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Die Erfindung betrifft einen Kraft-Moment-Sensor für eine Robotikeinheit mit einem einteiligen Trägerkörper, der eine zylindrische Grundform aufweist und mit zwei zueinander parallelen Anschlussscheiben sowie mit mehreren, die Anschlussscheiben einstückig miteinander verbindenden Brückenelementen versehen ist.
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Ein derartiger Kraft-Moment-Sensor ist aus der
EP 0 261 071 A2 bekannt. Der Kraft-Moment-Sensor weist einen Trägerkörper auf, der mit zwei zueinander parallelen Anschlussscheiben versehen ist. Die beiden Anschlussscheiben sind zylindrisch gestaltet und über mehrere polygonale Brückenelemente, die sich axial zwischen den Anschlussscheiben erstrecken, einstückig miteinander verbunden. Die Brückenelemente sind im Bereich entsprechender Außenränder der Anschlussscheiben angeordnet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraft-Moment-Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine hohe Stabilität und eine große Messgenauigkeit miteinander kombiniert.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anschlussscheiben mittels wenigstens einer Verriegelungseinrichtung zusätzlich zu der Verbindung über die Brückenelemente gegeneinander formschlüssig – auf eine Mittellängsachse des Trägerkörpers bezogen – blockierbar sind, wobei die Verriegelungseinrichtung zwischen einer Freigabestellung und einer Blockierstellung steuerbar ist. Die Mittellängsachse des Trägerkörpers entspricht einer Rotationssymmetrieachse der zylindrischen Grundform des Trägerkörpers. Durch die wenigstens eine Verriegelungseinrichtung ist gewährleistet, dass die Anschlussscheiben im Betriebszustand der Robotikeinheit mit hoher Genauigkeit gegeneinander blockiert werden, solange keine Messungen über den Kraft-Moment-Sensor durchgeführt werden. Der Kraft-Moment-Sensor ist daher immer in seinem blockierten, verriegelten Zustand, wenn keine Kraft-Moment-Messungen vorgenommen werden. Entsprechende Dehnmessstreifen, die an dem Trägerkörper angebracht sind, können nach Freigabe der Verriegelungseinrichtung mit besonders hoher Messgenauigkeit Kräfte und Momente zwischen entsprechend angeschlossenen Teilen der Robotikeinheit erfassen, da durch die Verriegelung bzw. Blockierung verhindert wird, dass schnelle Verfahrbewegungen der Robotikeinheit oder unbeabsichtigtes Kontaktieren mit Hindernissen oder Personen im Ruhezustand der Robotikeinheit zu Verformungen des Trägerkörpers führen kann. Die Freigabe erfolgt vorteilhaft lediglich für den Messvorgang. Hierdurch ist eine hochgenaue und sensible Steuerung der Robotikeinheit ermöglicht. Robotikeinheiten im Sinne der Erfindung sind für unterschiedlichste Anwendungsfälle vorgesehen, vorzugsweise für die vollautomatische Herstellung von Industriegütern. In vorteilhafter Weise sind mehr als eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen, die gleichmäßig über einen Umfang des Trägerkörpers verteilt angeordnet sind. Falls erfindungsgemäß lediglich eine einzelne Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, so ist diese vorzugsweise rotationssymmetrisch zu dem Trägerkörper angeordnet.
