DE102013012772A1 - Clamping device for optimizing the sail trim - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zum messbaren Verspannen von Elementen wie Bolzen, Stäben und/oder Drähten zum Überprüfen und oder Einstellen von Spannkräften. Solche Spannelemente findet man in vielen Bereichen insbesondere auch an sogenannte Wanten und Stagen zum Verspannen von Riggs bei Segelbooten. Die Wanten und Stagen werden mittels Spanneinrichtungen einerseits mit dem Rigg und andererseits mit dem Rumpf eines Bootes verbunden. Die Stellung des Riggs sowie die anliegenden Spannungen an den Aufnahmen der Wanten und Stagen beeinflussen den Segeltrimm und müssen abhängig von den Segeln, der Stärke des Windes und der zu segelnden Kurse ständig variiert und überprüft werden, um die Bootsgeschwindigkeit zu optimieren.The invention relates to a clamping device for the measurable clamping of elements such as bolts, rods and / or wires for checking and / or setting of clamping forces. Such clamping elements can be found in many areas in particular to so-called shrouds and posts for bracing rigging in sailboats. The shrouds and stands are connected by means of clamping devices on the one hand to the rigging and on the other hand to the hull of a boat. The position of the rig, as well as the applied stresses on the shrouds' shafts, influence the sail trim and must be constantly varied and checked depending on the sails, the strength of the wind and the courses to be sailed to optimize boat speed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der GB2228093 ist ein Spannschloss bekannt, dass aus einem Rahmen besteht und parallel beabstandete Seitenarme hat. An den Endseiten sind jeweils Gewindebohrungen. Die Drehrichtungen der endseitigen Gewindebohrungen sind gegenläufig. Das Spannschloss ist mit zwei Dehnmessstreifen an den Innenseiten der beiden Seitenarme bestückt. Es wird die Zugspannung der Seitenarme gemessen. Die Dehnmessstreifen sind mittels Kabeln an einem Stecker verbunden, an welchen eine Anzeige mit integrierter Auswerteeinheit anschließbar ist. Um zum Beispiel ein Rohr zu spannen wird das Spannschloss zwischen einer festen Struktur und einem zu spannenden Rohr oder Stange angeordnet. Beim Drehen des Spannschlosses wird Spannung zwischen einer feststehenden Struktur und einem Rohr oder einer Stange aufgebaut. Die mit einer Anzeigeeinheit ausgegeben Messwerte werden zum Einstellen oder Überprüfen der vorgegebenen Spannungswerte herangezogen.From the GB2228093 a turnbuckle is known that consists of a frame and has parallel spaced side arms. There are tapped holes on each end. The directions of rotation of the end threaded holes are opposite. The turnbuckle is equipped with two strain gauges on the inner sides of the two side arms. The tension of the side arms is measured. The strain gauges are connected by cables to a plug to which a display with integrated evaluation unit can be connected. For example, to tighten a pipe, the turnbuckle is placed between a fixed structure and a pipe or bar to be clamped. Turning the turnbuckle creates tension between a fixed structure and a pipe or bar. The measured values output with a display unit are used for setting or checking the specified voltage values.

Nachteile Stand der TechnikDisadvantages state of the art

Der Nachteil solch einer Messeinrichtung ist, dass die eigentliche Grundkontur des Spannschlosses beibehalten wurde und die Dehnungsmessstreifen lediglich auf die Innenseiten der Seitenarme aufgebracht wurden. Es ist keine für diese Zwecke speziell geeignete Wägezelle vorgeschlagen, mit einer für diese Messaufgabe geeigneten Kontur und einfach zu implementierenden Sensorsysteme.The disadvantage of such a measuring device is that the actual basic contour of the turnbuckle has been retained and the strain gauges have been applied only to the insides of the side arms. There is no proposed specifically for this purpose load cell, with a suitable for this measurement task contour and easy-to-implement sensor systems.

Aufgabetask

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Wägezelle mit einer für diese Aufgabe geeigneten Federkontur und einfach einbringbaren Sensorsystemen zu entwickeln.The object of the invention is therefore to develop a load cell with a spring contour suitable for this task and easily insertable sensor systems.

Lösung:Solution:

