WO2007042155A1 - Vorrichtung und verfahren zur kontrolle der kraftschlüssigen verbindung zweier körper - Google Patents

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WO2007042155A1
WO2007042155A1 PCT/EP2006/009442 EP2006009442W WO2007042155A1 WO 2007042155 A1 WO2007042155 A1 WO 2007042155A1 EP 2006009442 W EP2006009442 W EP 2006009442W WO 2007042155 A1 WO2007042155 A1 WO 2007042155A1
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force
intermediate element
bodies
sensor
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PCT/EP2006/009442
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Inventor
Holger Lüthje
Saskia Biehl
Ralf Bandorf
Jan-Hinrich Sick
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
    • G01L5/243—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed using washers

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for controlling the frictional connection of two bodies. Such devices and methods are particularly needed to check the connection of two bodies, for example by a screw connection, to their current clamping force.
  • Screw connections are based on the conversion of a torque into an axial force via a thread. This force leads to an elastic elongation of the screw shaft and presses the components to be joined together in a force-locking manner. Screw connections are one of the detachable connections in design engineering. It is desirable to know the current clamping force instead of the torque that is only accessible today during assembly and to len cases also online monitoring of the clamping force of the connection to make. For example, in screw, which are exposed to vibration and where there is a risk of loosening.
  • Such devices are available in different configurations, e.g. in DE 198 31 372 Al and in WO 03/087751 Al.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device and a method for controlling the frictional connection of two bodies, which avoids the above-mentioned disadvantages and enables a cost-effective production of such a device.
  • the present invention to build this device from at least two parts, wherein the force-sensing layer is deposited on a first design-determining planar component.
  • a washer for a screw connection or rivet connection is suitable as such a component, but any other components, in particular with any other shapes, are also possible.
  • the device contains a second flat component, again for example one
  • Washer acting as a cover. Between the first component and the second component, a separate disc-shaped intermediate element is arranged. Any such shaped film is suitable as such a disk-shaped intermediate element. On this
  • Intermediate element electrodes are arranged for contacting the force-sensing layer on the first component.
  • the intermediate element contains electrical coupling elements for transmitting the sensor signals derived with the electrodes from the force-sensing rail to an external evaluation device.
  • coupling elements are either electrical contacts or transponder elements, such as antennas suitable.
  • These coupling elements can also or alternatively serve for the coupling of electrical power into the force-sensing layer.
  • active electronic components e.g. an ASIC
  • the separate intermediate element can also be realized in thin-film design on the inner top side of the cover disk.
  • the two flat components can have different thickness and diameter, so that it is also possible, for example, to make contact or form the individual contacts on the intermediate layer as a ring contact or as a segmented individual contacts, which are laterally on one of the surfaces of the intermediate element and then can be contacted from there.
  • the component with a larger diameter then serves as a mechanical support for the intermediate element, while the second component with a smaller diameter leaves free an edge region of the intermediate element for contacting.
  • the contacts can also be designed as a tab or plug.
  • FIGS. 3 and 4 measuring results of erfindungsge insomniaSen
  • Screw connections are used. However, instead of washers, any differently shaped flat components can be used in the present invention. Insofar as reference is made below to the figures, the same or similar reference numerals are used in all figures uniformly for the same or similar components.
  • FIG. 1 shows in subfigure A the individual elements of a device according to the invention. The designate the
  • Reference numerals 1 and 2 a first and a second construction part in the form of a washer and the reference numeral 3 a plastic film as a planar intermediate element.
  • the washers 1 and 2 have in the middle of a circular opening to perform a screw.
  • the washers 1 and 2 are each provided on one side with a force-sensory layer.
  • force-sensing layer either piezoresistive layers or amorphous carbon or hydrocarbon layers, as mentioned for the prior art and from there sufficiently known in question.
  • the two washers 1 and 2 are then mounted to each other with respect to the force-sensory layer, but the film 3 is inserted between them.
  • the film can be next to a plastic film and a metal foil.
  • the force measurement then takes place individually via each of the individual force-sensory layers or simultaneously through both layers parallel to one another.