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In Ausgestaltung der Erfindung weist die Verrieglungseinrichtung einen Hubzylinder auf, der koaxial oder achsparallel zu der Mittellängsachse des Trägerkörpers zwischen den Anschlussscheiben erstreckt ist. Dem Hubzylinder ist ein Antrieb zugeordnet, der vorzugsweise pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch ausgeführt ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hubzylinder an einer Anschlussscheibe befestigt und weist einen Verriegelungskolben auf, der mit einer Verriegelungsmechanik in Wirkverbindung ist, die in verriegeltem Zustand relativ zu der anderen Anschlussscheibe axial formschlüssig arretiert ist. Die Verriegelungsmechanik bewirkt eine Verkeilung oder Verspannung des Verriegelungskolbens mit der anderen Anschlussscheibe. Dabei erfolgt eine Verspannung entweder direkt zwischen Mantelflächen des Verriegelungskolbens und entsprechenden Aufnahmeflächen der Anschlussscheibe, oder indirekt über zusätzliche Teile oder Abschnitte der Verriegelungsmechanik, die zwischen dem Verriegelungskolben und der Anschlussscheibe – auf einen Kraftfluss bezogen – angeordnet sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Trägerkörper von einem zylindrischen Gehäusemantel umschlossen, der axial formschlüssig an einer Anschlussscheibe abgestützt ist. Der Gehäusemantel umschließt den Trägerkörper an seinem Außenumfang koaxial zur Mittellängsachse des Trägerkörpers. Im Bereich einer Anschlussscheibe ist ein Hinterschnitt zwischen Gehäusemantel und Anschlussscheibe vorgesehen, der vorzugsweise umlaufend ausgeführt ist und die axial formschlüssige Abstützung des Gehäusemantels relativ zur Anschlussscheibe gewährleistet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Verriegelungsmechanik mehrere radial bewegliche Verriegelungskörper auf, die durch den Verriegelungskolben beaufschlagbar sind und in verriegeltem Zustand in wenigstens eine komplementäre Aufnahmeprofilierung eines der anderen Anschlussscheibe zugeordneten Aufnahmebereichs eintauchen. Unter der radialen Beweglichkeit ist eine Bewegungskomponente in Radialrichtung relativ zur Mittellängsachse des Trägerkörpers zu verstehen. Diese Bewegungskomponente kann durch axiale Bewegungskomponenten überlagert sein, so dass sich eine schräge Ausrichtung für die Beweglichkeit der Verriegelungskörper ergibt. Die Verriegelungskörper können längs einer geradlinigen oder längs einer gekrümmten Bewegungsbahn verlagert werden. Als Verriegelungskörper sind vorzugsweise Kugeln vorgesehen. Alternativ können Verriegelungskörper mit anderen Geometrien nach Art von Bolzen, Keilen oder Ähnlichem vorgesehen sein. Die wenigstens eine Aufnahmeprofilierung ist bezüglich ihres Querschnitts auf eine entsprechende Außenkontur der Verriegelungskörper abgestimmt. Vorzugsweise sind die bei der Verriegelungsmechanik eingesetzten Verriegelungskörper identisch zueinander gestaltet. Die Aufnahmeprofilierung ist vorzugsweise nutförmig ausgeführt und erstreckt sich über einen gesamten Umfang des Aufnahmebereichs. Alternativ können die Aufnahmeprofilierungen auch als voneinander getrennte Taschen ausgeführt sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Verriegelungskörper als Kugeln gestaltet, und die wenigstens eine Aufnahmeprofilierung ist durch eine Umfangsnut oder durch eine Aufnahmetasche mit insbesondere teilkreisförmigem Querschnitt gebildet. Dies ist eine besonders einfache und funktionssichere Ausführungsform. Unter dem teilkreisförmigen Querschnitt ist ein halbkreisförmiger Querschnitt oder ein Querschnitt zu verstehen, der einen Kreisabschnitt mit einem Winkelbereich von weniger als einem Halbkreis bildet. Alternativ weist die wenigstens eine Aufnahmeprofilierung einen keilnutförmigen Querschnitt auf, der auf den Durchmesser der Kugeln abgestimmt ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufnahmebereich an der Anschlussscheibe befestigt. Der Aufnahmebereich ist vorzugsweise koaxial zu einer Hubachse des Verriegelungskolbens ausgerichtet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufnahmebereich an dem Gehäusemantel vorgesehen. Dabei ist der Verriegelungskolben vorzugsweise derart gestaltet, dass er entsprechende Verriegelungskörper in die Aufnahmeprofilierung des Gehäusemantels hineintreiben kann, um die Verriegelungsstellung zu erreichen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufnahmebereich zumindest abschnittsweise konisch gestaltet und koaxial zu der Mittellängsachse angeordnet, und der Verriegelungskolben ist komplementär konisch gestaltet, ist im verriegelten Zustand in dem Aufnahmebereich zentriert und ist flächenbündig an einer Innenwandung des Aufnahmebereichs abgestützt. In vorteilhafter Weise weist die Innenwandung eine komplementär konische Gestaltung auf, so dass der Verriegelungskolben beim Eintauchen in