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spanneinrichtung zum messbaren Verspannen von Elementen wie Bolzen, Stäben und/oder Drähten mit endseitigen Innen- bzw. Außengewinden wie folgt aufgebaut ist:
Zwei Gewindehülsen bzw. Gewindebolzen mit jeweils gegenläufigen Gewinden sind axial beabstandet und achsensymmetrisch zueinander angeordnet und mittels mindestens zwei Stegen miteinander verbunden, so dass beim Drehen der Spanneinrichtung die gegenüberliegenden zu ver- Bzw. entspannenden Elemente in die Gewinde ein- Bzw. ausdrehen. Hierbei werden Spannkräfte aufgebaut oder das System wieder entspannt. Die bereichsweise biegeelastischen Stege der Spanneinrichtung sind in der Weise geformt, dass sich beim Verspannen die biegeelastischen Stege zueinander messbar verformen. Es entsteht eine messbare Relativbewegung zwischen den Stegen. Der Abstand der Stege im Bereich der biegeelastischen Verformung verringert sich, wenn eine Zugspannung aufgebracht wird.
Die bei einer Krafteinleitung gegen die Federwirkung resultierenden Auslenkungen werden mittels geeigneter Wegmess-, oder Dehnmessverfahren in zur Kraft proportionalen Messgrößen gewandelt.
Die Rohdaten der Sensoren oder die bereits gewandelten Messgrößen können direkt an der Spanneinrichtung ausgewertet und mittels Display angezeigt werden oder mittels Datenlogger zum späteren Auslesen gespeichert werden. Die gespeicherten Messdaten können zyklisch mittels RFID oder telemetrisch oder mittels elektrischem Steckverbinder an eine Auswertestation übertragen und angezeigt werden.
The object is achieved in that the clamping device for measurable clamping of elements such as bolts, rods and / or wires with end-side internal or external threads is constructed as follows:
Two threaded sleeves or threaded bolts, each with opposing threads are axially spaced and arranged axially symmetrical to each other and connected to each other by means of at least two webs, so that when turning the clamping device, the opposite to each other. relaxing elements in the thread unscrew. This clamping forces are built or the system relaxed again. The partially flexurally elastic webs of the clamping device are shaped in such a way that, during clamping, the flexurally elastic webs deform measurably relative to one another. The result is a measurable relative movement between the webs. The distance between the webs in the area of flexural elastic deformation decreases when a tensile stress is applied.
The deflections resulting from an introduction of force against the spring action are converted by means of suitable displacement measuring or strain-measuring methods into measurement quantities proportional to the force.
The raw data of the sensors or the already converted measured variables can be evaluated directly at the clamping device and displayed by means of a display or saved by means of a data logger for later read-out. The stored measurement data can be transmitted and displayed cyclically by means of RFID or telemetry or by means of an electrical plug connector to an evaluation station.

Vorteile der LösungAdvantages of the solution

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.Advantageous embodiments or developments of the invention will become apparent from the features of the subclaims.

Eine einstöckige Ausführung der bereichsweise biegeelastischen Stege mit den biegesteifen endseitigen Gewindeaufnahmen als Krafteinleitungsbereiche und Radien an den Übergangsbereichen zur Reduzierung der Spannungsspitzen, hat sich als besonders geeignet gezeigt. Eine minimale Hysterese ist so erreichbar. Es sind mindestens zwei Federstege als Federkontur vorzusehen, um eine symmetrische Biegung der Stege und der gesamten Wägezelle zu erreichen. Die Stege sind vorteilhaft nach außen gewölbt, sodass beim Einleiten der Spannkräfte im Bereich der größten Außenwölbung der Stege die Kraftkomponente senkrecht zur Kreislinie der Wölbung am größten ist. Im Bereich der größten Außenwölbung der Stege ist die Verformung der Stege zueinander auch am größten. Vorteilhaft befinden sich auch die Erhebungen zur Aufnahme der Messmittel in dem Bereich der maximalen Verformung an sich gegenüberliegenden Stegen. Da der messbare Weg sehr klein ist kann hier die maximal mögliche Auflösung erreicht werden. Durch die Verwendung von mindestens zwei symmetrisch angeordneten, nach außen gewölbten Stegen zwischen endseitigen biegesteifen Gewindeaufnahmen als Krafteinleitungsbereiche kann die messbare Relativbewegung der Stege vorgegeben werden, so dass die in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft und dadurch verursachten Auslenkung mit großer Präzision einen Rückschluss auf die zu messende Kraft erlauben. Es werden nahezu nur Kräfte entlang der Symmetrielinie zwischen den beiden Aufnahmegewinden der Krafteinleitungsbereiche gemessen. Die Geometrie der außengewölbten Stege erlauben nur Bewegungen verursacht durch Kräfte in Richtung der genannten Symmetrielinie. Aus Krafteinleitungen anderer Richtungen resultieren im Wesentlichen keine Relativbewegungen an den Sensorelementen. Ungewollte Verspannungen oder Kraftrichtungen werden somit kaum gemessen. Spanneinrichtungen mit drei Stegen, gleichmäßig am Umfang verteilt, haben die größte Steifigkeit gegenüber Kraftrichtungen abweichend der Richtung der Symmetrielinie. Allerdings sind Fertigungsbedingt drei Stege schwer herstellbar. Bei einer gleichmäßigen Verteilung der Stege am Unfang befinden sich keine Stege direkt gegenüberliegend. Zur Ermittlung der Bewegung der Stege zueinander ist es vorteilhaft eine Linearbewegung zweier gegenüberliegender Stege zu messen. Versuche haben gezeigt, dass zwei Stege jeweils gegenüber angeordnet mit ausreichender Breite versehen ebenfalls genügend steif gegenüber ungewollter Verformungen aufweisen. Die Steifigkeit hängt von der Breite der Stege ab. Es ist auch möglich je zwei Stege gegenüberliegend anzuordnen. Die Breite kann so bei optimaler Materialausnutzung vergrößert werden.A single-storey version of the partially flexible webs with the rigid end-side threaded seats as force application areas and radii at the transition areas to reduce the voltage spikes has been found to be particularly suitable. A minimal hysteresis is so accessible. There are at least two spring bars provided as a spring contour in order to achieve a symmetrical bending of the webs and the entire load cell. The webs are advantageously arched outwards, so that when introducing the clamping forces in the region of the largest outer curvature of the webs, the force component perpendicular to the circle of the curvature is greatest. In the area of the largest outer curvature of the webs, the deformation of the webs to each other is also greatest. Advantageously, the elevations for receiving the measuring means are in the range of maximum deformation at opposite webs. Since the measurable path is very small, the maximum possible resolution can be achieved here. By using at least two symmetrically arranged, outwardly arched webs between end-side rigid threaded receptacles as force introduction regions, the measurable relative movement of the webs can be specified, so that depending on the applied force and thereby caused deflection with great precision a conclusion to be measured Allow power. Almost only forces along the line of symmetry between the two receiving threads of the force application areas are measured. The geometry of the externally arched webs allow only movements caused by forces in the direction of called symmetry line. The introduction of force from other directions essentially results in no relative movements on the sensor elements. Unintentional tension or force directions are thus hardly measured. Clamping devices with three webs, distributed uniformly around the circumference, have the greatest rigidity with respect to force directions deviating from the direction of the symmetry line. However, due to manufacturing three webs are difficult to produce. With a uniform distribution of the webs at the beginning no webs are directly opposite. To determine the movement of the webs to each other, it is advantageous to measure a linear movement of two opposing webs. Experiments have shown that two webs each arranged opposite with sufficient width also have enough stiff against unwanted deformations. The rigidity depends on the width of the webs. It is also possible to arrange two webs opposite each other. The width can be increased with optimal material utilization.