  • this force-sensing layer can also be used as a temperature sensor in this area, as in this
  • the intermediate element 3 can then be provided as a thin flexible conductor foil with electrodes and conductor track structures as well as connection surfaces and / or telemetry-usable antenna structures or coupling structures.
  • the second washer then serves only as a cover element. Due to the insulating effect of the flexible plastic film, which can be produced, for example, from polyimide, it can also be installed uncoated.
  • the conductor foil 3 is then mounted such that the electrical thin-film structures can establish contact with the force-sensitive layer on the first washer 1 on its surface.
  • the elastic foil 3 additionally acts as a pressure equalization element, thus enabling complete contact of the electrodes with the force-sensing measuring layer even at low forces.
  • this effect of the film raises the present invention beyond the previously existing solutions, since it is thus possible to produce a secure contact. It is also possible to improve the contact also to reinforce the foil 3 in the region of the electrodes or even the foil electrodes themselves locally limited in thickness, so that the contact surfaces are exalted and thus a reproducible contact situation even with not completely flat surfaces of To reach washers 1 and 2, even at relatively small forces.
  • the temperature sensor can be realized independently of the force-sensing layer, for example as a thin-layer meander, from which electrode material is evaluated in a thermoresistive manner. It is also possible, to create a thermocouple by means of two different coatings.
  • a plug-in terminal with multiple terminals can be constructed in a very cost-effective manner. Another advantage is the possibility of integrating thin-film antenna structures or even electronic components on the film.
  • the force sensor constructed from the two washers 1 and 2 and the inner electrode foil 3 can be connected and housed in the outer and inner edge with the aid of an adhesive.
  • the Einhausen can also be done by methods such as flanging, laser welding, pressing, etc.
  • one of the discs 1, 2, preferably the cover plate 2 can also be formed from a cap, the edge of which is then mechanically connected to the lower washer 1.
  • an insulating flexible film 3 or also a ceramic plate is used as intermediate element 3, the adhesion can also take place in the interior, wherein the adhesive must be positioned between the conductor tracks and electrodes.
  • the reverse side of the film which is not provided with electrical conductive structures, can optionally be glued over the entire surface.
  • a ceramic pad or provided with an insulating metal foil is also suitable. It is also conceivable that the metal foil, which acts as an electrode, is provided on one side with an insulating layer, so as to only certain areas as To keep contact areas to the force-sensing layer or as external contact.
  • FIG. 1B shows the plan view of another film as an intermediate element 3.
  • the dark regions are uncoated film regions, while the bright regions are electrically conductive coated regions.
  • the film 3 has an inner recess 5, which is provided as a bore for the screw.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the film 3, as shown in Figure IB as a photographic image. It can be seen that the electrode surfaces 6a and 6a 'as well as the electrode surfaces 6b and 6b' are in each case electrically conductively connected to one another via printed conductors 9a and 9b. They serve to contact the force-sensing layer on the washers. Starting from the contact surfaces 6a and 6b guide tracks 7a and
  • contact surfaces 8a and 8b which serve as external contacts for tapping the sensor signals.
  • These contact surfaces 8a and 8b are arranged on a projecting lug of the film 3, so that they are not covered by the washers 1 and 2, but are accessible from the outside.
  • a conductor 10 is arranged as a temperature sensor, said conductor being formed on one side as a meander to improve the signal.
  • This temperature Sensor 10 is now in an area in which, for example, the washers 1 and 2 are thinned or the film 3 has a smaller thickness than in the region of the contact surfaces 6a, 6a ', 6b, 6b'.
  • the temperature sensor 10 is also connected via a supply line IIa and a return line IIb with contact surfaces 12a and 12b, which are located on the tab 16 and also serve from outside for tapping the temperature sensor signal.
  • FIG. 3 shows measurement results on a sensor according to the invention which has a DLC layer as force-sensory layer.
  • DLC layers have a resistance that depends on the force applied to them.
  • FIG. 3 now shows this dependence of the resistance on the force in the range between 0 N and 18000 N.
  • the corresponding dynamically recorded resistance force characteristic curve for the range between 0 N and 1400 N is shown by multiple measurements in FIG.
