DE69727854T2

DE69727854T2 - Device for measuring pressure forces

Info

Publication number: DE69727854T2
Application number: DE69727854T
Authority: DE
Inventors: Tore Hesthamar; Torgeir Landaas; Ole E. Bronlund
Original assignee: SCAN MAG SENSE AS HUSOYSUND; SCAN-MAG SENSE AS
Current assignee: SCAN MAG SENSE AS HUSOYSUND; SCAN-MAG SENSE AS
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: KR100451999B1; DE69727854D1; AU724192B2; AU2558697A; ATE261111T1; KR980003505A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Druckkräften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for measuring compressive forces according to the preamble of claim 1.

Eine Vorrichtung der oben genannten Art ist aus der DE-B2-23 57 105 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfasst einen aus einem magnetostriktiven Material bestehenden Ringkörper mit einem ringförmigen Hohlraum zur Aufnahme einer Messwicklung. Die Vorrichtung basiert auf der Eigenschaft eines magnetostriktiven Materials, seine Permeabilität unter mechanischer Last zu ändern. Dies hat Änderungen des magnetischen Flusses durch die Messwicklung zur Folge, d. h. dies ändert den AC-Widerstand der Messwicklung. Das Ziel der Erfindung gemäß dieser Publikation ist es, eine Vorrichtung zur magneto-elastischen Messung von Druckkräften zur Verfügung zu stellen, wobei der Ringkörper bei Druckeinfluss ausschließlich oder zumindest in solch einem Maße nur druckbelastet ist, dass eine schädliche Beeinflussung der Genauigkeit des Messergebnisses wegen auftretender Dehnungsbelastungen im Material eliminiert ist, so dass die Messung so genau wie möglich wird. Das Ziel wird dadurch erreicht, dass jede Frontfläche des Ringkörpers eine Ringnut aufweist, welche nach dem Hohlraum ausgerichtet ist und eine Breite aufweist, die im Wesentlichen der Breite des Hohlraums entspricht, so dass auf jeder Frontfläche zwei ringförmige Vorsprünge gebildet werden, von denen jeder eine der Seitenwände des Ringkörpers verlängert und welche zusammen die Kraft aufnehmende Fläche bilden. Somit ist hier eine besondere Ausführungsform der Frontfläche eines Ringkörpers gefragt.A Device of the above type is known from DE-B2-23 57 105. This known device comprises one of a magnetostrictive Material existing ring body with an annular Cavity for receiving a measuring winding. The device is based on the property of a magnetostrictive material, its permeability below to change mechanical load. This has changes the magnetic flux through the measuring winding result, d. H. this changes the AC resistance of the measuring winding. The object of the invention according to this Publication is it, a device for magneto-elastic measurement of compressive forces to disposal to put, with the ring body under pressure only or at least to such a degree is only pressure-loaded, that a harmful one Influencing the accuracy of the measurement result due to occurring Strain loads in the material is eliminated, so the measurement as accurately as possible becomes. The goal is achieved by having each front face of the ring body has an annular groove which is aligned with the cavity and has a width substantially equal to the width of the cavity corresponds, so that two annular projections are formed on each front surface, each one of the side walls of the ring body extended and which together form the force-receiving surface. Thus, here is a special embodiment the front surface a ring body asked.

Bei der bekannten Vorrichtung ist die Materialwahl stark eingeschränkt aufgrund der Tatsache, dass das Material des Ringkörpers magnetoelastisch sein muss. Die Messwicklung muss relativ groß sein, da diese ein großes „Eisen"-Volumen mit Wechselstrom magnetisieren muss, der eine relativ geringe Frequenz haben muss im Hinblick auf reduzierte Eisenverluste. Zusätzlich wird die Vorrichtung zur Messung von Vorspannungen in kritischen Schraubverbindungen nicht geeignet sein, da diese nicht konstruiert ist, um den hohen Belastungen Stand zu halten, die in dem Material in diesen kritischen Anwendungen vorkommen. Andere Vorrichtungen dieser Art sind aus JP-A-57175234 und US-A-5 412 582 bekannt.at the known device, the choice of materials is severely limited due the fact that the material of the ring body be magnetoelastic got to. The measurement winding must be relatively large, as this is a large "iron" volume with alternating current must magnetize, which must have a relatively low frequency with regard to reduced iron losses. In addition, the device becomes for measuring preloads in critical screw connections not suitable, since this is not constructed to the high Loads to withstand the material in these critical Applications occur. Other devices of this type are made JP-A-57175234 and US-A-5,412,582 are known.

Bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung war es Ziel, einen verbesserten Kraftsensor zur Verfügung zu stellen, welcher zur Montagesteuerung und/oder Überwachung der Vorspannung in kritischen Schraubverbindungen geeignet ist, und dabei ein Maximum an Sicherheit und ein Minimum an Instandhaltungskosten zu erreichen. Die Vorrichtung soll sodann in den lokalen Schraubverbindungen existierende Zwischenscheiben oder Unterlegscheiben ersetzen oder als Unterlegscheiben eingesetzt werden, wo solche nicht existieren, wie beispielsweise in Durchlaufringlagern, Rohrflanschen, Motorzylinderköpfe, Erdungsankern usw. Indem die Vorrichtung gemäß der Erfindung in der gleichen Weise wie eine Standartunterlegscheibe unter der Mutter montiert wird, werden zwei wesentliche Vorteile erreicht, nämlich dass die Vorbelastung unmittelbar in der Schraubverbindung gemessen wird und dass die Schraube und die Mutter, welches die kritischen Teile sind, vollständig unbeeinflusst bleiben.at The aim of the development of the present invention was to provide an improved Force sensor available to provide, which for assembly control and / or monitoring the bias in critical screw is suitable with maximum safety and a minimum of maintenance costs to reach. The device should then exist in the local screw connections Replace washers or washers or as washers are used where such do not exist, such as in flow ring bearings, pipe flanges, engine cylinder heads, ground anchors etc. By the device according to the invention in the same way as a standard washer under the Mother is mounted, two major advantages are achieved, namely that the preload is measured directly in the screw connection and that the screw and the nut, which are the critical parts, Completely remain unaffected.

Ein weiteres gewünschtes Anwendungsfeld ist die Verwendung der Vorrichtung als eine Wägezelle, z. B. in Wiegeverfahren, und insbesondere in Wiegeverfahren mit einem hohen Dynamikgrad, wobei existierende Technologie eine relativ kurze Lebensdauer aufweist.One further desired Application field is the use of the device as a load cell, z. B. in weighing methods, and in particular in weighing methods with a high degree of dynamism, where existing technology is a relative short life.

Somit ist es ein Ziel der Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine bessere Kontrolle der Vorbelastungen in Schraubverbindungen bei Montage und/oder kontinuierliche oder periodische Kontrolle von Vorbelastungskräften in Schraubverbindungen ermöglicht, um z. B. Brüche, lecke Stellen und ähnliches zu vermeiden.Consequently It is an object of the invention to provide a device provide a better control of preloads in screw connections during assembly and / or continuous or periodic inspection of preload forces allows in screw connections, to z. B. breaks, leaking Bodies and the like to avoid.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche als Wägezelle verwendet werden kann, um Wiegeverfahren an z. B. Transportgeschirr und ähnlichem zu vereinfachen und zu verbessern und ebenfalls eine wesentlich ver längerte Lebensdauer für solche Einrichtungen in Wiegeverfahren mit einem hohen Dynamikgrad zu erreichen.One Another object of the invention is to provide a device available put, which as a load cell can be used to weigh weighing methods at z. B. transport dishes and the like to simplify and improve, and also essential extended Lifetime for such devices in weighing process with a high degree of dynamism to reach.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche Einflüsse von Schwankungen der Randbedingungen auf das Messergebnis nahezu eliminiert aufgrund einer großen mechanischen Stabilität im Bereich des Ringkörpers, wo die Sensoreinrichtung platziert ist.One additional The aim of the invention is to provide a device available put what influences from fluctuations in the boundary conditions to the measurement result almost eliminated due to a big one mechanical stability in the area of the ring body, where the sensor device is placed.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sehr gut geeignet ist für eine Serienproduktion mit geringen Produktionskosten.One additional The aim of the invention is to provide a device available which is very well suited for mass production low production costs.

Zur Erreichung der oben erwähnten Ziele wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.to Achievement of the above mentioned Goals will become a device according to claim 1 available posed.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der Hohlraum als ein schmaler Spalt ausgebildet, der parallele, radial innere und äußere Flächen besitzt, die vertikal zu den Frontflächen verlaufen, wobei die Querschnittsfläche des Hohlraums in einer zu den Frontflächen parallelen Ebene erheblich kleiner ist als die in der Ebene verbleibende Querschnittsfläche des Ringkörpers.In a preferred embodiment of the device, the cavity is formed as a narrow gap having parallel, radially inner and outer surfaces which are vertical to the front surfaces, the cross-sectional area of the cavity rising in a plane parallel to the front surfaces Lich is smaller than the remaining in the plane cross-sectional area of the annular body.