den Aufnahmebereich sich zwangsläufig axial formschlüssig mit der Innenwandung des Aufnahmebereichs verspannt. Dabei ist die konische Gestaltung des Aufnahmebereichs und des Verriegelungskolbens derart ausgeführt, dass ein Außenmantel des Verriegelungskolbens und die Innenwandung des Aufnahmebereichs sich in Richtung der Verriegelungsstellung verjüngen. Je nachdem, in welche Richtung die konische Verjüngung ausgerichtet ist, werden die Anschlussscheiben in der Verriegelungsstellung auf Druck oder auf Zug belastet. Über Zugbelastungen der Anschlussscheiben sind vorteilhaft höhere Verriegelungskräfte erzielbar als über Druckbelastungen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hubzylinder druckmittelbeaufschlagt, insbesondere pneumatisch beaufschlagt. Die pneumatische Beaufschlagung definiert einen pneumatischen Antrieb für den Hubzylinder.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verriegelungskolben durch eine Druckfeder in Blockierrichtung hubbeweglich, die den Verriegelungskolben insbesondere bei einem Druckmittelausfall in seiner Blockierstellung sichert. Als Druckfeder ist vorzugsweise eine Schraubenfeder vorgesehen, die in einem Zylinderraum des Hubzylinders angeordnet ist und auf eine Stirnfläche des Verriegelungskolbens permanent einwirkt. Der Hubzylinder ist als doppelt wirkender Pneumatikzylinder ausgeführt, so dass eine entsprechende Druckbeaufschlagung entgegen der Kraftrichtung der Druckfeder den Verriegelungskolben in eine Freigabestellung zurückbewegt. Bei Druckausfall ist keine Entriegelung der Verriegelungseinrichtung möglich.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verriegelungseinrichtung eine Steuereinheit zugeordnet, um die Verriegelungseinrichtung aus der Blockierstellung in die Freigabestellung zu überführen, wobei die Steuereinheit die Verriegelungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Messvorgang des Kraft-Moment-Sensors ansteuert. Dabei ist die Steuereinheit derart ausgeführt, dass die Verriegelungseinrichtung nur dann in die Freigabestellung überführt wird, wenn der Kraft-Moment-Sensor einen entsprechenden Messvorgang durchführen soll. Unmittelbar nach Beendigung des Messvorgangs bringt die Verriegelungseinrichtung den Trägerkörper wieder in die Blockierstellung. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass der Kraft-Moment-Sensor im nicht aktiven Zustand beschädigt oder deformiert wird, wodurch Messungenauigkeiten auftreten könnten. Beschädigungen oder Deformationen können bei schnellen Verfahrbewegungen der Robotikeinheit oder im Stillstand der Robotikeinheit auftreten, wenn eine Person oder ein Gegenstand die Robotikeinheit oder den Kraft-Moment-Sensor mehr oder weniger heftig berühren. Die Steuereinheit ist vorteilhaft Teil einer Zentralsteuerung der Robotikeinheit. Vorzugsweise wird die Verriegelungseinrichtung durch die Steuereinheit erst unmittelbar vor Beginn eines Messvorgangs in die Freigabestellung überführt, vorzugsweise dann, wenn die Robotikeinheit in die gewünschte Stellung verfahren ist, in der sie eine entsprechende Arbeitsfunktion vornimmt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraft-Moment-Sensors,
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2 einen Schnitt durch den Kraft-Moment-Sensor nach 1 entlang der Schnittlinie II-II in 1,
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3 in vergrößerter Schnittdarstellung einen Ausschnitt III des Kraft-Moment-Sensors nach 2,
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4 den Kraft-Moment-Sensor gemäß 2 in einer Verriegelungsstellung seiner Verriegelungseinrichtungen,
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5 in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraft-Moment-Sensors,
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6 eine Schnittdarstellung des Kraft-Moment-Sensors nach 5 entlang der Schnittlinie VI-VI in 5,
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7 eine weitere Schnittdarstellung des Kraft-Moment-Sensors nach den 5 und 6 entlang der Schnittlinie VII-VII in 5,
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8 den Kraft-Moment-Sensor nach 6 in einer Verriegelungsstellung der Verriegelungseinrichtung,
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9 einen Schnitt durch den Kraft-Moment-Sensor nach 8 entlang der Schnittlinie IX-IX in 8,
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10 in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraft-Moment-Sensors,
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11 in vergrößerter Schnittdarstellung den Kraft-Moment-Sensor entlang der Schnittlinie XI-XI in 10 und
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12 den Kraft-Moment-Sensor gemäß 10 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie XI-XI in einer Verriegelungsstellung der Verriegelungseinrichtung.