Die Konturen der Federstege können in ihrem Verlauf, den bei Belastung anliegenden Spannungen entsprechend, variierende Stegbreiten und Stegdicken sowie unterschiedliche Anschlussradien aufweisen. Es werden auf diese Weise erhöhte Spannungen an einzelnen Bereichen der Stege vermieden und eine optimale Materialausnutzung kann so erreicht werden.The contours of the spring bars may have in their course, the voltage applied under load corresponding to varying land widths and web thicknesses and different connection radii. It can be avoided in this way increased stresses on individual areas of the webs and optimal material utilization can be achieved.

Zur Messung der Relativbewegung der Federkonturen zueinander sind unterschiedliche Wegmessverfahren möglich. im Bereich der maximalen Verformungen der bereichsweise biegeelastischen Stege wird mindestens eine Erhebung vorgesehen, welche eine Messung der Relativbewegung mittels wenigstens einem Wegsensor ermöglicht und diese Relativbewegung annähernd der Spannkraft entspricht. Mittels der speziell geformten Erhebungen können die Sensorelemente auf einfache Art und Weise aufeinander abgestimmt werden. Als erste Lösung sind die Erhebungen der Stege in der Weise ausgebildet, dass sich die an den Enden der Erhebungen applizierten Sensorelemente mit geringem Abstand unabhängig berührungslos aneinander vorbei bewegen können. Zur Messung der Bewegung wird an einer ersten Erhebung des ersten Steges ein Magnetfeldmesselement appliziert und an einer zweiten Erhebung eines zweiten Steges ein Magnet angebracht. Der Magnet und der Sensor werden zueinander ausgerichtet. Auf diese Weise ist es möglich die Verschiebung des Magneten und somit die resultierende Änderung des Magnetfeldes in Relation zum Magnetfeldmesselement zu messen. Es ist ebenfalls möglich mit nur einer Erhebung auf einem der Stege die Sensorelemente so anzuordnen, dass eine Bewegung des Magneten relativ zum Magnetfeldmesselement in geringem Abstand erfolgt. Da wir nur sehr kleine Bewegungen messen, ist der Abstand zwischen dem Magneten und dem Magnetfeldmesselement sehr klein zu wählen, um ein großes Delta des zu messenden Magnetfeldes und damit verbunden eine hohe Auflösung zu erhalten. Grundsätzlich ist bei der Magnetfeldmesselement-Magnetanordnung eine Abschirmung gegen äußere Magnetfelder vorzusehen. Dies könnte ein geschlossener aus Ferritmaterial bestehender Ring sein, der die Magnetfeldmesselement Anordnung umschließt. Als weiteres Sensorsystem könnte auch ein induktives Messverfahren eingesetzt werden. In einer ersten Erhebung eines ersten Steges wird eine Spule eingebettet. Ein Eisenkern taucht in die Spule ein und ist an einer zweiten Erhebung eines zweiten Steges angebracht. Auch dieses Messverfahren kommt mit einer Erhebung aus. Die Spule oder der Eisenkern kann direkt an oder in eine Bohrung des ersten Steges appliziert werden. Das zweite Sensorelement, also der Eisenkern oder die Spule wird an eine Erhebung des zweiten Steges angebracht und in der Weise aufeinander abgestimmt, dass der Eisenkern in die Spule eintaucht. Ein kapazitives Wegmessverfahren wäre ebenfalls einsetzbar. Es ist auch möglich mittels mindestens einem Dehnungs-Mess-Streifens an einem oder mehreren Stegen aufgebracht, die Biegung der Stege zu messen und anhand dessen die Randfaserspannung der Stege zu ermitteln und somit auf die Spannkraft zu schließen. Hiermit würde indirekt die Bewegung der Stege zueinander gemessen.To measure the relative movement of the spring contours to each other different Wegmessverfahren are possible. In the region of the maximum deformations of the partially elastic webs, at least one elevation is provided, which allows a measurement of the relative movement by means of at least one displacement sensor and this relative movement approximately corresponds to the tension force. By means of the specially shaped elevations, the sensor elements can be matched to one another in a simple manner. As a first solution, the elevations of the webs are formed in such a way that the applied at the ends of the surveys sensor elements with a small distance can move independently without contact past each other. To measure the movement, a magnetic field measuring element is applied to a first elevation of the first web and a magnet is attached to a second elevation of a second web. The magnet and the sensor are aligned with each other. In this way it is possible to measure the displacement of the magnet and thus the resulting change in the magnetic field in relation to the magnetic field measuring element. It is also possible with only one survey on one of the webs to arrange the sensor elements so that a movement of the magnet takes place relative to the magnetic field measuring element at a small distance. Since we measure only very small movements, the distance between the magnet and the magnetic field measuring element is to be chosen very small in order to obtain a large delta of the magnetic field to be measured and, associated therewith, a high resolution. Basically, a shield against external magnetic fields is provided in the magnetic field measuring element magnet arrangement. This could be a closed ferrite material ring enclosing the magnetic field sensing element array. As a further sensor system, an inductive measuring method could also be used. In a first survey of a first web, a coil is embedded. An iron core dives into the coil and is attached to a second elevation of a second land. This measurement method comes with a survey. The coil or the iron core can be applied directly to or into a bore of the first web. The second sensor element, so the iron core or the coil is attached to a survey of the second web and matched in such a way that the iron core is immersed in the coil. A capacitive path measuring method would likewise be usable. It is also possible by means of at least one strain-measuring strip applied to one or more webs, to measure the bending of the webs and based on which to determine the edge fiber tension of the webs and thus to close the clamping force. This indirectly measures the movement of the webs relative to one another.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die gegen die Federwirkungen möglichen Stegbewegungen durch Endanschläge begrenzt sind. Durch solche Endanschläge werden zu große Auslenkungen der federnden Stege verhindert. Eine Beschädigung der Stege infolge übermäßiger Krafteinwirkung sowie eine Dejustierung des Messsystems kann so mit einfachen Mitteln vermieden werden. Eine Überlastung der Federstege kann beispielsweise durch einen mechanischen Anschlag zwischen den Stegen verhindert werden. Es können auch ein oder beide Erhebungen der Stege an die gegenüberliegenden Seite geformt werden sodass ein geringer Spalt und somit der Federweg begrenzt wird. Ein Spalt verringerndes Bauteil könnte herstellungsbedingt erforderlich sein.Advantageously, it is provided that the possible against the spring effects web movements are limited by end stops. By such stops too large deflections of the resilient webs are prevented. Damage to the webs due to excessive force and a misalignment of the measuring system can be avoided with simple means. An overload of the spring bars can be prevented for example by a mechanical stop between the webs. One or both elevations of the webs can be formed on the opposite side so that a small gap and thus the spring travel is limited. A gap-reducing component could be required due to the production.

