DE2519430A1

DE2519430A1 - Axialkraft-messmethode mit anwendung zweier ultraschall-schwingungsformen

Info

Publication number: DE2519430A1
Application number: DE19752519430
Authority: DE
Inventors: Takayuki Makino; Haruhiko Toriyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1976-04-15
Also published as: DE2519430B2; GB1491103A; JPS5435786B2; JPS5143180A; US3975948A

Description

TlEDTKE - BuHL₁NG - KiHHE

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne

2519430 8 München 2, Postfach 202403

Bavariaring 4

Tel.: (0 89} 53 96 53 - 56

Telex: 5 24845 tipat

cable: Germaniapatent München

30. April 1975

B 6598

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Toyota, Japan

Axialkraft-Meßmethode mit Anwendung zweier Ultraschall-Schwingungsformen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkraft-Meßmethode, die unter Anwendung zweier Arten von Ultraschallwellen mit unterschiedlichen Schwingungsformen, d.h. longitudinaler und transversaler Schallwellen zum leichten und zerstörungsfreien Messen der Axialkraft dient, die an einem in seine Lage eingebauten zu messenden Körper wie beispielsweise einem Schraubbolzen oder dgl. ausgeübt wird.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf eine zerstörungsfreie Meßmethode, die z.B. zur Prüfung der Axialkraft an Schraubbolzen oder dgl. bei der Herstellung und zur Messung der zeitlichen Veränderung der Axialkraft an Schraubbolzen oder dgl. in eingebautem Zustand gut VI/8

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Deutsche Bank (Mönchen) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939B44 Postscheck (München) Kto. B70-43-804

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geeignet ist.

Bei den bisher bekannten Methoden zur Messung der Axialkraft von Schraubbolzen war es üblich, das Festziehmoment eines Schraubbolzens zu messen und aufgrund des gemessenen Pestziehmoments die Axialkraft an dem Schraubbolzen zu schätzen. Im allgemeinen besteht bei einem Schraubbolzen zwischen einer Axialkraft Q und einem Pestziehmoment T die folgende Beziehung:

Q = 2T//d(u see« + tan ß) + ü^fa} (1)

wobei d der Plankendurchmesser des Gewindes, u der Reibungskoeffizient der Gewindefläche, oc der halbe Spitzenwinkel des Gewindes, d_N der mittlere Durchmesser der Auflagefläche des Schraubbolzens und ai_n der Reibungskoeffizient <ler Auflagefläche des Schraubbolzens sind. Daraus ist zu ersehen, daß selbst bei festliegendem Festziehmoment T des Schraübbolzens die Axialkraft Q in Abhängigkeit von den Werten des Gewindeflächen-Reibungskoeffizienten /u_s oder des Auflageflächen-Reibungskoeffizienten yu_N des Schraubbolzens variiert. Während es folglich möglich ist, das auf einfache Weise zu messende Festziehmoment T zu messen, ist es im Grunde nicht möglich,

die Axialkraft Q zu messen.

Bei einer anderen bekannten Meßmethode wird ein "Tiiderstandsdraht-Dehnungsmeßstreifen zur Messung des Betrags der in einem Schraubbolzen durch eine Axialkraft verursachten Dehnung und dadurch zur Messung der Axialkraft verwendet. Ein

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Nachteil dieser Methode besteht darin, daß es nötig ist, in dem Mittelteil des Schraubbolzens eine Bohrung anzubringen und den Widerstandsdraht-Dehnungsmeßstreifen an der Innenseite des Schraubbolzens anzukitten hzw. festzulegen, oder daß ein besonderer Teilabschnitt des Grundmaterials bearbeitet werden muß, auf den die Axialkraft ausgeübt wird, so daß der Widerstandsdraht-Dehnungsmeßstreifen zur Messung der Dehnung in dem Bolzen festgelegt werden kann, was diese Methode nur für Anwendungsfälle verwendbar macht, bei denen die Messung unter Verwendung eines Prüfstückes durchgeführt wird.