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Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b, wie sie anhand der 1 bis 12 dargestellt sind, sind dazu vorgesehen, Robotikeinheiten für unterschiedliche Anwendungen vollautomatisch steuern zu können. Hierzu sind die Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b in betriebsfertig montiertem Zustand zwischen relativ zueinander bewegliche Teile der Robotikeinheit eingefügt, vorzugsweise zwischen einem Maschinenteil und einem Werkzeugteil der Robotikeinheit. Um entsprechende Kräfte und Drehmomente sensibel und hochgenau erfassen zu können, die aufgrund der Relativbewegungen zwischen den Teilen der Robotikeinheit auftreten, die über den jeweiligen Kraft-Moment-Sensor 1, 1a, 1b miteinander verbunden sind, sind dem jeweiligen Kraft-Moment-Sensor 1, 1a, 1b mehrere Dehnmessstreifen zugeordnet, die elektrisch und elektronisch mit entsprechenden Steuerplatinen verbunden sind, die Teil der elektronischen, vollautomatischen Steuerung der jeweiligen Robotikeinheit sind. Sowohl die Dehnmessstreifen als auch die zugeordneten Steuerplatinen, die mit elektronischen Bauteilen versehen sind, sind auf einem Trägerkörper des jeweiligen Kraft-Moment-Sensors 1, 1a, 1b angeordnet. Alle Trägerkörper der Ausführungsformen von Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b gemäß den 1 bis 12 weisen eine zylindrische Grundform auf und sind als einstückige Bauteile aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, hergestellt. Jeder Trägerkörper 1, 1a, 1b weist zwei Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b auf. Die beiden Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b sind jeweils plattenförmig mit zylindrischer Außenkontur gestaltet und koaxial sowie parallel zueinander angeordnet. Die beiden Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b sind über mehrere Brückenelemente 4 einstückig miteinander verbunden, die als polygonale Lochstege ausgeführt sind. Die Brückenelemente 4 erstrecken sich orthogonal zu entsprechenden Grundflächen der Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b und sind jeweils mit entsprechenden einander zugewandten Innenflächen der jeweiligen Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b einstückig angeformt. Der jeweilige Trägerkörper 1, 1a, 1b mit seinen beiden Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b sowie den Brückenelementen 4, 4a, 4b ist aus einem metallischen Blockkörper herausgearbeitet durch trennende Materialbearbeitung wie insbesondere Fräsen und Bohren.
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Voneinander abgewandte, außenseitige Stirnflächen der beiden Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b sind im Wesentlichen eben und exakt parallel zueinander ausgeführt.
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Der jeweilige Trägerkörper des jeweiligen Kraft-Moment-Sensors 1, 1a, 1b ist jeweils mittels wenigstens einer Verriegelungseinrichtung 5, 5a, 5b zusätzlich versteift. Dies wird nachfolgend anhand der 1 bis 12 für die unterschiedlichen Ausführungsformen von Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b im Detail beschrieben. Gemeinsam ist allen Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b, dass die jeweilige Verriegelungseinrichtung 5, 5a, 5b sich innerhalb des jeweiligen Trägerkörpers zwischen den Anschlussscheiben erstreckt und eine Blockierung und Positionssicherung der gegenüberliegenden Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b sowohl längs, d. h. axial, einer Mittellängsachse M als auch quer, d. h. radial, zu der Mittellängsachse M bewirkt.