Es gibt ein breites Einsatzspektrum solcher Spanneinrichtungen mit integrierten Wägezellen, zum Messen der Verspannungen von Drahtseilen oder Stäben. Zum Beispiel beim Verspannen von Bauwerksteilen oder Maschinenelementen mit großer statischer Relevanz. Die Spanneinrichtungen können zum erstmaligen Einstellen der vorgegebenen Spannungen oder zum Kontrollieren der Spannungen über die Zeit verwendet werden.There is a wide range of applications of such clamping devices with integrated load cells, for measuring the tension of wire ropes or rods. For example, when bracing building parts or machine elements with high static relevance. The tensioners may be used to initially set the predetermined voltages or to control the voltages over time.

Eine weitere Anwendung ist das messbare Spannen von Wanten und Stagen bei Segelbooten, zum Einstellen, überprüfen und Optimieren der Riggspannungen. Die Wanten und Stagen werden mittels Spanneinrichtungen einerseits mit dem Rigg und andererseits mit dem Rumpf eines Bootes verbunden. Die Stellung des Riggs sowie die anliegenden Spannungen an den Aufnahmen der Wanten und Stagen beeinflussen den Segeltrimm und müssen abhängig von den Segeln der Stärke des Windes und der zu segelnden Kurse ständig variiert und überprüft werden. Man kann auf diese Weise die Bootsgeschwindigkeit optimieren.Another application is the measurable tensioning of shrouds and stays in sailboats, for setting, checking and optimizing the rigging stresses. The shrouds and posts will be connected by means of clamping devices on the one hand with the rig and on the other hand with the hull of a boat. The position of the rig, as well as the applied stresses on the shrouds and stays, affect the trim of the sail and must be constantly varied and checked depending on the sails of the strength of the wind and the courses to be sailed. You can optimize the boat speed in this way.

Die Anforderungen an die Bereitstellung und Visualisieren der Messdaten ist sehr unterschiedlich. Beim erstmaligen Einstellen der geforderten Spannungswerte ist es vorteilhaft, dass die Anzeige der gemessenen Spannungswerte direkt oder in der Nähe der Spanneinheit erfolgt. Es kann beim Drehen der Spanneinheit direkt die Spannkraft abgelesen und korrigiert werden. Später dient die Spannkraftmesseinrichtung lediglich zum Kontrollieren der Spannkräfte. Eine Auswerte und Anzeigeeinheit direkt an der Spanneinrichtung wird nicht mehr benötigt. Die Auswerte und Anzeigeeinheit würde auch durch Umwelteinflüsse, wie Salzwasser, besonders beim Segeln leiden.The requirements for the provision and visualization of the measurement data varies considerably. When setting the required voltage values for the first time, it is advantageous for the measured voltage values to be displayed directly or in the vicinity of the clamping unit. It can be read and corrected directly when turning the clamping unit, the clamping force. Later, the clamping force measuring device only serves to control the clamping forces. An evaluation and display unit directly on the clamping device is no longer needed. The evaluation and display unit would also suffer from environmental influences, such as salt water, especially when sailing.