Das Band ist vorzugsweise von einem zusätzlichen Sensorelement in Form einer Erreger-/Aufnehmerspule umgeben, welche für den Betrieb bei relativ hohen Frequenzen (Radiofrequenzen) gedacht ist. Mit dem angegebenen Aufbau des Sensorelements werden die Messungen in einem kontinuierlichen Umkreis um den Ringkörper ausgeführt, genauer gesagt entlang dem äußeren Umfang des Teils des Ringkörpers, welcher im Hohlraum angeordnet ist. Dies bedeutet, dass das Sensorelement ein Integrator ist, welcher die Belastung entlang des gesamten Umfangs integriert.The Band is preferably of an additional sensor element in shape surrounded by a exciter / pickup coil, which for operation at relatively high Frequencies (radio frequencies) is intended. With the specified structure of the sensor element, the measurements are in a continuous Circle around the ring body executed more precisely along the outer circumference of the Part of the ring body, which is arranged in the cavity. This means that the sensor element a Integrator is what the load is along the entire circumference integrated.

Durch Positionierung des Sensorelements an der Stelle des Momentengleichgewichts des Ringkörpers werden wesentliche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften erreicht. Zuerst einmal beinhaltet die Platzierung, dass die Komprimierung des Sensorelements der durchschnittlichen Komprimierung des Ringkörper gleichen wird und dabei die Regelbelastung in dem Verhältnis 1 : 1 wiedergegeben wird. Des Weiteren impliziert die Platzierung einen robusteren Sensor, welcher in einem geringeren Maß durch Schwankungen in den Randbedingungen beeinflusst wird, wie beispielsweise der Beschaffenheit der Grundplatte oder Unterlage, der Oberfläche und die Neigung der Mutter, der Beschaffenheit der Schraube usw. Zusätzlich wird eine schiefe Montage des Ringkörpers aufgrund der Anordnung des Sensorelements und dessen Integrationseffekts keine große Fehlerquelle beinhalten.By Positioning of the sensor element at the point of moment equilibrium of the ring body will be significant improvements in mechanical properties reached. First of all, the placement implies that the compression of the Sensor element of the average compression of the ring body same and thereby the control load in the ratio 1: 1 is reproduced. Furthermore, the placement implies a more robust sensor, which to a lesser extent Fluctuations in the boundary conditions is affected, such as the nature of the base plate or underlay, the surface and the inclination of the nut, the nature of the screw, etc. In addition an oblique assembly of the ring body due to the arrangement of the sensor element and its integration effect not big Include error source.

Was die Berechnung der Position für Momentengleichgewicht des Ringkörpers betrifft, wird auf Nachfolgendes verwiesen.What the calculation of the position for Moment equilibrium of the ring body is concerned, reference is made to the following.

Einer der bedeutendsten Vorteile des Aufbaus der Erfindung ist, dass man in größtmöglichem Umfang die Einflüsse von Schwankungen in den Randbedingungen eliminiert. Mit einem Trägerelement, welches so niedrig/kurz ist, wie das, welches im vorliegenden Fall von aktuellem Interesse ist (z. B. 14 mm hoch und 60–70 mm im Durchmesser), wird das Sensorelement sehr stark Einflüssen von Schwankungen in den Randbereichen ausgesetzt, wie beispielsweise Veränderungen der Oberflächen, Montagestellungen, Montageroutine, etc. In herkömmlichen gewöhnlichen Druckdosen wird dieses Problem dadurch gelöst, dass das Trägerelement lang und schlank ausgebildet wird, wobei das Sensorelement selbst weit entfernt vom oberen und unteren Rand, d. h. den tragenden Flächen, angeordnet ist. Man hat diese Möglichkeit jedoch nicht bei Unterlegscheiben und vor diesem Hintergrund wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihrer idealen Platzierung des Sensorelements entwickelt.one The most significant advantages of the construction of the invention is that one to the greatest extent possible the influences eliminated by fluctuations in the boundary conditions. With a carrier element, which is as low / short as that which in the present case is of current interest (eg 14 mm high and 60-70 mm im Diameter), the sensor element is very strong influences of fluctuations in peripheral areas, such as changes the surfaces, mounting positions, Assembly routine, etc. In conventional ordinary Pressure cans this problem is solved by the carrier element long and slender, with the sensor element itself far away from the top and bottom, d. H. the bearing surfaces, arranged is. You have this possibility but not with washers and against this background the device according to the invention designed with their ideal placement of the sensor element.