Mit der Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zur Messung der Axialkraft von Schraubbolzen oder dgl. geschaffen werden, bei dem die durch eine Axialkraft in einem Schraubbolzen verursachte Dehnung unter Verwendung zweier Arten von Ultraschallwellen, die die Longitudinalwellen-Sehwingungsform und die Transversalwellen-Schwingungsform aufweisen, durch die Änderung der Eigenfrequenz des Schraubbolzens gemessen wird und die Axialkraft des Bolzens aus dem Ergebnis einer Rechenoperation an den gemessenen Eigenfrequenzen ermittelt wird. Ein einheitliches Kennzeichen der verbesserten Meßmethode besteht darin, daß die Ultraschall-Eigenfrequenzen bei der Longitudinalwellen-Schwingungsform und der Transversalwellen-Schwingungsforai gemessen werden.

Einer der großen Vorteile der erfindungsgemäß geschaffenen Axialkraft-Meßmethode besteht darin, daß mit ihr durch geeignete selektive Anwendung von Ultraschallwellen mit

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ί! —

einer Frequenz in einem vorbestimmten Frequenzbereich und mit Longitudinalwellen- und Transversalwellen-Schwingungsformen die an einem zu messenden Körper wie einem Schraubbolzen oder dgl. in dessen eingebautem Zustand ausgeübte Axialkraft gemessen werden kann und die Messung auf zerstörungsfreie Weise einfach und mit hohem Genauigkeitsgrad durchgeführt werden kann, was die Methode für einen breiten Anwendungsbereich verwendbar macht, wie beispielsweise zur Fertigungssteuerung der Axialkraft von Schraubbolzen beim Herstellungsprozeß und zur Messung der zeitlichen Veränderung der Axialkraft an den Schraubbolzen in eingebautem Zustand.

Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Methode besteht darin, daß wegen des Bestehens einer primären Beziehung zwischen Dehnung und Spannung innerhalb der Proportionalifcätsgrenzen auf gleiche Weise die Axialkraft, die Dehnung oder die Spannung eines Materials in Übereinstimmung mit dem Unterschied zwischen den gemessenen Ultraschall-Eigenfrequenzen gemessen bzw. ermittelt werden kann, so daß sie daher auf einfache Weise sur zerstörungsfreien Messung der in den Bauteilen eines Gebäudes, Kraftfahrzeugs, Schiffs, Flugzeugs oder dgl. entwickelten Spannungsverteilung verwendet werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig, i ist eine schematische Darstellung zur Erläu-603816/0624

terung der Beziehung zwischen der Axialkraft und dem Pestziehmoment eines Schraubbolzens.

Fig. 2a ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Meßschaltung zum Messen der erforderlichen Eigenfrequenzen eines zu messenden Körpers.

Fig. 2b ist ein Diagramm zur Darstellung der Änderungen des Ausgangsstroms der Schwingschaltung gemäß Fig. 2a im Resonanzfall.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der relativen Änderung (f£ ~ - f£.^)/f£^ zwischen Eigenfrequenzen f £ -j und f£p» ^^e durch Verwendung longitudinaler und transversaler Ultraschallwellen erhalten wurden.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Axialkraft und der Eigenfrequenz von bestimmten Kraftfahrzeug-Schraubbolzen, die durch selektives Anwenden der longitudinalen und der transversalen Ultraschallwellen erzielt wurde.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Beziehung der Axialkraft und der Eigenfrequenz der gleichen Art von Kraftfahrzeug-Schraubbolzen,

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die durch selektives Anwenden der longitudinalen und der transversalen Ultraschallwellen erhalten wird.

Zuerst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2a und 2b eine übliche Methode zum Ermitteln einer Eigenfrequenz f. eines zu messenden Körpers, z.B. des in Fig. 1 dargestellten Schraubbolzens, durch Anwenden von Ultraschallwellen beschrieben. In Fig. 2a bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Oszillatorschaltung, 2 einen in die Oszillatorschaltung 1 zur Änderung ihrer Schwingfrequenz eingebauten Abstimmkreis, 3 einen Strommesser zur Anzeige der Größe des Ausgangsstroms Ip der Oszillatorschaltung 1; ¹I und 5 bezeichnen Ultraschallresonatoren für Longitudinalschwingungsform bzw. Transversalschwingungsform, die z.B. Kristallresonatoren oder keramische Bariumtitanatresonatoren sein können, während 6 ein zu messendes Material und 7 ein Schalter zur wahlweisen Erregung der Resonatoren ¹I und 5 sind.