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Der Sinn der Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b ist es, den jeweiligen Kraft-Moment-Sensor 1, 1a, 1b für Bewegungsvorgänge, in denen keine Kraft- und Momentmessungen erfolgen, zu schützen. Hierdurch wird zuverlässig vermieden, dass der Trägerkörper insbesondere bei Verfahrvorgängen der Robotikteile der Robotikeinheit oder bei anderweitiger unerwünschter Bewegung der Robotikteile zueinander bleibend verformt wird. Die entsprechenden Messstellen, die durch die Dehnmessstreifen definiert werden, werden hierdurch geschützt. Bleibende Verformungen könnten zu einer Messungenauigkeit führen, die erfindungsgemäß durch die Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b vermieden wird. Die Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b werden im Betrieb der Robotikeinheit daher derart gesteuert, dass sie normalerweise in ihrer Blockierstellung gesichert bleiben. Lediglich dann, wenn die entsprechenden Robotikteile der Robotikeinheit in eine Funktionsstellung verfahren sind, in denen Messungen der Kräfte und Momente notwendig sind, um eine gefühlvolle Steuerung der Robotikteile zu ermöglichen, werden die Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b entriegelt, so dass entsprechende Messvorgänge an den Messstellen der Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b durchgeführt werden können. Auch im nicht benötigten Ruhezustand der jeweiligen Robotikeinheit bleiben die Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b in ihrer Blockierstellung, um bleibende Beschädigungen des jeweiligen Trägerkörpers zu vermeiden, die durch unbeabsichtigtes Anstoßen von Gegenständen oder Personen an die entsprechenden Robotikteile der Robotikeinheit auftreten könnten. Die Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b bewirken demzufolge eine Sicherung der Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b für die Zeit, in der entsprechende Messungen nicht benötigt werden. Die pneumatisch betriebenen Hubzylinder 6, 6a, 6b der Verriegelungseinrichtungen 5, 5a, 5b sind über eine entsprechende Pneumatiksteuerung in entsprechender Weise mit der elektronischen Steuerung der Robotikeinheit und der über die Kraft-Moment-Sensoren 1, 1a, 1b miteinander verbundenen Robotikteile koordiniert.
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Der Kraft-Moment-Sensor 1 nach den 1 bis 4 ist mit insgesamt vier Verriegelungseinrichtungen 5 versehen, die sich zwischen den benachbarten Anschlussscheiben 2, 3; 2a, 3a; 2b, 3b erstrecken. Die Verriegelungseinrichtungen 5 sind gleichmäßig über den Umfang des Trägerkörpers verteilt angeordnet und sind jeweils radial außerhalb der Brückenelemente 4 positioniert. Die vier Verriegelungseinrichtungen 5 sind identisch zueinander gestaltet. Jede Verriegelungseinrichtung 5 weist einen pneumatisch betätigten Hubzylinder 6 auf, in dem parallel zur Mittellängsachse M ein Verriegelungskolben 7, 8 hubbeweglich gelagert ist. Der Hubzylinder 6 ist pneumatisch betrieben, wobei der Hubzylinder 6 als doppelt wirkender Pneumatikzylinder ausgeführt ist. Der Hubzylinder 6 ist mit seinem Zylindergehäuse auf der Innenseite der Anschlussscheibe 2 befestigt. Der Verriegelungskolben 7, 8 weist einen Kolbenfortsatz 8 auf, der nach oben aus dem Zylindergehäuse herausragt und mit einer im Wesentlichen konisch zu seiner Spitze hin zulaufenden Form versehen ist. Das Zylindergehäuse des Hubzylinders 6 setzt sich nach oben fort in eine Führungshülse 10, die stirnseitig an ihrem Ende verschlossen ist. In der Führungshülse 10 sind mehrere Verriegelungskörper 11 in Form von Kugeln radialbeweglich gelagert. Die Führungshülse 10 ragt mit radialem Spiel in einen becherförmigen Aufnahmebereich 9 hinein, der in einer Aussparung der gegenüberliegenden Anschlussscheibe 3 befestigt ist. Der Aufnahmebereich 9 ist auf Höhe der radialbeweglichen Verriegelungskörper 11 mit einer umlaufenden Aufnahmeprofilierung in Form einer Umfangsnut 12 versehen, die keilartig in dem Aufnahmebereich 9 radial nach außen eingebracht ist.