Die Erfindung wird des Weiteren nachfolgend beschrieben in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren, wobeiThe The invention will be further described below with exemplary embodiments with reference to the figures, wherein

1 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt; 1 shows a perspective sectional view of an embodiment of a device according to the invention;

2 einen Teil der 1 in einem vergrößerten Maßstab zeigt; 2 a part of 1 on an enlarged scale;

3 eine unvollständige Schnittansicht einer Ausführungsform des Ringkörpers zeigt, der scheibenförmig ist und aus zwei Scheibenteilen besteht; und 3 shows a fragmentary sectional view of an embodiment of the ring body, which is disc-shaped and consists of two disc parts; and

4 eine ähnliche Schnittdarstellung wie 3 zeigt, jedoch mit einer anderen Ausführungsform der Scheibenelemente. 4 a similar sectional view as 3 shows, however, with another embodiment of the disc elements.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Ringkörper 1 mit einem Paar von gegenüberliegenden, ebenen Frontflächen 2, 3, welche vertikal zu der zentralen Hauptachse 4 (3 und 4) des Ringkörpers sind und welche, in Gebrauch, die axial wirkenden Druckkräfte aufnehmen, die mittels der Vorrichtung zu messen sind. Der Ringkörper 1 ist mit einem umlaufenden ringförmigen inneren Hohlraum 5 versehen, welcher konzentrisch zu der Hauptachse 4 verläuft und welcher eine Sensoreinrichtung 6 aufnimmt.As can be seen from the drawings, the device according to the invention comprises an annular body 1 with a pair of opposite, flat front surfaces 2 . 3 which is vertical to the central main axis 4 ( 3 and 4 ) of the ring body and which, in use, receive the axially acting compressive forces to be measured by the device. The ring body 1 is with a circumferential annular inner cavity 5 which is concentric with the main axis 4 runs and which a sensor device 6 receives.

Wie ersichtlich, ist der Hohlraum 5 als schmaler Spalt ausgebildet, der parallele, radial innere und äußere Flächen 7 bzw. 8 besitzt, die senkrecht zu den Frontflächen 2, 3 verlaufen, wobei die Querschnittsfläche des Hohlraums in einer zu den Frontflächen parallelen Ebene, d. h. vertikal zu der Hauptachse 4, erheblich kleiner ist als die in der Ebene verbleibende Querschnittsfläche des Ringkörpers 1.As can be seen, the cavity is 5 designed as a narrow gap, the parallel, radially inner and outer surfaces 7 respectively. 8th owns, which are perpendicular to the front surfaces 2 . 3 extend, wherein the cross-sectional area of the cavity in a plane parallel to the front surfaces, ie vertical to the main axis 4 , Is considerably smaller than the remaining in the plane cross-sectional area of the annular body 1 ,

Die Sensoreinrichtung 6 umfasst ein erstes Sensorelement in Form eines Bandes 9 aus einem amorphen, magnetoelastischen Material. Dieses Material hat eine hohe magnetische Permeabilität und eine starke Beziehung zwischen der magnetischen Permeabilität und der mechanischen Belastung, welcher das Material ausgesetzt ist. Das Sensorband 9 befindet sich auf der radial inneren Fläche 7 des Hohlraums 5, genauer gesagt ist es hieran befestigt oder hiermit verbunden, wobei diese Fläche von der Hauptachse 4 des Ringkörpers 1 in einer Entfernung liegt, die im Wesentlichen dem Radius (r_R in 3) des Momentengleichgewichts des lasttragenden Querschnitts des Ringkörpers entspricht. Man fand heraus, dass diese Platzierung des Sensorbands zu optimalen baulichen und betrieblichen Vorteilen führt, etwas, was ebenfalls durch Berechnungen und FEM-Analysen (Finite Element Model Analyse) bestätigt wurde.The sensor device 6 comprises a first sensor element in the form of a band 9 made of an amorphous, magnetoelastic material. This material has a high magnetic permeability and a strong relationship between the magnetic permeability and the mechanical stress to which the material is exposed. The sensor band 9 is located on the radially inner surface 7 of the cavity 5 more specifically, it is attached thereto or connected thereto, this surface being from the major axis 4 of the ring body 1 is at a distance substantially equal to the radius (r _R in FIG 3 ) corresponds to the moment equilibrium of the load-bearing cross section of the annular body. It has been found that this placement of the sensor band leads to optimal structural and operational advantages, something that can also be achieved through calculations and finite element model analysis (FEM) analyzes was confirmed.