  • the individual curves depicted in FIG. 4 differ only in whether they were measured with increasing or decreasing force exerted on the force sensor.
  • Rivet connection can be accurately detected and continuously monitored.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der kraftschlüssigen Verbindung zweier Körper. Derartige Vorrichtungen und Verfahren werden insbesondere benötigt, um die Verbindung zweier Körper, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, auf ihre aktuelle Spannkraft zu überprüfen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Kontrolle der kraft- schlüssigen Verbindung zweier Körper
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der kraftschlüssigen Verbindung zweier Körper. Derartige Vorrichtungen und Verfahren werden insbesondere benötigt, um die Verbindung zweier Körper, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, auf ihre aktuelle Spannkraft zu überprüfen.
Schraubverbindungen beruhen auf der Umwandlung eines Drehmoments in eine Axialkraft über ein Gewinde. Diese Kraft führt zu einer elastischen Dehnung des Schraubenschafts und presst die zu verbindenden Bauteile kraftschlüssig aufeinander. Schraubverbindungen zählen zu den lösbaren Verbindungen in der Konstruktionstechnik. Dabei ist es wünschenswert, die aktuelle Spannkraft anstelle des heute nur zugänglichen Drehmoments während der Montage zu kennen und in vie- len Fällen auch eine Onlineüberwachung der Spannkraft der Verbindung vornehmen zu können. Beispielsweise bei Schraubverbindungen, die einer Vibration ausgesetzt sind und bei denen die Gefahr des Lösens be- steht.
Derartige Vorrichtungen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen z.B. in der DE 198 31 372 Al und in der WO 03/087751 Al beschrieben.
Die DE 102 53 178 B4 offenbart die Verwendung einer Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff als Sensor zur Temperatur- und Kraftmessung. Diese Schrift beschreibt allerdings keine Lösung, die bei einer fle- xibel anwendbaren Unterlegscheibe einsetzbar ist.
Es ist auch bekannt, in Wälzlagern eine kraftsensorische Beschichtung aus diamantartigem Kohlenstoff auf lokale strukturierte Dünnschichtelektroden direkt aufzubringen. Diese Technologie ist auch auf Unterlegscheiben anwendbar, besitzt aber einige Nachteile. Ein Problem dabei ist die Vermeidung von Lochdefekten (Pinholes) in der kraftsensorischen Schicht, denn feinste Nanolöcher führen zu einem Kurzschluss . Au- ßerdem ist bei der Unterlegscheibe die Auskopplung der Signale und der elektrischen Anschlüsse an die Dünnschichtelektroden zu lösen, was nur mit einem großen Kostenaufwand möglich ist. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die kraftsensorische Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff einen sehr geringen Reibungskoeffizienten aufweist und somit die Schraub- und Haltekräft der Schraubverbindung beein- flusst. Zur Vermeidung würden zusätzliche Schichten erforderlich werden, die die Herstellkosten erhöhen.
Ein Problem bei allen bekannten Lösungen ist der Um- stand, dass die beiden im Kontakt liegenden Oberflächen sehr eben sein müssen, um eine hochgenaue, reproduzierbare Messung der Normalkraft bei separater Gegenelektrode zu ermöglichen, wobei die Schicht ein- seitig auf einer Unterlegscheibe aufgebracht ist und die Gegenfläche durch z.B. die Oberfläche des zu befestigenden Bauteils gegeben ist .
