[发明专利]含传感器的连接构件和其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种支承结构，其目的是一种连接构件，该构件具有用于检测负荷以及其作用方向的一体化的传感技术，并具有用于输出适于自动化信号处理的测量值的接口。该连接构件例如可以是螺栓、螺杆、螺纹棒、铆钉或地脚螺栓。此外，本发明还涉及通过塑性成型制备该装置的方法。

背景技术

在许多技术领域，如汽车制造或机械制造以及在钢结构中，在连接拉紧时需施加规定的安装力，以确保运行安全。为避免受损或事故，在连接件的整个寿期中需保持足够的预应力。但该预应力会由于运行负荷、温度交变或沉降效应而变化。此外，监测起作用的力特别是横向力对于监控该连接可能是值得追求的。横向力可由横向于连接构件的纵轴的运行负荷而产生。为可对该连接进行全面的负荷监测，必需至少测得轴向力和横向力，需要时还测得其它参量如该测量装置的温度或空气湿度。因为连接构件可用于许多应用中，所以低成本的制造是对这类产品的重要要求。

为确保连接的支承能力，必需定期检测预应力。但在完成拉紧后，要耗费商业上通用的螺栓旋接工具。因此在许多应用领域中，通常是由员工定期维护该装置，而不知在拉紧工具中实际存在的预应力。在此，或利用经验推算的力再拉紧所有的螺栓旋接工具，或是预防性地更换所有的螺栓旋接工具，并经常用规定的紧固力矩来紧固。为避免过多的成本和提高连接的安全性，有利的是可按需要控制维护间隔。时间上呈固定间隔的维护周期的缺点是，该连接会在周期内失效。为可按需要做出响应，需监控该螺栓的轴向力。对此，己知各种监控设备和装置，下面对其进行探讨。

一种以具有任选不同材料的多个单件的加成组合作为特征的差动结构方法在制造耗费和由此产生的成本方面通常是不利的。由技术角度看，基于差动结构方法的原理有许多缺点，其由在力线通量中的许多单件和由此产生的挠性以及由各个构件的制造公差的扩散所引起。

原则上要区别，是否该测量元件或测量设备应检验、监控和/或记录该连接。在各种测量原理中，在利用和制备该连接的过程中要分析测量值。为此，需要源自测量装置的数据传输。自动化的分析能力与该测量设备的输出信号有关。

一些装置可监控变化和预应力。因此在发明DE 000019854062C1中提出，其可外部记录测量值。该发明的缺点是，必需阻断该连接中的产生附加挠性的其它构件，在装配时需特别的措施和耗费，并且结构的复杂性高。

在一般涉及用于测定和/或监控螺栓连接的预应力的装置的WO2011020454A1中，传感器产生与预应力值和/或与预应力变化有关的数据，并可用电子学分析。利用此原理时，该结构表明是不令人满意的，因为需高耗费地相互定位这些构件。

从EP 000001764596A2中己知一种设备，其通过无线电技术传输测量结果。利用已存在的数据接口，这种方法适用于自动化分析。但该测量结构非常昂贵，并由此对成本不利。此外，该设备只限于测量预应力。

US 000004904132A的原理利用光学输出方法：在连接构件内张力变化时，置于螺栓头中的指示元件变色。在此，该连续监控表明是有问题的，并且不适宜于光学上独立的系统。

在DE 000004421959A1中提出以目视控制螺栓装置，由此可不连续地检测该预应力。该解决方案似乎是不适用于连续的和自动化的分析。

在US 020020054809A1中描述的发明基于用盘形弹簧的机械方法监控预应力，并在螺栓失效情况下，其输出光学上可读出的信号。该原理的缺点在于，必需阻断该连接中的产生附加挠性的其它构件，在装配时需要特别的措施和耗费，并且增加了结构的复杂性。

原则上，用于监控连接中的夹紧力的不同的装置可分成三种：使用外设备、在连接中附加元件和检测连接构件内的夹紧力或直接在检测连接构件上的夹紧力。

不仅已知可测量运行中的预应力的设备，而且还已知监控在拉紧过程期间在连接中存在的轴向力的设备。

在发明DE 000019960040A1中，一旦在拉紧过程中达到所需的力，则该所述设备即输出信号。拉紧过程之后再去除该设备，并因此不再提供在连接构件上的测量。

为通过设备监控运行中的夹紧力，从DE 102005002592A1已知一种装置，设装置可检测该旋紧工具的预应力。但该装置不会长期保持安装在螺栓连接上，此外还需操作员。

此外，在EP 000001764596A2中描述了一种安置在螺栓头上的测量设备。基于液压设备和存在于该螺栓内的孔中的与轴向伸长呈比例移动的测量杆来检测应力变化。缺点在于该结构的复杂性以及该设备的尺寸，由此限制了其使用可能性。