Die Sensoreinrichtung umfasst ebenfalls ein zusätzliches Sensorelement in Form einer Erreger-/Aufnehmer-Spule 10, welche außerhalb des Sensorbands 9 platziert ist und somit dieses umgibt. Die Erreger-/Aufnehmer-Spule 10 ist zum Betrieb bei relativ hohen Frequenzen vorgesehen (Radiofrequenzen). Die Spule ist durch einen flexiblen Schaltkreis 11 mit einem Kontakt oder ähnlichem zur Erregung/Aufnahme von Sensorsignalen verbunden oder ist zur Erregung/Aufnahme und internen Signalverarbeitung mit einem ASIC-Schaltkreis (ASIC = anwendungsspezifischer Schaltkreis) verbunden.The sensor device also includes an additional sensor element in the form of a pathogen / pickup coil 10 which is outside the sensor band 9 is placed and thus surrounds this. The exciter / pickup coil 10 is intended for operation at relatively high frequencies (radio frequencies). The coil is through a flexible circuit 11 connected to a contact or the like for exciting / receiving sensor signals, or connected to an ASIC (ASIC) circuit for excitation / pickup and internal signal processing.

Die Sensoreinrichtung ist richtungsmäßig orientiert, so dass die Richtung ihrer größten Empfindlichkeit im Wesentlichen parallel zur Hauptachse des Ringkörpers ist.The Sensor device is directionally oriented, so the direction of their greatest sensitivity is substantially parallel to the main axis of the ring body.

Zur Berechnung des Orts oder des Radius für Momentengleichgewicht des Ringkörpers wird Bezug genommen auf 3, in der der Ringkörper 1 mit einem inneren Radius r₁ und einem äußeren Radius r₂ dargestellt ist, und wobei der Radius für das Momentengleichgewicht als r_R bezeichnet ist. Die Formel für das Momentengleichgewicht ist dann:For calculating the location or the radius for moment balance of the ring body, reference is made to 3 in which the ring body 1 with an inner radius r ₁ and an outer radius r ₂ , and wherein the moment equilibrium radius is designated as r _R. The formula for the moment equilibrium is then:

Dies ergibt den folgenden Ausdruck für r_R:This gives the following expression for r _R :

Die obige Formel gibt den Ort der Kraftresultierenden R und gleichzeitig das Momentengleichgewicht für einen festen scheibenförmigen Ringkörper an, welcher einer gleichförmigen axialen Last ausgesetzt ist. Die Formel muss jedoch bezüglich des Hohlraums des Ringkörpers/Scheibe mit einem Faktor K_j korrigiert werden. Wenn die Scheibe unter einer Mutter an einer Gewindeschraube montiert ist, muss zusätzlich auch noch die Formel betreffend die Verteilung der angreifenden Kräfte über der Fläche der Scheibe als eine Funktion des Gewindewinkels und des Typs der Mutter mit einem Faktor K_n korrigiert werden. Die endgültige Formel lautet dann:

wobei die Faktoren K_j und K_n für alle Scheiben/Mutterkombinationen berechnet werden müssen.The above formula indicates the location of the force-resultant R and at the same time the moment equilibrium for a solid disk-shaped ring body which is subjected to a uniform axial load. However, the formula must be corrected with respect to the cavity of the ring body / disc with a factor K _j . In addition, when the washer is mounted to a threaded bolt under a nut, the formula relating to the distribution of the applied forces over the surface of the washer as a function of the thread angle and the type of nut must also be corrected by a factor K _n . The final formula is then:

where the factors K _j and K _n must be calculated for all slices / nut combinations.

Bei Betrieb der Vorrichtung liefert diese ein elektronisches Signal, das in allen Einzelheiten den Teil des externen Krafteinflusses repräsentiert, welcher im Wesentlichen parallel zu der Hauptachse ist. Informationsaustausch mit der Umgebung, d. h. Übertragung des elektrischen Signals zu einem externen, signalempfangenden Gerät, findet mittels einer elektromagnetischen Übertragungseinrichtung statt, so dass das Signal ohne jegliche elektrische Leitungsverbindung übertragen wird. Die Übertragungseinrichtung umfasst einen Verbinder und einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC). Diese Einrichtung, welche in 2 lediglich durch einen Block 12 symbolisiert ist, ist in einer sich radial erstreckenden Bohrung 13 angeordnet, welche sich von dem inneren Hohlraum 5 zu der Außenfläche 14 des Ringkörpers erstreckt. Eine weitere Ausführungsform der Übertragungseinrichtung ist ein gewöhnlicher elektrischer Kontakt.In operation of the device, this provides an electronic signal representing in detail the part of the external force influence which is substantially parallel to the main axis. Information exchange with the environment, ie transmission of the electrical signal to an external, signal-receiving device takes place by means of an electromagnetic transmission device, so that the signal is transmitted without any electrical line connection. The transmitter includes a connector and an application specific circuit (ASIC). This facility, which in 2 only by a block 12 is symbolized in a radially extending bore 13 arranged, extending from the inner cavity 5 to the outer surface 14 of the annular body extends. Another embodiment of the transmission device is a common electrical contact.