Wenn der Schalter 7 derart nach unten geschaltet ist, daß die Ausgangswelle der Oszillatorschaltung 1 an den Ultraschallresonator k für die Longitudinalschwingungsform angelegt wird, so daß dieser die Ultraschallwelle an das Material 6 abstrahlt, und wenn die Schwingfrequenz f« mittels eines variablen Kondensators C des Abstimmkreises 2 verändert wird, werden bei einer Schwingfrequenz, bei der zwischen einer Länge t des su messenden Materials und der Wellenlänge der Ultraschallwelle in dem Material die geeignete Beziehung besteht, die durch die

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gestrichelte Linie in Fig. 2a dargestellten Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche an bestimmten Punkten in dem Material ausgebildet, wodurch eine rein sinusförmige Wellenbewegung verursacht wird.

Diese rein sinusförmige Wellenbewegung stellt die Eigenschwingung des Materials dar, so daß, wenn Z, die Länge des Materials und C_L die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Longitudinalwelle in dem Material ist, folglich eine Eigenfrequenz f-r allgemein durch die Gleichung

f_T = n.C_T/(2 I) (2)

Jj L

gegeben ist, worin η die Ordnungszahl der Harmonischen ist, wobei η = 1 die Grundfrequenz und η = 2, 3, .·. Oberschwingungsfrequenzen darstellt.

Die auf vorstehend beschriebene Weise erzeugte Longitudinalwellen-Eigenfrequenz f^ kann gemäß der Darstellung in Fig. 2b durch die Veränderung des mittels des Strommessers angezeigten Stromwerts Ip gemessen werden. Wenn nämlich die Schwingfrequenz der Oszillatorschaltung 1 mittels des variablen Kondensators C des Abstimmkreises 2 verändert wird, wird bei der Eigenfrequenz f des Materials Resonanz erzeugt, wobei der Strom Ip ansteigt. Folglich können sowohl die Grundfrequenz fj^ als auch die Oberschwingungsfrequenzen f_L2, f^,, ...., f_Ln des Materials auf einfache Weise direkt von der Eichskala der Schwingfrequenz ^f _c abgelesen werden, die vorher in Abhän-

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gigkeit von den Kapazitätswerten des variablen Kondensators C mit einer Meßteilung versehen wurde. Wie andererseits aus der vorstehenden Gleichung (2) zu entnehmen ist, genügt die Grundfrequenz f_L1 der folgenden Beziehung:

^fLl ^{= f}L(n+l) " ^fl(n)

Es ist daher möglich, die Grundfrequenz f_L1 durch Ermessen zweier benachbarter Oberschwingungsfrequenzen zu erhalten.

Wenn der Schalter 7 derart nach oben geschaltet wird, daß die Ausgangswelle der Oszillatorschaltung 1 an den Ultraschallresonator 5 für die Transversalschwingungsform angelegt wird, so daß dieser die Ultraschallwelle an das Material 6 abstrahlt, und wenn die Schwingfrequenz f_n mittelstes variablen Kondensators C des Abstimmkreises 2 verändert wird, werden an bestimmten Stellen in dem Material bei einer Schwingfrequenz, bei der zwischen der Dicke t des Materials und der Transversalwellen-Wellenlänge der Ultraschallwellen in dem Material die geeignete Beziehung besteht, die in Fig. 2a durch die gestrichelten Linien dargestellten Knoten und Bäuche der Schwingungswellen ausgebildet, so daß auf diese Weise eine rein sinusförmige Wellenbewegung entsteht.

Diese rein sinusförmige Wellenbewegung stellt die Eigenschwingungen des Materials dar, so daß folglich eine Eigenfrequenz f_g der Transversalwelle durch die Gleichung

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= n-Cg/(2 <L)

gegeben ist, wenn ί die Länge des zu messenden Materials und Cg die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Transversalwelle in dem Material ist und mit η die Ordnungszahl der Harmonischen bezeichnet ist, wobei η = 1 die Grundfrequenz und η = 2, 3, ··· die Oberschwingungsfrequenzen darstellt.

Die Eigenfrequenz f_g der auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltenen Transversalwelle kann auf die gleiche Art gemessen werden, wie sie im Zusammenhang mit der Eigenfrequenz f-r der Longitudinalwelle beschrieben wurde.