Zur Lösung der vielfältigen Aufgaben an die Auswerte und Anzeigeeinheit werden unterschiedliche Konfigurationen vorgeschlagen. Zum direkten Ankoppelung der Auswerte und Anzeigeeinheit an die Spanneinrichtung wird ein Steckverbinder vorgeschlagen. Die Auswerte und Anzeigeeinheit kann wahlweise mit der Spanneinrichtung verbunden werden. Vorteilhaft wäre, wenn innerhalb der Spanneinheit ein Datenlogger und eine Versorgung mittels Akku oder der Anschluss an eine sonstige Stromversorgung vorgesehen ist. Der Spannungsverlauf der miteinander verspannten Elemente über die Zeit kann zyklisch durch zeitweise Anschluss der Auswerte und Anzeigeeinheit ausgelesen werden.To solve the many tasks to the evaluation and display unit different configurations are proposed. For direct coupling of the evaluation and display unit to the clamping device, a connector is proposed. The evaluation and display unit can optionally be connected to the clamping device. It would be advantageous if a data logger and a supply by means of rechargeable battery or the connection to another power supply is provided within the clamping unit. The voltage curve of the clamped elements over time can be cyclically read by temporarily connecting the evaluation and display unit.

Eine weitere besonders vorteilhafte Lösung wäre eine telemetrische Übermittlung der Messdaten von der Spanneinheit zur Auswerte und Anzeigeeinheit. In der Spanneinheit müsste ebenfalls eine Batterie oder der Anschluss an eine sonstige Stromversorgung vorgesehen sein, um die Messdaten für eine drahtlose Übertragung vorzubereiten und die Messdaten zu versenden. Es wäre ebenfalls möglich mittels RFID die Daten aus der Spanneinheit auszulesen.Another particularly advantageous solution would be a telemetric transmission of the measured data from the clamping unit to the evaluation and display unit. A battery or connection to another power supply would also have to be provided in the clamping unit in order to prepare the measured data for a wireless transmission and to send the measured data. It would also be possible to read out the data from the clamping unit by means of RFID.

Die Auswerte und Anzeigeeinheit kann unter anderen auch ein PC, Laptop, Navigationsgerät oder ein Smartphone sein.The evaluation and display unit can be, among other things, a PC, laptop, navigation device or a smartphone.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.Embodiments of the invention will be explained in more detail, which are illustrated in the drawing.

Es zeigt:It shows:

1 3D Ansicht einer Spanneinheit mit Magnetfeldmesselement Anordnung 1 3D view of a clamping unit with magnetic field measuring element arrangement

2 3D Ansicht einer Spanneinheit mit Magnetfeldmesselement Anordnung 2 3D view of a clamping unit with magnetic field measuring element arrangement

3 Seitenansicht der Spanneinheit mit Magnetfeldmesselement Anordnung 3 Side view of the clamping unit with magnetic field measuring element arrangement

4 Schnittansicht durch die Magnetfeldmesselement Anordnung 4 Sectional view through the magnetic field measuring element arrangement

5 3D Ansicht einer Spanneinheit mit Magnetfeldmesselement-Magnet Anordnung und einseitig angeschraubter Erhebung 5 3D view of a clamping unit with magnetic field measuring element magnet arrangement and elevation screwed on one side

6 Seitenansicht der Spanneinheit mit induktiven Messsystem 6 Side view of the clamping unit with inductive measuring system

7 Seitenansicht der Spanneinheit mit Dehnmessstreifen 7 Side view of the clamping unit with strain gauges

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Spanneinrichtungtensioning device
22
MagnetfeldmesselementMagnetic field sensing element
33
Magnetenmagnets
44
Gewindeaufnahmenthreaded mounts
55
Gewindebohrungenthreaded holes
6a, 6b, 6c, 6d6a, 6b, 6c, 6d
Stege/FederstegeStege / spring bars
7a, 7b7a, 7b
Erhebungsurvey
88th
Schlitzslot
99
StabRod
1010
Madenschraubegrub screw
1111
Gewindebohrungthreaded hole
1212
Bohrungdrilling
1313
Nutgroove
1818
Radienradii
BB
Kraftpfeileforce arrows
AA
Richtungdirection
1919
Schlüsselflächenkey areas
2020
Abstanddistance
2121
Platteplate
2222
SpuleKitchen sink
2323
Eisenkerniron core
2424
DehnmessstreifenStrain