Wenn die Vorrichtung auf den Frontflächen des Ringkörpers mit einer Druckkraft belastet wird, wird der Ringkörper die Belastung (Deformation) auf das Sensorband 9 übertragen. Die magnetische Permeabilität des Sensorbands wird sich dann ändern, was in einer korrespondierenden Änderung der Induktivität der Spule 10 resultiert. Das Ergebnis wird in dem ASIC-Schaltkreis verarbeitet und kann mittels eines Handinstruments abgelesen werden. Bei kontinuierlicher Überwachung kann man geeigneterweise eine feststehende elektrische Verbindung über einen elektrischen Kontakt verwenden.When the device is loaded on the front surfaces of the ring body with a compressive force, the ring body becomes the load (deformation) on the sensor band 9 transfer. The magnetic permeability of the sensor band will then change, resulting in a corresponding change in the inductance of the coil 10 results. The result is processed in the ASIC circuit and can be read by means of a hand instrument. With continuous monitoring, one can suitably use a fixed electrical connection via an electrical contact.

Der Ringkörper 1 selbst ist zweckmäßigerweise aus Stahl hergestellt. Die Materialwahl ist jedoch nicht entscheidend, so lange das Material eine ausreichende Streckgrenze und höchsten Widerstand aufweist, um der Maximalkraft oder Belastung zu widerstehen, der die Vorrichtung ausgesetzt ist. Wie dargestellt, ist der ringförmige Körper scheibenförmig und in den illustrierten Ausführungsformen aus zwei koaxialen Scheibenelementen aufgebaut, die miteinander verbunden sind und im zusammengesetzten Zustand den Hohlraum 5 definieren.The ring body 1 itself is suitably made of steel. However, the choice of material is not critical as long as the material has sufficient yield strength and resistance to withstand the maximum force or stress experienced by the device. As shown, the annular body is disc-shaped and, in the illustrated embodiments, constructed of two coaxial disc elements which are interconnected and in the assembled state the cavity 5 define.

Somit besteht der Ringkörper oder die Scheibe in der Ausführungsform gemäß 3 aus einem Paar von lasttragenden Teilen, nämlich einem unteren Teil 15 und einem oberen Teil 16. Wie in der Fig. dargestellt, hat das untere Teil 15 einen aufwärtsverlaufenden Außenabschnitt mit einer inneren umlaufenden Fläche, welche die radiale Außenfläche 8 des Hohlraums 5 bildet, wohingegen das obere Teil 16 einen abwärtsverlaufenden inneren Abschnitt mit einer äußeren peripheren Fläche aufweist, welche die radiale Innenfläche 7 des Hohlraums bildet. Die beiden Teile 15, 16 drücken entlang unteren und oberen horizontalen Flächenabschnitten gegeneinander und die Teile sind in sich entlang der Innen- und der Außenumfangsflächen 19 bzw. 14 des Ringkörpers/der Scheibe erstreckenden Fugen 17 und 18 miteinander verbunden. Die Teile sind geeigneterweise durch z. B. Schmelzschweißung miteinander verbunden.Thus, the ring body or the disc in the embodiment according to 3 from a pair of load-bearing parts, namely a lower part 15 and an upper part 16 , As shown in the figure, the lower part has 15 an upwardly extending outer portion having an inner circumferential surface which defines the radially outer surface 8th of the cavity 5 forms, whereas the upper part 16 a downwardly extending inner portion having an outer peripheral surface which defines the radially inner surface 7 of the cavity. The two parts 15 . 16 press along lower and upper horizontal surface portions against each other and the parts are in themselves along the inner and the outer peripheral surfaces 19 respectively. 14 the ring body / the disc extending joints 17 and 18 connected with each other. The parts are suitably z. B. Fusion welded together.

