1 eine Belastung erfährt und sich dadurch verformt. Die Verformungsgröße des Kopfteils 1 wird durch die Anordnung des zurückgesetzten Bereichs 3 vergrößert. Im Vergleich zu den herkömmlichen Verschraubungselementen ist dieses für Verformungen empfänglich, wobei der auf der Unterfläche 11 angeordnete Dehnungssensor 4 nahe dem zurückgesetzten Bereich 3 liegt und rechtzeitig und exakt die Änderung der Kraft und der Verformungsgröße des Kopfteils 1 erfassen kann, wodurch der Dehnungswert des Verschraubungselements genau erfasst wird, wobei die erfassten Informationen mittels einer drahtlosen Übertragungsmethode an eine externe Vorrichtung (nicht gezeigt) gesendet werden, um die Verriegelungskraft (das Verriegelungsdrehmoment) des Verschraubungselements 100 rechtzeitig für den Benutzer und zugleich für die Verwendung des Sicherheitsschutzes und der Überwachung nach dem Verriegeln bereitzustellen.
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Bezugnehmend auf 7 der Unteransicht des Verschraubungselements der dritten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Verschraubungselement 100 in der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls ein Kopfteil 1, ein Schraubenstangenbauteil 2 und einen zwischen dem Kopfteil und dem Schraubenstangenbauteil 2 angeordneten zurückgesetzten Bereich 3, wobei das Kopfteil 1 ebenfalls eine Unterfläche 11, einen Flansch 12 und einen Aufnahmeraum 13 beinhaltet. Der Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform liegt in der Anzahl der Dehnungssensoren 4. In der vorliegenden Ausführungsform liegt eine Mehrzahl von Dehnungssensoren vor, wie z.B. vier Stück, wobei die Dehnungssensoren 4 in beabstandeter Weise und in einem Kreis auf der Unterfläche 11 angeordnet sind, wobei jeder Dehnungssensor 4 eine andere Ausrichtung besitzt und jeweils für die Detektion der Dehnungsverformung des Kopfteils 1 in einer Ausrichtung zuständig ist, um den Verriegelungszustand an den unterschiedlichen Winkelpositionen festzustellen und ein genaueres Detektionsergebnis zu liefern.
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Bezugnehmend auf 8 des Querschnitts des Verschraubungselements der vierten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die gleichen Elemente und der Aufbau der vorstehenden Ausführungsformen hier nicht mehr erneut detailliert beschrieben werden soll, liegt der Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform darin, dass diese noch eine Schutzfolie 5 beinhaltet, wobei die Schutzfolie 5 im zwischen dem Flansch und der Unterfläche 11 angeordneten Aufnahmeraum 13 untergebracht wird und als Schutz gegen Staub, gegen Schmutz und gegen Feuchtigkeit usw. fungiert.
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Bezugnehmend auf 9 der Unteransicht des Verschraubungselements der fünften bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die gleichen Elemente und der Aufbau der vorstehenden Ausführungsformen hier nicht mehr erneut detailliert beschrieben werden sollen, liegt der Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform darin, dass die Anzahl der Dehnungssensoren 4 vier Stück beträgt, wobei diese in beabstandeter Weise auf der Unterfläche 11 des Kopfteils 1 angeordnet sind, wobei jeder Dehnungssensor 4 eine andere Ausrichtung besitzt und jeweils für die Detektion des Verformungszustands des Kopfteils 1 einer Ausrichtung zuständig ist, um den Verriegelungswert an den unterschiedlichen Winkelpositionen festzustellen und ein genaueres Detektionsergebnis zu liefern. Unterdessen ist eine Schutzfolie 5 im Aufnahmeraum 13 angeordnet, wobei diese als Schutz für die Dehnungssensoren 4 und als Schutz gegen Staub, gegen Schmutz und gegen Feuchtigkeit usw. fungiert.
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Das Verschraubungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels des zwischen dem Kopfteil und dem Schraubenstangenbauteil angeordneten zurückgesetzten Bereichs und zusammen mit der Anordnung mindestens eines Dehnungssensors in empfindlicher und exakter Weise das Verriegelungsdrehmoment des Verschraubungselements detektieren und den Verriegelungswert an den Benutzer übertragen, um den Sicherheitsschutz und die Genauigkeit der Überwachung beim Verriegeln des Verschraubungselements zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verschraubungselement mit Detektierfähigkeit der Verriegelungskraft bereit, das ein Kopfteil, ein Schraubenstangenbauteil und mindestens einen Dehnungssensor beinhaltet, wobei das Kopfteil eine Unterfläche, einen Flansch und einen Aufnahmeraum beinhaltet, wobei das Schraubenstangenbauteil auf der Unterfläche des Kopfteils angeordnet ist, wobei ein zurückgesetzter Bereich auf der Unterfläche des Kopfteils vorgesehen ist, wobei der Dehnungssensor auf der Unterfläche des Kopfteils angeordnet ist und sich im Aufnahmeraum befindet. Wenn das Kopfteil eine Widerstandskraft erfährt und sich dadurch verformt, kann für die Dehnungsverformung dementsprechend eine empfindliche Reaktion mittels des zurückgesetzten Bereichs des Verschraubungselements bereitgestellt werden, wobei der Dehnungssensor die Dehnungsgröße des Kopfteils exakt erfassen kann, so dass der Benutzer die des Verschraubungselements exakt erhalten kann, um somit die Genauigkeit bei der Verriegelung zu verbessern.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verschraubungselement
- 1
- Kopfteil
- 11
- Unterfläche
- 12
- Flansch
- 13
- Aufnahmeraum
- T
- Dicke
- 2
- Schraubenstangenbauteil
- 3
- zurückgesetzter Bereich
- 31
- abgesenktes Teil
- h
- Tiefe
- 4
- Dehnungssensor
- 5
- Schutzfolie
- 200
- verriegeltes Objekt