Während die Eigenfrequenzen f_L und f„ der Longitudinalwellen und der T^nsversalwellen jeweils aus den Gleichungen (2) und (4) erhältlich sind, können diese Beziehungen ferner auch auf die folgende Weise mit η = 1 ausgedrückt werden: Im Falle der Longitudinalwelle ist

f_L = C_L/2£ = \fE/f~ /2 t = yEV/M/2e (5), und im Falle der Transversalwelle ist

f_s = Cg/2€ = \/G/f /26= \[ÖiYm/2l (6),

wobei E der Longitudinalmodul, γ die Dichte, M die Masse/ V das Volumen und G der Transversalmodul ist. D.h., es ist ersichtlich, daß die Eigenfrequenz f zur Länge d des Materials

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umgekehrt proportional ist, während sie zur Quadratwurzel des Volumens und des Longitudinalmoduls E oder des Transversalmoduls G direkt proportional ist.

Als nächstes werden die durch die in einem zu messen den Körper erzeugten Dehnungen verursachten Veränderungen der Eigenfrequenz betrachtet. Wenn z.B. an einem zylindrischen Kör per eine Belastung ausgeübt und dadurch eine Zugdehnung g in dem Körper verursacht wird, ist mit dem Longitudinalmodul E, dem Transversalmodul G und der Masse M, die konstant und von der Longitudinalwelle oder der Transversalwelle unabhängig sind, die relative Änderung der Eigenfrequenz vor und nach der Erzeugung der Zugdehnung wie folgt gegeben:

wobei f und f^ jeweils die Eigenfrequenzen vor und nach der Erzeugung der Dehnung £. in dem Zylinder sind, V_Q, V^ und Z , E.£ auf gleiche Weise die Volumina und die Längen des Zylinders vor und nach der Erzeugung der Dehnung £, sind und V die Poissonsche Zahl ist.

Unter der Annahme, daß die in dem Zylinder erzeugte Zugdehnung gleich 0,3 ?5 ist, ist mit der Poissonschen Zahl V = 0,29 folglich die relative Änderung der Eigenfrequenz durch die Gleichung

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- li -

( f£ - f_o)/f_o = ^(1-0,29x0,003)/V"l+0,003} -1 = = -0,00237 (8)

gegeben. D.h., die Erzeugung der Zugdehnung von 0,3 % bewirkt die Abnahme der Eigenfrequenz um ungefähr 0,24 %.

Wenn andererseits durch Anlegen äußerer Kräfte die Dehnungen E₁(^₁ ^ 0) \χηά & ^ & 2^ °) erzeugt werden, ist unabhängig von der Longitudinalvrelle oder der Transversalwelle die relative Frequenzänderung zwischen den Eigenfrequenzen f£* und f£₂ durch die Gleichung

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gegeben ist, wobei die Konstante K=I ist, was aus Gleichung (7) ersichtlich ist.

Im Zuge der analytischen Studie der entsprechenden Beziehungen zwischen den theoretischen Werten und den experimentellen Werten aufgrund der vorstehend beschriebenen theoretischen Grundlagen hat es sich erwiesen, daß in Abhängigkeit von der Schwingungsform und dem Frequenzbereich der verwendeten Ultraschallwelle ein gänzlich neues Phänomen auftritt. Während nämlich die Beziehung der. genannten Gleichung (8) im wesentlichen eingehalten wurde, wenn die Longitudinalwellen eines Ultraschallfrequenzbandes unterhalb von 2 bis 3 MHz und die Transversalwellen eines Ultraschallfrequenzbandes im Bereich von 0,5 bis 10 MHz verwendet wurden, hat es sich bestätigt,

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daß mit den Longitudinalwellen eines Ultraschallfrequenzbandes im Bereich von mehr als einigen MHz die Werte für (f£ - f_Q)/f beträchtlich größer als die aus der theoretischen Gleichung ermittelten wurden, (K^l in Gleichung (9)).

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, die die relative Frequenzänderung (f£₂ - f£₁)/fe₁ zwischen den Eigenfrequenzen ££* und f£p darstellt, welche an drei Zahnkranzkopfbolzen für Kraftfahrzeuge ermittelt wurden (die tatsächlichen Meßdaten der drei Bolzen sind bei Π, Δ und ■ dargestellt). In Fig. 3 stellt die Ordinate eine Skala der relativen Frequenzänderungen und die Abszisse eine Skala der verwendeten Ultraschallfrequenzen dar.