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Der Verriegelungskolben 7 jeder Verriegelungseinrichtung 5 ist zusätzlich in Richtung seiner Verriegelungsstellung durch eine Schraubendruckfeder 13 permanent druckbeaufschlagt. Anhand der 2 und 3 ist der jeweilige Verriegelungskolben 7 in seiner Freigabestellung gezeigt, in der der Verriegelungskolben 7 gegen die Druckkraft der Schraubendruckfeder 13 pneumatisch durch eine entsprechende Pneumatiksteuerung beaufschlagt ist und so in seiner unteren Endstellung gehalten wird. Sobald der jeweilige Verriegelungskolben 7 in der entgegengerichteten Richtung pneumatisch mit Druck beaufschlagt wird, wird der Kolbenfortsatz 8 nach oben verschoben, wodurch er aufgrund seiner konischen Gestaltung zwangsläufig die Verriegelungskörper 11 radial nach außen drückt. Hierdurch tauchen zwangsläufig die Verriegelungskörper 11 in die als Umfangsnut 12 gestaltete Aufnahmeprofilierung des Aufnahmebereichs 9 ein und verriegeln den Hubzylinder 6, 10 formschlüssig mit dem Aufnahmebereich 9. Hierdurch wird zwangsläufig eine Positionssicherung der gegenüberliegenden Anschlussscheiben 2, 3 relativ zueinander erzielt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Anschlussscheiben 2, 3 in der Blockierstellung auch bei starken Belastungen im Betrieb oder in Ruhestellung der entsprechenden Robotikeinheit ihre parallele Stellung relativ zueinander beibehalten. Dies gilt insbesondere für die entsprechenden Flächenabschnitte der Anschlussscheiben 2, 3, die radial außerhalb der über die Brückenelemente 4 erfolgten Verbindung zwischen den Anschlussscheiben 2, 3 positioniert sind.
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Bei der Ausführungsform nach den 5 bis 9 weist der Kraft-Moment-Sensor 1a eine einzelne Verriegelungseinrichtung 5a auf, die koaxial zur Mittellängsachse M zentral in dem Trägerkörper des Kraft-Moment-Sensors 1a integriert ist. Bei der Ausführungsform nach den 5 bis 9 wird die Anschlussscheibe 2a über einen Gehäusemantel 14a indirekt mit der gegenüberliegenden Anschlussscheibe 3a positionsgesichert verspannt, sobald die Verriegelungseinrichtung 5a sich in ihrer Verriegelungsstellung befindet. Die Verriegelungseinrichtung 5a weist einen Hubzylinder 6a auf, dessen Zylindergehäuse koaxial zur Mittellängsachse M in einem Durchtritt der Anschlussscheibe 2a befestigt ist. In dem Zylindergehäuse des Hubzylinders 6a ist ein Verriegelungskolben 7a koaxial zur Mittellängsachse M hubbeweglich gelagert. Der Verriegelungskolben 7a weist einen scheibenförmigen Kolbenfortsatz 8a auf, der außerhalb des Zylindergehäuses des Hubzylinders 6a positioniert ist und sich relativ zur Mittellängsachse M scheibenring- und plattenförmig parallel zur Anschlussscheibe 2a an deren außenseitiger Oberfläche entlang radial nach außen erstreckt.