Wie in 3 dargestellt, hat das obere Scheibenteil einen Eckvorsprung 20 in dem Übergang zwischen dem abwärtsverlaufenden Teil und dem oberen horizontalen Flächenabschnitt. Dieser Vorsprung hat die selbe radiale Weite wie der Hohlraum 5, so dass ein Festsitz gegeben ist zwischen der Außenseite des Vorsprungs und der angrenzenden peripheren Fläche des aufwärtsverlaufenden Teils des unteren Teils 15. Auf diese Art und Weise erreicht man, dass die Teile 15 und 16 während eines möglichen Transports oder während der Schweißbearbeitung zusammengehalten werden, nachdem sie zusammengesetzt wurden.As in 3 illustrated, the upper disc part has a corner projection 20 in the transition between the descending portion and the upper horizontal surface portion. This projection has the same radial width as the cavity 5 so that a tight fit is provided between the outside of the projection and the adjacent peripheral surface of the upwardly extending part of the lower part 15 , In this way you can get that parts 15 and 16 are held together during possible transport or welding work after being assembled.

Es ist klar, dass eine Scheibe mit einem inneren Hohlraum, wie in den Figuren dargestellt, aus separaten Teilen konstruiert sein kann, die auf viele verschiedene Arten ausgebildet sind. Die in 3 dargestellte Ausführungsform hat jedoch eine Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften, welche wie folgt zusammengefasst werden können: Sie besteht aus einer minimalen Anzahl von Teilen, welche einfach maschinell bearbeitbar und ebenfalls einfach zusammensetzbar sind. Die Ausführungsform ermöglicht einen einfachen Aufbau des Sensorbands 9 und der Erregerspule 10. Die Verschweißung findet statt an den Innen- und Außenumfangsflächen, was zu einer guten Kontrolle der Kontaktflächen, d. h. den Unter- und Oberseiten 2, 3, führt, und zu keinen Wärme- bzw. Hitzeproblemen an dem Sensorband. Zusätzlich ist das Zusammenhalten der Teile (in der jeweilig korrekten Position) während des Transports und der Verschweißung unproblematisch.It will be understood that a disc having an internal cavity as shown in the figures may be constructed of separate parts formed in many different ways. In the 3 However, the illustrated embodiment has a variety of advantageous properties, which can be summarized as follows: It consists of a minimum number of parts, which are easy to machine and also easy to assemble. The embodiment enables a simple construction of the sensor tape 9 and the exciter coil 10 , The welding takes place on the inner and outer peripheral surfaces, resulting in a good control of the contact surfaces, ie the lower and upper sides 2 . 3 , leads, and no heat or heat problems on the sensor band. In addition, the holding together of the parts (in the respectively correct position) during transport and welding is unproblematic.

Wie bereits einleitend erwähnt, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung inter alia als Mittelscheibe oder Unterlegscheibe in üblichen Schraubverbindungen verwendet. Aus diesem Grund muss die Vorrichtung zum Gebrauch mit Standartmuttern gestaltet worden sein. Es existieren eine große Anzahl unterschiedlicher Arten von Muttern auf dem Markt. Zwei der am häufigsten verwendeten sind zylindrische Muttern, welche z. B. oft in Durchlaufringlagern verwendet werden und die vielbenutzten Sechskantmuttern. Die in 3 dargestellte Ausführungsform ist bestimmt für zylindrische Muttern, wohingegen in 4 eine Ausführungsform dargestellt ist, die zur Verwendung im Zusammenhang mit Sechskantmuttern bestimmt ist.As already mentioned in the introduction, the device according to the invention is inter alia used as a center disc or washer in conventional screw. For this reason, the device must have been designed for use with standard nuts. There are a large number of different types of nuts on the market. Two of the most commonly used are cylindrical nuts, which are e.g. B. often used in continuous ring bearings and the much-used hex nuts. In the 3 illustrated embodiment is intended for cylindrical nuts, whereas in 4 an embodiment is provided which is intended for use in connection with hex nuts.