1 und 2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer Spanneinrichtung 1 mit Magnetfeldmesselement 2 und Magneten 3. Endseitig sind zwei Gewindeaufnahmen 4 mit Gewindebohrungen 5 und je gegenläufiger Gewindesteigung. Die Gewindeaufnahmen 4 werden mittels vier federnden Stegen 6a, 6b, 6c, 6d verbunden. An jeweils zwei der Stege sind angeformte Erhebungen 7a und 7b, welche die Sensorelemente aufnehmen. An einem Steg befindet sich ein Magnetfeldmesselement 2 und an dem anderen Steg ein Magnet 3. Die gegenüberliegenden Erhebungen 7 bewegen sich, bei Lasteinwirkung, ohne sich zu berühren in geringem Abstand aneinander vorbei. Um die Erhebungen 7a und 7b der Stege 6a und 6b sowie 6c und 6d voneinander zu trennen wurden mit einem dünnen Tellerfräser die Stege 6a und 6b und die beiden Erhebungen 7a und 7b voneinander getrennt, sodass ein Schlitz 8 entsteht. In 1. sieht man die Erhebung 7b, welche den Magneten 3 aufnimmt. Der Magnet 3 ist am Ende eines Stabes 9 angebracht. Der Stab 9 wiederum befindet sich in einer Bohrung der Erhebung 7b, sodass der Stab 9 mit dem Magneten 3 zum gegenüberliegenden Magnetfeldmesselement 2 hin verschiebbar und verdrehbar angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Ausrichtung des Magneten 3 zum Magnetfeldmesselement 2 auf einfache Weise erfolgen. Der Stab 9 wird mittels einer Madenschraube 10 fixiert. Zur Herstellung der Gewindebohrung 11 ist ebenfalls in dem benachbarten Steg eine Bohrung 12 angebracht. Diese Bohrung 12 ermöglicht es auch einen Schraubendreher durch die Bohrung 12 zu stecken und auf einfache Weise die Madenschraube 10 anzuziehen, um den Stab 9 zu fixieren. In 2 Sieht man den zweiten Steg 6c und 6d mit der Erhebung 7a auf welchem das Magnetfeldmesselement 2 in einer Nut 13 verschiebbar zum Magneten 3 angeordnet ist. Nach dem Ausrichten des Magnetfeldmesselementes 2 zum Magneten wird das Magnetfeldmesselement 2 in der Nut 13 fixiert. Er kann mittels Kleber und Vergussmasse mit der Nut 13 verbunden werden. Die Übergänge zwischen den endseitigen Gewindeaufnahmen 4 der Gewindebohrungen 5 und der Stege 6a, 6b sowie 6c, 6d sind mit Radien 18 versehen. Dadurch werden beim Einleiten von Lasten Spannungsspitzen vermieden. Wenn Spannungen in Richtung der Kraftpfeile B eingeleitet werden, dann resultiert eine Bewegung in Richtung A. Es entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Magnetfeldmesselement 2 und dem Magneten 3. Die damit resultierende Veränderung des Magnetfeldes wird von dem Magnetfeldmesselement gemessen und als analoges oder digitales Messsignal an die Auswerteeinheit ausgegeben. Die Stege 6 sind nach außen gewölbt, sodass sich beim Einleiten der Kräfte in Richtung der Kraftpfeile B auch ein Kraftvektor in Richtung A ergibt und sich eine Relativbewegung der gegenüberliegenden Stege 6 zueinander ergibt. 1 and 2 shows a three-dimensional view of a clamping device 1 with magnetic field measuring element 2 and magnets 3 , At the end are two threaded holes 4 with threaded holes 5 and each opposite thread pitch. The threaded holes 4 be by means of four resilient webs 6a . 6b . 6c . 6d connected. At each of the two webs are formed elevations 7a and 7b which receive the sensor elements. At a web is a magnetic field measuring element 2 and at the other bridge a magnet 3 , The opposite elevations 7 move, with load effect, without touching each other at close range past. To the surveys 7a and 7b of the bridges 6a and 6b such as 6c and 6d to separate from each other were with a thin Tellerfräser the webs 6a and 6b and the two surveys 7a and 7b separated so that a slot 8th arises. In 1 , you see the survey 7b which the magnet 3 receives. The magnet 3 is at the end of a staff 9 appropriate. The rod 9 in turn is located in a bore of the survey 7b so the rod 9 with the magnet 3 to the opposite magnetic field measuring element 2 is slidably disposed and rotatable. In this way, the orientation of the magnet 3 to the magnetic field measuring element 2 done in a simple way. The rod 9 is by means of a grub screw 10 fixed. For making the threaded hole 11 is also in the adjacent bridge a hole 12 appropriate. This hole 12 It also allows a screwdriver through the hole 12 to stick and in a simple way the grub screw 10 Attract to the bar 9 to fix. In 2 Do you see the second bridge? 6c and 6d with the survey 7a on which the magnetic field measuring element 2 in a groove 13 slidable to the magnet 3 is arranged. After aligning the magnetic field measuring element 2 the magnet becomes the magnetic field measuring element 2 in the groove 13 fixed. He can by means of adhesive and potting compound with the groove 13 get connected. The transitions between the end-side threaded holes 4 the threaded holes 5 and the bridges 6a . 6b such as 6c . 6d are with radii 18 Mistake. As a result, voltage peaks are avoided when discharging loads. When voltages are introduced in the direction of the force arrows B, then results in a movement in the direction A. There is a relative movement between the magnetic field measuring element 2 and the magnet 3 , The resulting change in the magnetic field is measured by the magnetic field measuring element and output as an analog or digital measurement signal to the evaluation unit. The bridges 6 are arched outwards, so that when initiating the forces in the direction of the force arrows B and a force vector in the direction A results and a relative movement of the opposite webs 6 gives each other.