Weiterhin bleibt bei den Lösungen nach dem Stand der Technik als Problem bestehen, dass diese zwar eine Kraftmessung unter Verwendung einer Schicht als kraftsensitives Element offenbaren, aber keine sinnvolle Lösung für eine integrierte Temperaturmessung beschreiben. Dies ist jedoch in fast allen Fällen er- forderlich, da die zur Kraftmessung verwendeten pie- zoresistiven Schichten eine Temperaturabhängigkeit des Widerstands aufweisen und die Kraftmessung daher entsprechend temperaturkompensiert oder elektronisch nachbearbeitet werden muss .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle der kraftschlüssigεn Verbindung zweier Körper zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet und eine kostengünstige Herstellung einer derartigen Vorrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch ,.2ψ' gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dabei in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Ausgehend von den im Stand der Technik bekannten Unterlegscheiben mit aufgebrachtem Kraftsensor schlägt nun die vorliegende Erfindung vor, diese Vorrichtung aus mindestens zwei Teilen aufzubauen, wobei die kraftsensorische Schicht auf einem ersten konstruktionsbestimmenden flächigen Bauteil abgeschieden wird. Als derartiges Bauteil eignet sich insbesondere eine Unterlegscheibe für eine Schraubverbindung oder Nietverbindung, es sind jedoch auch beliebig andere Bauteile insbesondere mit beliebig anderen Formen möglich. Weiterhin enthält die Vorrichtung ein zwei- tes flächiges Bauteil, wiederum beispielsweise eine
Unterlegscheibe, die als Abdeckung fungiert. Zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil wird ein separates scheibenförmiges Zwischenelement angeordnet. Als solches scheibenförmiges Zwischenelement ist jede beliebig geformte Folie geeignet. Auf diesem
Zwischenelement werden Elektroden zur Kontaktierung der kraftsensorischen Schicht auf dem ersten Bauteil angeordnet. Weiterhin enthält das Zwischenelement e- lektrische Koppelelemente zur Übertragung der mit den Elektroden aus der kraftsensorischen Schiene abgeleiteten Sensorsignale zu einer externen Auswertevorrichtung. Als solche Koppelelemente sind entweder elektrische Kontakte oder auch Transponderelemente, beispielsweise Antennen, geeignet. Diese Koppelele- mente können auch oder alternativ zur Einkopplung elektrischer Leistung in die kraftsensorische Schicht dienen. Es ist auch Gegenstand der Erfindung, aktive elektronische Bauelemente, z.B. ein ASIC, zur Signalverarbeitung auf dem Zwischenelement anzuordnen. In einer weiteren Ausführungsform kann das separate Zwischenelement auch in Dünnschichtausführung auf der inneren Oberseite der Deckscheibe realisiert werden.
Die beiden flächigen Bauteile können je nach Aufbau unterschiedliche Dicke und Durchmesser aufweisen, so dass es beispielsweise auch möglich ist, den Kontakt bzw. die einzelnen Kontakte auf der Zwischenschicht als Ringkontakt oder als segmentierte Einzelkontakte auszubilden, die sich seitlich auf einer der Oberflächen des Zwischenelementes befinden und dann von dort auch kontaktiert werden können. Das Bauteil mit größerem Durchmesser dient dann als mechanische Unterlage für das Zwischenelement, während das zweite Bauteil mit geringerem Durchmesser einen Randbereich des Zwischenelementes zur Kontaktierung freilässt.
Die Kontakte können jedoch auch als Lasche oder Stecker ausgebildet werden.
Im folgenden sollen nun einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt werden.
Es zeigen
Fig. 1 und 2 erfindungsgemäße Vorrichtungen und
Fig. 3 und 4 Messergebnisse an erfindungsgemäSen
Vorrichtungen.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele be- schrieben anhand von Unterlegscheiben, wie sie bei
Schraubverbindungen eingesetzt werden. Es sind jedoch statt Unterlegscheiben auch beliebig anders geformte flache Bauteile bei der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Soweit im folgenden auf die Figuren Bezug genommen wird, werden in sämtlichen Figuren einheitlich für gleiche oder ähnliche Bauelemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt in Teilfigur A die Einzelelemente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei bezeichnen die
Bezugszeichen 1 und 2 ein erstes und ein zweites Bau- teil in Form einer Unterlegscheibe und das Bezugszeichen 3 eine Kunststofffolie als flächiges Zwischenelement. Die Unterlegscheiben 1 und 2 besitzen in der Mitte eine kreisförmige Durchbrechung, um eine Schraube durchzuführen. Die Unterlegscheiben 1 und 2 sind jeweils einseitig mit einer kraftsensorischen Schicht versehen. Als derartige kraftsensorische Schicht kommen entweder piezoresistive Schichten oder auch amorphe Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoff- schichten, wie für den Stand der Technik erwähnt und von dort ausreichend bekannt, in Frage. Die beiden Unterlegscheiben 1 und 2 werden dann bezüglich der kraftsensorischen Schicht schichtseitig zueinander montiert, wobei jedoch zwischen sie die Folie 3 ein- gelegt wird. Die Folie kann dabei neben einer Kunststofffolie auch eine Metallfolie sein.