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Der scheibenringförmige Kolbenfortsatz 8a weist einen außenliegenden, geschlossenen Ring auf, dessen Außenkontur geringfügig radial innerhalb einer radialen Außenkontur der Anschlussscheibe 2a positioniert ist. Der scheibenringförmige Kolbenfortsatz 8a ist in einem Käfig 17a hubbeweglich, der fest mit der außenseitigen Oberfläche der Anschlussscheibe 2a verbunden ist. Der Käfig 17a weist an seinem umlaufenden Außenrand Durchtritte auf, in denen Verriegelungskörper 11a in Form von Kugeln radialbeweglich gehalten sind. Sowohl der Käfig 17a als auch die Anschlussscheiben 2a und 3a des Trägerkörpers sind außenseitig umschlossen von einem zylindrischen Gehäusemantel 14a, der im Bereich der Verriegelungskörper 11a eine umlaufende Aufnahmeprofilierung 12a in Form einer radial nach innen offenen Umfangsnut versehen ist. Der Gehäusemantel 14a ist einteilig ringförmig gestaltet und weist im Bereich seines in den 6 bis 8 unteren Randbereichs einen umlaufenden, radial nach innen ragenden Ringsteg 15a auf, der eine umlaufende Ringschulter 16a der Anschlussscheibe 3a koaxial zur Mittellängsachse M formschlüssig hintergreift. Die Anschlussscheibe 3a ist – radial gesehen – in einer Innenwandung des Gehäusemantels 14a eingepresst, so dass die Anschlussscheibe 3a spielfrei in dem Gehäusemantel 14a gesichert ist. Die Anschlussscheibe 2a hingegen ist mit geringem axialem und radialem Spiel relativ zu der Innenwandung des Gehäusemantels 14a gestaltet.
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Der Verriegelungskolben 7a wird durch eine Schraubendruckfeder 13a, die innerhalb des Hubzylinders 6a angeordnet ist, in Richtung seiner Verriegelungsstellung nach unten kraftbeaufschlagt. Der scheibenringförmige Kolbenfortsatz 8a weist im Bereich seines Außenrands eine sich nach unten zur Anschlussscheibe 2a hin konisch oder konkav verjüngende Umfangsprofilierung auf, die bei entsprechender Beaufschlagung des Verriegelungskolbens 7a dazu vorgesehen ist, die Verriegelungskörper 11a innerhalb der Durchtritte radial nach außen zu drücken und diese somit in die Aufnahmeprofilierung 12a des Gehäusemantels 14a hineinzupressen. Hierzu wird der Verriegelungskolben 7a ergänzend zu der Druckkraft der Schraubendruckfeder 13a mit Druck beaufschlagt, wodurch der Verriegelungskolben 7a in seine untere Endstellung innerhalb des Zylindergehäuses des Hubzylinders 6a verfährt, die der Verriegelungsstellung der Verriegelungseinrichtung 5a entspricht. In dieser Verriegelungsstellung sind gemäß 8 die Verriegelungskörper 11a nach außen in die Aufnahmeprofilierung 12a des Gehäusemantels 14a hineingepresst, wodurch über den Hinterschnitt im Bereich des Ringstegs 15a und der Ringschulter 16a eine Verspannung und Positionssicherung der beiden Anschlussscheiben 2a, 3a relativ zueinander erzielt wird. Um den Verriegelungskolben 7a aus seiner Verriegelungsstellung wieder zurück in seine Freigabestellung gemäß 6 oder 7 zu überführen, wird der doppelt wirkende Hubzylinder 6a in einfacher Weise entgegengesetzt pneumatisch beaufschlagt, wodurch der Verriegelungskolben 7a gegen die Druckkraft der Schraubendruckfeder 13a wieder nach oben bewegt wird. Hierdurch gleiten oder rollen die Verriegelungskörper 11a wieder in die Freigabestellung gemäß 6, so dass die beiden Anschlussscheiben 2a, 3a nicht mehr relativ zueinander fixiert sind. Im Anschluss an die Freigabe durch die Verriegelungseinrichtung 5a kann ein entsprechender Messvorgang im Bereich der Messstellen des Kraft-Moment-Sensors 1a erfolgen.