3. Zeigt eine Seitenansicht der Spanneinrichtung 1 mit Magnetfeldmessanordnung. Die gewölbte Form der Stege und die Radien 18 zur Reduzierung der Spannungsspitzen sind hier gut zu sehen. Im Bereich der Gewindeaufnahmen 4 der beiden gegenläufigen Gewindebohrungen 5 sind Schlüsselflächen 19 angebracht. Mithilfe eines passenden Schraubenschlüssels kann die Spanneinrichtung 1 in die Gewindebolzen der zu verspannenden Elemente ein bzw. ausgedreht werden. Es ist vorteilhaft, die Schlüsselflächen 19 gleichzeitig mittels eines speziellen Schraubenschlüssels zu verdrehen. Es wird damit verhindert, dass die Spanneinheit beim ein bzw. ausdrehen in die Gewindebolzen in sich verdreht wird und die Messtoleranzen somit vergrößert werden. Beim gleichzeitigen Verdrehen der oberen und der unteren Schraubenflächen entstehen keinerlei Torsionen innerhalb der Spanneinheiten. 3 , Shows a side view of the clamping device 1 with magnetic field measuring arrangement. The arched shape of the webs and the radii 18 to reduce the voltage peaks are easy to see here. In the field of threaded receptacles 4 the two opposing threaded holes 5 are key areas 19 appropriate. With the help of a suitable wrench, the clamping device 1 in or out of the threaded bolts of the elements to be clamped. It is beneficial to the key areas 19 at the same time using a special wrench to twist. It is thus prevented that the clamping unit is rotated when turning in or out in the threaded bolt in itself and the measurement tolerances are thus increased. At the same time twisting of the upper and the lower screw surfaces, no torsions arise within the clamping units.

4 Zeigt eine Schnittansicht durch die Magnetfeldmessanordnung. Hier kann man den Stab 9 mit dem eingebrachten Magneten 3 und dem verschiebbaren Magnetfeldmesselement 2 sehr deutlich sehen, Durch die Bohrung 12 wird der Stab 9 mit dem Magneten 3 geschoben und der Abstand 20 sowie die Winkellage des Magneten 3 ist zum Magnetfeldmesselement 2 justierbar. Mittels der Madenschraube 10 wird dann der Stab 9 fixiert. Das Magnetfeldmesselement 2 wird in die Nut 13 eingelegt und zu dem Magnetfeld des Sensors ausgerichtet. Mittels Kleber und oder Vergussmasse wird das Magnetfeldmesselement 2 fixiert und geschützt. 4 Shows a sectional view through the magnetic field measuring arrangement. Here you can see the staff 9 with the magnet inserted 3 and the displaceable magnetic field measuring element 2 see very clearly, through the hole 12 becomes the staff 9 with the magnet 3 pushed and the distance 20 as well as the angular position of the magnet 3 is the magnetic field measuring element 2 adjustable. By means of the grub screw 10 then becomes the staff 9 fixed. The magnetic field measuring element 2 gets into the groove 13 inserted and aligned to the magnetic field of the sensor. By means of adhesive and or potting compound is the magnetic field measuring element 2 fixed and protected.

5 zeigt eine alternative Magnetfeldmesselement-Magnetanordnung. Das Magnetfeldmesselement 2 befindet sich innerhalb einer Nut 9 an dem Stege 6a. Das Magnetfeldmesselement 2 und die Nut 9 liegen unter der Platte 21, sodass sie nicht sichtbar sind. Die Platte 21 erhebt sich von dem Steg 6b aus in Richtung des Magnetfeldmesselement 2. Die Platte 21 und der Steg 6a mit dem Magnetfeldmesselement 2 berühren sich nicht, sodass sie sich frei zueinander bewegen können. Die Erhebungsplatte 21 hat eine Bohrung 12, in welcher der Magnet 3 aufgenommen ist. Hier ist die Platte 21, welche als Erhebung dient seitlich am zweiten Steg 6b angeschraubt. Die Platte 21 als Erhebung ist also nicht direkt an einem der Stege 6 angeformt, sondern angeschraubt. Die Erhebungsplatte 21 mit dem Magneten 3 wird vor dem endgültigen Fixieren zu dem Magnetfeldmesselement 2 hin ausgerichtet. 5 shows an alternative magnetic field measuring element magnet arrangement. The magnetic field measuring element 2 is inside a groove 9 at the footbridge 6a , The magnetic field measuring element 2 and the groove 9 lie under the plate 21 so that they are not visible. The plate 21 rises from the dock 6b out in the direction of the magnetic field measuring element 2 , The plate 21 and the jetty 6a with the magnetic field measuring element 2 do not touch, so they can move freely to each other. The survey plate 21 has a hole 12 in which the magnet 3 is included. Here is the plate 21 , which serves as a survey laterally on the second bridge 6b screwed. The plate 21 as a survey is therefore not directly to one of the webs 6 molded, but screwed. The survey plate 21 with the magnet 3 becomes the magnetic field measuring element before the final fixing 2 aligned.