Die Kraftmessung erfolgt dann einzeln über jede der einzelnen kraftsensorischen Schichten oder gleichzei- tig durch beide Schichten parallel zueinander.
Wird eine Folie 3 zwischen die Schichten eingebaut, die lokal eine geringere Dicke aufweist, so kann diese kraftsensorische Schicht in diesem Bereich auch als Temperatursensor verwendet werden, da in diesem
Bereich dann kein Kraftschluss vorliegt und daher das gemessene Signal lediglich noch von der Temperatur abhängt. Alternativ ist es auch möglich, die Unterlegscheiben 1 und/oder 2 an entsprechender Stelle in der Dicke zu reduzieren. Es ist auch möglich, in einem solchen dickenreduzierten Bereich auf der kraftsensorischen Schicht, beispielsweise mittels eines Leitklebers, Temperaturelektroden aufzubringen.
Als Alternative hierzu ist es auch möglich, lediglich auf eine der Unterlegscheiben eine kraftsensorische Beschichtung aufzubringen. Auch hier kann dann das Zwischenelement 3 als dünne flexible Leiterfolie mit Elektroden und Leiterbahnstrukturen sowie Anschluss- flächen und/oder telemetrisch verwendbaren Antennen- Strukturen bzw. Koppelstrukturen vorgesehen werden. Die zweite Unterlegscheibe dient dann lediglich als Deckelement. Sie kann wegen der Isolationswirkung der flexiblen Kunststofffolie, die beispielsweise aus Po- lyimid hergestellt sein kann, auch unbeschichtet ein- gebaut werden. Die Leiterfolie 3 wird dann so montiert, dass die elektrischen DünnschichtStrukturen auf ihrer Oberfläche einen Kontakt zu der kraftsenso- rischen Schicht auf der ersten Unterlegscheibe 1 aufbauen können. In diesem Fall wirkt die elastische Fo- lie 3 zusätzlich als Druckausgleichselement und ermöglicht so schon bei kleinen Kräften einen vollständigen Kontakt der Elektroden zu der kraftsensorischen Messschicht. Insbesondere diese Wirkung der Folie hebt die vorliegende Erfindung über die bisher beste- henden Lösungen hinaus, da es so möglich ist, einen gesicherten Kontakt herzustellen. Es ist weiterhin zur Verbesserung der Kontaktierung auch möglich, die Folie 3 im Bereich der Elektroden oder auch die Folienelektroden selbst galvanisch lokal begrenzt in der Dicke zu verstärken, so dass die Kontaktflächen erhaben ausgeführt werden und damit eine reproduzierbare Kontaktsituation auch bei nicht völlig ebenen Oberflächen der Unterlegscheiben 1 und 2 auch bei relativ kleinen Kräften zu erreichen.
Bei der Anwendung von flexiblen Leiterfolien zwischen zwei Unterlegscheiben ist weiterhin von Vorteil, dass der Temperatursensor unabhängig von der kraftsensorischen Schicht realisiert werden kann, z.B. als Dünn- schichtmäander, aus dem Elektrodenmaterial und ther- moresistiv ausgewertet wird. Es ist auch möglich, mittels zweier unterschiedlicher BeSchichtungen ein Thermoelement zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Er- findung ist, dass sich mit nur einem einzigen Fertigungsschritt viele Einzelfolien mit Elektroden herstellen lassen. Auch ein Steckklemmkontakt mit mehreren Anschlüssen kann auf sehr kostengünstige Weise aufgebaut werden. Ein weiterer Vorteil ist die Mög- lichkeit, auf der Folie Dünnschicht-Antennenstrukturen oder auch elektronische Komponenten zu integrieren.
