ARRANGEMENT FOR DETERMINING OR TESTING THE PRE-STRESSING FORCE OF NUTS

Abstract: 1. A method for the determination of the initial stress force of a necked-down bolt or screw, especially of long necked-down bolts or screws for the securing of cylinder heads of internal combustion engines, wherein the necked-down bolt or screw (3) is stimulated into vibrations, the resonance frequency of the bolt or screw (3) is measured on the bolt or screw head (3.1) and the initial stress force of the bolt or screw is ascertained from the resonance frequency, characterised in that the bolt or screw (3) is stimulated into vibrations by a pulse applied to the components (1, 2) held together by it, that the resonance frequency is detected by reading the natural bending frequency of the bolt or screw (3) at an external radial region of the bolt or screw head (3.1) by means of a measuring device (5) and that the values ascertained by the measuring device (5) are compared with a calibration curve produced in dependence on the initial stress force of the bolt or screw (3).

Description: Verfahren zur Bestimmung oder'Prüfung der Vorspannkraft von Schrauben Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Be stimmung oder Prüfung der Vorspannkraft von Schrau ben, insbesondere von Dehnschrauben, z.B. zur Befe stigung von Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen. Hochbeanspruchte Schrauben, insbesondere Dehnschrau ben zur Befestigung von Zylinderköpfen von Brenn kraftmaschinen, unterliegen erheblichen Forderungen bezüglich einer genauen Einstellung der Vorspann kraft. Diese Forderungen sind mit üblichen Drehmo mentenschlüsseln, bei denen das aufgebrachte Anzugs moment zur Bestimmung der Vorspannkraft herangezogen wird, nicht hinreichend zu erfüllen, da variierende Reibbedingungen im Schraubengewinde und an der Auf lagefläche des Schraubenkopfes bzw. der Schrauben mutter das Messergebnis negativ beeinflussen. Deshalb wurden besondere Schraubenanziehverfahren ent wickelt, z.B. Drehmoment-Drehwinkel-Anzug oder streckgrenzengestreuerter Anzug, die eine relativ genaue Einstellung der Vorspannkraft ermöglichen. Eine nachträgliche Kontrolle der erreichten Vor spannkraft von vorgespannten Schrauben bereitet je doch immer noch Schwierigkeiten, da die hierfür zur Verfügung stehenden Mittel eine ausreichend genaue Nachmessung nicht zulassen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine ausreichend genaue Bestimmung oder Prüfung der Vorspannkraft von vorgespannten Schrauben auf einfache Weise ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgmäss dadurch gelöst, dass die Schrauben durch einen Impuls, der auf die von ihnen zusammengehaltenen Bauteile aufgebracht wird, zum Schwingen angeregt werden und durch Abtasten eines äusseren radialen Bereichs des Schraubenkopfes mittels einer Messvorrichtung, insbesondere eines Beschleunigungsaufnehmers, die Biegeeigenfrequenz der Schraube gemessen wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Biegeeigenfrequenz einer montierten Schraube stark von ihrer Vor spann- kraft abhängt. Deshalb kann durch Messen der Biegeeigenfrequenz die Vorspannkraft der Schraube mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Die Schraube wird durch den auf die Bauteile aufgebrachten Impuls zu Biegeschwingungen angeregt, die am Schraubenkopf geringe Kippbewegungen mit der Frequenz der Biegeschwingungen verursachen. Im äusseren radialen Bereich des Schraubenkopfes lassen sich diese Kippbewegungen als Axialbewegungen abtasten und können mittels einer Messvorrichtung erfasst werden. Der Impuls kann beispielsweise manuell oder mittels hydraulischer, pneumatischer oder elektromechanischer Einrichtungen auf die Bauteile aufgebracht werden. Als Messvorrichtung sind piezoelektrische, induktive oder kapazitive Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- oder Wegaufnehmer besonders geeignet. Die Messvorrichtung arbeitet dabei mit einer hohen Empfindlichkeit, so dass selbst geringe Axialbewegungen wahrgenommen werden können. Es ist allerdings zu bevorzugen, die von der Messvorrichtung ermittelten annähernd sinusförmigen Signale von einem Verstärker verstärken zu lassen. Dabei werden die Signale in dem Verstärker in eine Wechselspannung verwandelt, deren Frequenz der Biegeeigenfrequenz der Schrauben entspricht. Zweckmässigerweise werden diese ermittelten Werte digital und/oder analog von einer nachgeschalteten zähleinrichtung oder aber von einem Linienschreiber optisch ablesbar dargestellt. Somit ist es leicht möglich, die ermittelten Werte mit einer zuvor in Abhängigkeit der Vorspannkraft der Schrauben erstellten Eichkurve zu vergleichen und die Vorspannkraft der Schrauben genau zu überprüfen. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Bauteile 1 und 2 sind mittels einer langen Dehnschraube 3 miteinander verbunden. Diese Verbindung soll höchsten Beanspruchungen standhalten, so dass die Schraube bis in die Nähe der Streckgrenze des Schraubenwerkstoffes angezogen werden muss. Um deshalb die Vorspannkraft der Schraube genau zu überprüfen, wird die Schraube 3 mittels eines Impulsgebers 4 in Biegeschwingungen versetzt. Diese Biegeschwingungen der Schraube 3 treten am Schraubenkopf 3.1 als geringe Kippbewegungen mit der Frequenz der Biegeschwingungen auf. Im äusseren radialen Bereich des Schraubenkopfes 3.1 lassen sich diese Kippbewegungen als Axialbewegungen mittels eines Beschleunigungsaufnehmers 5 abtasten. Hierbei verläuft die Messrichtung des Beschleunigungsaufnehmers 5 parallel zur Schraubenlängsachse. Die vom Beschleunigungsaufnehmer 5 ermittelten Werte werden von einem Verstarker 6 in eine Wechselspannung verwandelt, deren Frequenz von einer nachgeschalteten Zähleinrichtung 7 optisch ablesbar dargestellt wird. Die dargestellte Frequenz kann nun leicht und genau mit einer zuvor in Abhängigkeit der Vorspannkraft der Schraube ermittelten Eichkurve verglichen werden.

Claims: patentanSprüche 1. Verfahren zur Bestimmung oder Prüfung der Vorspannkraft von Schrauben, insbesondere von Dehnschrauben, z.B. zur Befestigung von Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrauben (3) durch einen Impuls, der auf die von ihnen zusammengehaltenen Bauteile (1, 2) aufgebracht wird, zum Schwingen angeregt werden und durch Abtasten eines äusseren radialen Bereichs des Schraubenkopfes (3.1) mittels einer Messvorrichtung (5), insbesondere eines Beschleunigungsaufnehmers, die Biegeeigenfrequenz der Schraube (3) gemessen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch¯gekenn- zeichnet, dass die von der Messvorrichtung (5) ermit telten Werte verstärkt und/oder digital und/oder analog dargestellt werden. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Messvorrich- tung (5) ermittelten Werte mit einer in Abhängigkeit der Vorspannkraft der Schrauben (3) erstellten Eichkurve verglichen werden.

Inventors: REINHARDT, PAUL, ING., STEFFEN, FRANZ-JOSEF
Applicants: KLOCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: G01L5
IPC codes: G01L5, G01L1, B25B23