6 zeigt eine induktive Sensoranordnung. An einer Erhebung 7a des Steges 6a befindet sich eine Spule 22. An einem zweiten Steg 6b ist ein Eisenkern 23 angebracht. Der Eisenkern 23 kann direkt am Steg 6b fixiert sein oder der Eisenkern 23 wird an einer Erhebung 7a des Steges 6b angebracht. Die Erhebung 7a oder der Eisenkern 23 können eingepresst, eingeschraubt oder angeformt sein. Der Eisenkern 23 taucht in die Spule 22 ein und der induzierte Strom entspricht etwa der Relativbewegung zwischen den beiden Stegen 6a und 6b. 6 shows an inductive sensor arrangement. At a survey 7a of the footbridge 6a there is a coil 22 , At a second jetty 6b is an iron core 23 appropriate. The iron core 23 can be right on the jetty 6b be fixed or the iron core 23 is at a survey 7a of the footbridge 6b appropriate. The assessment 7a or the iron core 23 can be pressed in, screwed or molded. The iron core 23 dives into the coil 22 one and the induced current corresponds approximately to the relative movement between the two webs 6a and 6b ,

7 zeigt eine Lösung mit Dehnmessstreifen 24 zum indirekten Messen der Bewegung der Stege 6a, 6b zueinander. Auf den jeweiligen Innenseiten der Stege 6b, 6a, sind Dehnmessstreifen 24 angebracht. Beim Einleiten der Spannungen werden die innenliegenden Randfasern, aufgrund der nach außen gewölbten Form der Stege 6a, 6b gestreckt. Die Stege 6 Bewegen sich dann zueinander. 7 shows a solution with strain gauges 24 for indirectly measuring the movement of the webs 6a . 6b to each other. On the respective insides of the webs 6b . 6a , are strain gauges 24 appropriate. When introducing the stresses, the inner peripheral fibers, due to the outwardly arched shape of the webs 6a . 6b stretched. The bridges 6 Then move to each other.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • GB 2228093 [0001] GB 2228093 [0001]

Claims (10)

Spanneinrichtung 1 zum messbaren Verspannen von Elementen wie Bolzen, Stäben und/oder Drähten mit endseitigen Innen- bzw. Außengewinden bestehend aus: Gewindehülsen bzw. Gewindebolzen mit jeweils gegenläufigen Gewinden, axial beabstandet und achsensymmetrisch angeordnet und mittels mindestens zwei Stegen 6 aneinander verbunden, sodass sich beim Drehen der Spanneinrichtung die gegenüberliegenden zu ver- Bzw. entspannenden Elemente in die Gewinde ein- Bzw. ausdrehen dadurch gekennzeichnet, dass, die bereichsweise biegeelastischen Stege 6 der Spanneinrichtung 1 in der Weise geformt sind, dass sich beim Verspannen der Spanneinrichtung die Stege 6 bereichsweise zueinander messbar verformen.tensioning device 1 for measurably clamping elements such as bolts, rods and / or wires with end-side internal or external threads consisting of: threaded sleeves or threaded bolts, each with opposing threads, axially spaced and arranged axially symmetrically and by means of at least two webs 6 connected to each other, so that when turning the clamping device, the opposite to relaxing elements in the thread turn out, characterized in that, the partially bending elastic webs 6 the clamping device 1 are formed in such a way that when clamping the clamping device, the webs 6 areawise measurable deformation. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stege 6 nach außen gewölbt sind.Clamping device according to claim 1, characterized in that the webs 6 are arched outwards. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg 6 oder mehrere Stege im Bereich der Verformung mindestens eine Erhebung 7 hat, welche eine Messung der Relativbewegung mittels wenigstens einem Wegsensors ermöglicht und diese Relativbewegung annähernd der Spannkraft entspricht.Clamping device according to claim 1, characterized in that a web 6 or more webs in the region of deformation at least one survey 7 has, which allows a measurement of the relative movement by means of at least one displacement sensor and this relative movement corresponds approximately to the clamping force. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Steg 6 und Erhebung 7 ein oder mehrstöckig ausgeführt sein kann.Clamping device according to claim 1, characterized in that the connection between web 6 and survey 7 one or more floors can be executed. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung mittels einer Magnetfeldmesselement-Magnetanordnung gemessen wird.Clamping device according to claim 1 to 3, characterized in that the relative movement is measured by means of a magnetic field measuring element magnet arrangement. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung mittels induktiven oder kapazitiven Messverfahren gemessen wird.Clamping device according to claim 1 to 3, characterized in that the relative movement by means of inductive or capacitive measuring method is measured. Tretkurbel nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der elastischen Stege zueinander mittels der auftretenden Randfaserspannungen gemessen wird und hierfür an mindestens einer Steginnenseite Dehnungsmessstreifen 24 angebracht werden.Pedal crank according to claim 1 and 2, characterized in that the movement of the elastic webs to each other by means of the occurring Randfaserspannungen is measured and for this purpose on at least one web inner side strain gauges 24 be attached. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die gegen die Federwirkung der Stege mögliche Bewegung durch einen Anschlag zwischen den Stegen begrenzt ist.Clamping device according to claim 1, characterized in that the possible against the spring action of the webs movement is limited by a stop between the webs. Spanneinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten zum Trimmen der Wanten-Stagspannungen bei Segelbooten zur Optimierung des Segeltrimms verwendet werden.Clamping device according to claim 1, characterized in that the measurement data for trimming the shroud stakes voltages used in sailboats to optimize the trim trim. Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormessdaten an der Spanneinrichtung mit einer ersten Auswerteelektronik mit oder ohne Anzeigeeinheit verbunden ist und/oder die Messdaten telemetrisch an eine zweite Auswerte- und Anzeigeeinheit übermittelbar sind.Clamping device according to claim 1, characterized in that the sensor measurement data is connected to the clamping device with a first evaluation with or without display unit and / or the measurement data telemetrically to a second evaluation and display unit can be transmitted.
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