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Bei der Ausführungsform nach den 10 bis 12 weist der Kraft-Moment-Sensor 1b ebenfalls eine einzelne, zentral und koaxial zur Mittellängsachse M angeordnete Verriegelungseinrichtung 5b auf. Die Verriegelungseinrichtung 5b wirkt jedoch direkt zwischen den beiden Anschlussscheiben 2b und 3b. Die Verriegelungseinrichtung 5b weist einen Hubzylinder 6b auf, der mittels seines Zylindergehäuses in einen zentralen Gewindedurchtritt der Anschlussscheibe 2b eingeschraubt und so in der Anschlussscheibe 2b fixiert ist. In dem Zylindergehäuse des Hubzylinders 6b ist ein Verriegelungskolben 7b, 8b koaxial zur Mittellängsachse M hubbeweglich gelagert, der einen aus dem Zylindergehäuse nach oben herausragenden Kolbenfortsatz 8b aufweist. Der Kolbenfortsatz 8b ist über eine Schraubverbindung fest mit dem innerhalb des Zylindergehäuses befindlichen Kolbenteil des Verriegelungskolbens 7b, 8b starr verbunden. Der Kolbenfortsatz 8b weist einen sich zu seinem freien Stirnende hin nach oben geringfügig konisch verjüngenden Kolbenmantel auf. Dem Kolbenfortsatz 8b ist in der gegenüberliegenden Anschlussscheibe 3b, die in den 11 und 12 die obere Anschlussscheibe 3b bildet, ein Aufnahmebereich 12b zugeordnet, der als koaxial zur Mittellängsachse M gestalteter Durchtritt in der Anschlussscheibe 3b ausgeführt ist. Eine Innenwandung des Aufnahmebereichs 12b erweitert sich zur gegenüberliegenden Anschlussscheibe 2b hin geringfügig konisch, wobei die Konizität der Innenwandung des Aufnahmebereichs 12b auf die Konizität des Außenmantels des Kolbenfortsatzes 8b abgestimmt ist. Der Verriegelungskolben 7b, 8b ist zudem über eine Schraubendruckfeder 13b permanent in Richtung seiner Verriegelungsstellung druckkraftbeaufschlagt. Die Freigabestellung des Verriegelungskolbens 7b, 8b ist anhand der 11 und die Verriegelungsstellung anhand der 12 dargestellt. Wie anhand der 12 erkennbar ist, ist der Kolbenfortsatz 8b in seiner Verriegelungsstellung in dem Aufnahmebereich 12b verspannt und flächenbündig zentriert, wodurch sich die gewünschte Verriegelung und Positionssicherung zwischen den gegenüberliegenden Anschlussscheiben 2b, 3b des Trägerkörpers des Kraft-Moment-Sensors 1b ergibt. Eine Steuerung des Verriegelungskolbens 7b, 8b zwischen der Freigabestellung und der Verriegelungsstellung erfolgt in gleicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Solange die entsprechenden Messstellen des Kraft-Moment-Sensors 1b für entsprechende Messvorgänge nicht benötigt werden, ist der Verriegelungskolben 7b, 8b in seine Verriegelungsstellung gemäß 12 verfahren, in der der Trägerkörper des Kraft-Moment-Sensors 1b als massiver, nicht beweglicher Körperblock fungiert. Sobald ein entsprechender Messvorgang gestartet werden soll, wird der Verriegelungskolben 7b, 8b pneumatisch in die Freigabestellung gemäß 11 verlagert, wodurch sich zwischen der Innenwandung des Aufnahmebereichs 12b und dem Außenmantel des Kolbenfortsatzes 8b ein geringes radiales und axiales Spiel ergibt, das die für den Messvorgang notwendige geringfügige Relativbeweglichkeit zwischen den Anschlussscheiben 2b, 3b erzeugt. Bei der Ausführungsform gemäß 11 und 12 werden die Anschlussscheiben 2b, 3b in der Verriegelungsstellung auf Druck in axialer Richtung, d. h. koaxial zu der Mittellängsachse M, belastet. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ähnlich 11 und 12 sind die komplementären Anlageflächen des anschlussscheibenseitigen Aufnahmebereichs und des Verriegelungskolbens entsprechend umgekehrt konisch gestaltet, so dass die Verriegelungsstellung eine Zugbelastung zwischen den beiden Anschlussscheiben bewirkt. Bei dieser Ausführungsform entspricht die Darstellung nach 12 der Freigabestellung und die Darstellung nach 11 der Verriegelungsstellung.