Die Ausführungsform in 4 ähnelt in einem hohen Maß der Ausführungsform in 3, nur die Konfiguration der unteren und oberen Teile 21 bzw. 22 der Scheibe unterscheidet sich teilweise von der in 3. Somit haben die oberen und unteren Teile 21, 22 jeweils lasttragende Flächen 23, 24 mit einer schmaleren radialen Weite als die Weite der Frontflächen 2, 3 zur Anpassung an die Lastfläche der lokalen Sechskantmutter. Des Weiteren hat der untere Teil 21 einen äußeren peripheren Abschnitt mit oberen und unteren Flächen 25, 26, welche radial außerhalb der lasttragenden Flächen 23, 24 gelegen sind bzw. relativ zu diesen versenkt und somit unbelastet sind. Somit ist der obere Bereich des äußeren peripheren Teils radial außerhalb des oberen Abschnitts des oberen Teils 22 gelegen und diese Abschnitte sind dimensionsmäßig derart relativ zu einander angepasst, dass ihre angrenzenden Umfangsflächen einen Kraftschluss bilden, wenn die Scheibenteile 21 und 22 sich in zusammengesetztem Zustand befinden. Die Kraftschlussfläche hat einen ausreichend großen Umfang, damit die Teile permanent nur mittels dem Kraftschluss zusammengehalten werden, so dass eine Verschweißung der Teile bei dieser Ausführungsform nicht notwendig ist.The embodiment in 4 is highly similar to the embodiment in FIG 3 , only the configuration of the lower and upper parts 21 respectively. 22 the disc is partly different from the one in 3 , Thus, the upper and lower parts have 21 . 22 each load-bearing surfaces 23 . 24 with a narrower radial width than the width of the front surfaces 2 . 3 for adaptation to the load surface of the local hexagon nut. Furthermore, the lower part has 21 an outer peripheral portion with upper and lower surfaces 25 . 26 which radially outside the load-bearing surfaces 23 . 24 are located or relative to these sunk and thus unloaded. Thus, the upper portion of the outer peripheral portion is radially outward of the upper portion of the upper portion 22 and these sections are dimensionally fitted relative to each other such that their adjacent peripheral surfaces form a frictional connection when the disk parts 21 and 22 are in a composite state. The traction surface has a sufficiently large circumference, so that the parts are permanently held together only by means of frictional connection, so that a welding of the parts in this embodiment is not necessary.

Claims

Device for measuring pressure forces with a ring body ( 1 ) with a pair of opposing, force-receiving front surfaces ( 2 . 3 ) and a central main axis ( 4 ), whereby the front surfaces ( 2 . 3 ) perpendicular to the main axis ( 4 ), an annular circumferential cavity ( 5 ) in the ring body ( 1 ) substantially concentric with the major axis ( 4 ) and on an inner radius r ₁ and an outer radius r _{2 of} the annular body ( 1 ) a radially inner or a radially outer surface ( 7 . 8th ), a sensor device ( 6 ) in the annular cavity ( 5 ) and can emit an electrical signal that represents the force influence, characterized in that the sensor device is a sensor element ( 6 ), which on the radially inner surface ( 7 ) of the cavity ( 5 ), and that said surface of the major axis is at a distance substantially equal to the radius r _{R of} the moment equilibrium of the load-bearing cross-section of the annular body, the radius (r _R ) of the relationship

is determined.

Device according to Claim 1, the sensor device of which is an amorphous magnetoelastic tape ( 9 ), which on the radially inner surface ( 7 ) of the cavity ( 5 ) is applied.

Device according to claim 2, whose band ( 9 ) of an additional sensor element in the form of a exciter / pickup coil ( 10 ), which is intended for operation at frequencies in the radio frequency range.

Device according to one of the preceding claims, wherein the cavity ( 5 ) is formed as a narrow gap, the parallel, radially inner and outer surfaces ( 7 . 8th ), which is normal to the front surfaces ( 2 . 3 ), wherein the cross-sectional area of the cavity ( 5 ) in one of the front surfaces ( 2 . 3 ) parallel plane is significantly smaller than the remaining in the plane cross-sectional area of the annular body ( 1 ).

Device according to one of the preceding claims, the sensor device ( 6 ) is directionally oriented such that the direction of its greatest sensitivity is substantially parallel to the major axis ( 4 ) of the ring body ( 1 ) runs.

Device according to one of the preceding claims with an electromagnetic transmission device ( 12 ) for transmitting the electrical signal to an external signal receiving device without electrical line connection.

Device according to Claim 6, the transmission device ( 12 ) has an application specific integrated circuit (ASIC) for receiving and internally processing the sensor signals.

Device according to one of claims 1-5, which has an electrical Contact for passing the electrical signal to a signal receiving and processing external equipment.

Device according to one of claims 6-8, the transmission device ( 12 ) in a radial bore ( 13 ), which extends from the cavity ( 5 ) to the outer surface ( 14 ) of the ring body ( 1 ).

Device according to one of the preceding claims, whose annular body ( 1 ) is made of steel.

Apparatus according to claim 9, whose annular body ( 1 ) is disc-shaped and consists of two disc parts ( 15 . 16 ; 21 . 22 ), which in the assembled state, the cavity ( 5 ) define.

Apparatus according to claim 10, wherein the disk parts ( 15 . 16 ) by welding in joints ( 17 . 18 ) are joined together along the inner and the outer peripheral surface ( 19 respectively. 14 ) of the ring body ( 1 ).