Der aus den zwei Unterlegscheiben 1 und 2 und der in- nenliegenden Elektrodenfolie 3 aufgebaute Kraftsensor kann im äußeren und inneren Rand mit Hilfe eines Klebers verbunden und gehaust werden. Das Einhausen kann auch durch Verfahren wie Bördeln, Laserschweißen, Pressen usw. erfolgen. Dabei kann auch eine der Scheiben 1, 2, vorzugsweise die Deckscheibe 2 auch aus einer Kappe gebildet werden, deren Rand dann mechanisch mit der unteren Unterlegscheibe 1 verbunden wird. Wird eine isolierende flexible Folie 3 oder auch eine keramische Platte als Zwischenelement 3 verwendet, kann die Verklebung auch im Inneren erfolgen, wobei der Kleber zwischen den Leiterbahnen und Elektroden positioniert werden muss. Die nicht mit elektrischen Leitstrukturen versehene Rückseite der Folie kann ggf. ganzflächig verklebt werden.
Als Folie für die Zwischenschicht 3 in Figur 1 eignet sich auch eine keramische Unterlage oder eine mit einer Isolationsschicht versehene Metallfolie. Es ist auch denkbar, dass die Metallfolie, die als Elektrode fungiert, einseitig mit einer Isolationsschicht versehen wird, um so lediglich bestimmte Bereiche als Kontaktbereiche zu der kraftsensorischen Schicht oder als äußeren Kontakt freizuhalten.
Figur IB zeigt die Aufsicht auf eine weitere Folie als Zwischenelement 3. Die dunklen Bereiche sind nicht beschichtete Folienbereiche, während die hell dargestellten Bereiche elektrisch leitend beschichtete Bereiche sind. Die Folie 3 besitzt eine innere Aussparung 5, die als Bohrung für die Schraube vorge- sehen ist.
Auf der Folie sind nun insgesamt vier elektrische Kontaktflächen 6a, 6a' , 6b, 6b' zu erkennen, die zur Kontaktierung der kraftsensorischen Beschichtung auf den Unterlegscheiben 1 bzw. 2 dienen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Folie 3, wie sie in Figur IB als photographische Abbildung dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass die Elekt- rodenflächen 6a und 6a' sowie die Elektrodenflächen 6b und 6b' über Leiterbahnen 9a bzw. 9b jeweils untereinander elektrisch leitend verbunden sind. Sie dienen der Kontaktierung der kraftsensorischen Schicht auf den Unterlegscheiben. Ausgehend von den Kontaktflächen 6a und 6b führen Leiterbahnen 7a bzw.
7b zu Kontaktflächen 8a bzw. 8b, die als Außenkontakte zum Abgreifen der Sensorsignale dienen. Diese Kontaktflächen 8a und 8b sind auf einer vorstehenden Lasche der Folie 3 angeordnet, so dass sie von den Un- terlegscheiben 1 und 2 nicht bedeckt werden, sondern von außen zugänglich sind.
Zwischen den Kontaktflächen 6a und 6b ist eine Leiterbahn 10 als Temperatursensor angeordnet, wobei diese Leiterbahn zur Verbesserung des Signals einseitig als Mäander ausgebildet ist. Dieser Temperatur- sensor 10 befindet sich nun in einem Bereich, in dem beispielsweise die Unterlegscheiben 1 und 2 abgedünnt sind oder die Folie 3 eine geringere Dicke als im Bereich der Kontaktflächen 6a, 6a', 6b, 6b' aufweist.
Der Temperatursensor 10 ist über eine Zuleitung IIa und eine Rückleitung IIb ebenfalls mit Kontaktflächen 12a bzw. 12b verbunden, die sich auf der Lasche 16 befinden und ebenfalls von außen zum Abgreifen des Temperatursensorsignals dienen.
Figur 3 zeigt Messergebnisse an einem erfindungsgemäßen Sensor, der als kraftsensorische Schicht eine DLC-Schicht aufweist. DLC-Schichten besitzen einen Widerstand, der abhängig ist von der Kraft, die auf sie ausgeübt wird. Figur 3 zeigt nun diese Abhängigkeit des Widerstands von der Kraft im Bereich zwischen 0 N und 18000 N.
Die entsprechende dynamisch erfasste Widerstands- kraftkennlinie für den Bereich zwischen 0 N und 1400 N ist anhand mehrfacher Messungen in Figur 4 dargestellt . Die einzelnen in Figur 4 abgebildeten Kurven unterscheiden sich lediglich darin, ob sie bei an- steigender oder fallender Kraftausübung auf den Kraftsensor gemessen wurden.
Es ist zu erkennen, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spannkraft einer Verbindung, bei- spielsweise einer Schraubverbindung oder auch einer
Nietverbindung exakt erfasst und kontinuierlich überwacht werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kontrolle der kraftschlüssigen Verbindung zweier Körper gekennzeichnet durch mindestens zwei flach aufeinander angeordnete flächige Bauteile (1, 2) , wobei auf mindestens einer der einander zugewandten Oberflächen der beiden Bauteile (1, 2) mindestens ein Kraftsensor in Dünnschichttechnik angeordnet ist, sowie mindestens ein zwischen den beiden Bauteilen (1,
2) angeordnetes scheibenförmiges Zwischenelement (3), auf dem elektrische Kontakte (6) zur Ableitung der Sensorsignale aus dem Sensor sowie elektrische Koppelelemente (8, 12) zur Übertra- gung der Sensorsignale und/oder elektronische
Bauelemente zur SignalVerarbeitung angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Bauteile (1, 2) zumindest bereichsweise über das andere Bauteil (1, 2) hervorragt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 2) Unterlegscheiben für eine Schraubverbindung sind.
4. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unter- legscheiben einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwi- schenelement (3) eine Trägerschicht aus elektrisch nichtleitendem Material aufweist .
6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht aus einer Folie aus einem Kunststoff oder aus einer keramischen Schicht besteht oder diese enthält .
7. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die e- lektrischen Kontakte (6) und/oder elektrischen Koppelelemente (8) als elektrisch leitende Be- schichtung auf der Trägerschicht aufgebracht sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elekt- rischen Kontakte (6) und/oder elektrischen Koppelelemente (8) als Leiterbahnen ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwi- schenelement (3) eine Metallfolie als Trägerschicht enthält.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (3) auf einer Oberfläche eines der beiden Bau- teile angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement in Dünnschichttechnik auf einer Oberfläche eines der beiden Bauteile angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (6) die Form von Ringen, Kreissegmenten oder dergleichen aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kop- pelstrukturεn (S) als elektrische Ableitungen, Laschen (16) , Stecker, Buchsen und/oder als e- lektromagnetische Antennen ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den beiden flächigen Bauteilen (1, 2) und/oder auf dem Zwischenelement (3) weitere Sensoren angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Sensoren in Dünnschichttechnik auf der Oberfläche der flachen Bauteile (1, 2) oder der Zwischenschicht (3) angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Sensoren einen Temperatursensor enthalten.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor und/oder der Temperatursensor eine Schicht aus diamantartigem Kohlenstoff aufweisen oder daraus bestehen.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Bauteiloberfläche ein Kraftsensor und ein Temperatursensor angeordnet ist, wobei der Kraftsen- sor in einem kraftschlüssigen Bereich zwischen benachbarten Bauelementen angeordnet ist und der Temperatursensor in einem Bereich ohne Kraft- Schluss zwischen benachbarten Bauelementen angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zwischenelement (3) ein Temperatursensor angeordnet ist, wobei der Temperatursensor in einem Bereich ohne Kraftschluss zwischen benachbarten Bauelementen angeordnet ist .
20. Verfahren zur Kontrolle einer kraftschlüssigen Verbindung zweier Körper, dadurch gekennzeichnet, dass im kraftschlüssigen Verbindungsbereich zwischen den zwei Körpern eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet wird und über die Koppelelemente (8, 12) die Signale der Sensoren ausgelesen und anschließend verarbeitet werden.
21. Verwendung einer Vorrichtung und/oder eines Ver- fahrens zur Kontrolle der Verbindung zwischen zwei Körpern, insbesondere der Kontrolle einer Schraub- oder Nietverbindung.
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