Der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß bei Arbeitsfrequensen von mehr als 4 MHz die relative Frequenzänderung bzw. die Rate der Frequenzänderung nahezu konstant war, wobei die durchschnittliche Änderungsrate bei - den mit der Axialkraft

η
von 2 Tonnen (x 10 N) erhaltenen tatsächlichen Messungen 0,32 % und die durchschnitte Änderungsrate bei den mit der Axialkraft von k Tonnen (4 χ 10
Messungen gleich 0,6l % betrug.

Axialkraft von H Tonnen (H χ 10*) erhaltenen tatsächlichen

Die gestrichelten Linien in Fig. 3 zeigen andererseits die aus der Gleichung (7) erhaltenen theoretischen Werte der relativen Frequenzänderung ₃ wobei ersiohtlich ist, daß die Inderungsrate durchschnittlich 0,089 % beträgt, wenn die Axialkraft 2 t beträgt, und daß die durchschnittliche Änderungsrate

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0,178 % beträgt, wenn die Axialkraft 4 t beträgt.

Auf diese Weise ist ersichtlich, daß bei Verwendung von longitudinalen Ultraschallwellen mit einer Frequenz von mehr als 4 MHz die gemessenen Werte der relativen Frequenzänderung ungefähr 3,5 mal höher liegen als die theoretischen Werte. Das bedeutet, daß die Konstante K in der Gleichung (9) äquivalent zu 3»5 ist.

Andererseits haben die an den drei Bolzen erhaltenen tatsächlichen Messungen der relativen Frequenzänderung (f£₂~ f_£l)/fg₁ zwischen den Frequenzen f£^ und f£« bestätigend gezeigt, daß die unter Anwendung des transversalen Ultraschallfrequenzbandes im Bereich von 0,5 bis 10 MHz erhaltenen tatsächlichen Messungen den durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 dargestellten theoretischen Werten nahekommen. Diese tatsächlichen Messungen wurden daher nicht graphisch dargestellt.

Die Ergebnisse von an Kraftfahrzeugbolzen durchgeführten Versuchen werden nachstehend anhand von Beispielen beschrieben.

Bei der Darstellung der Ergebnisse der an Kraftfahrzeug-Zahnkranzkopfbolzen (Durchmesser = 11 mm, Länge = 25 mm) unter Anwendung longitudinaler und transversaler Wellen mit einer Ultraschallfrequenz von 5 MHz durchgeführten Versuche stellt in Fig. 4 die Abszisse eine,Skala der Axialkräfte dar,

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- l4 -

während die Ordinaten Skalen der Grundfrequenzen darstellen. Aus Pig. 4 ist zu ersehen, daß die unter Verwendung der Transversalwelle erhaltenen Versuchswerte im wesentlichen gleich den aus der vorstehenden Gleichung (8) erhaltenen Werten der Rate der Eigenfrequenzänderung waren, wogegen die unter Anwendung von Longitudinalwellen erhaltenen Versuchswerte beträchtlich höher lagen als die aus der theoretischen Gleichung erhaltenen Werte der relativen Eigenfrequenzänderung .

Bei der Axialkraft Null war nämlich die unter Verwendung von Longitudinalwellen gemessene Rate der Eigenfrequenzänderung um ungefähr 20 % höher als die unter Verwendung der Transversalwelle erhaltene, wogegen bei einer (einer Axialkraft von 5,3 t bi;w. 5,3 x 10 N entsprechenden) Dehnung von 0,3 % die Rate der Eigenfrequenzänderung ungefähr 1 % betrug, was beträchtlich höher ist als der aus der theoretischen Gleichung erhaltene Wert von 0,24 %. Das bedeutet, daß der Wert von K in Gleichung (9) in der Größenordnung von 4 liegt, wodurch bestätigt wird, daß bei der Verwendung von Longitudinalwellen in dem Ultraschallfrequenzbereich von mehr als einigen MHz ein Phänomen auftritt, indem der Wert der Ausbreitungsgeschwindigkeit C- in dem zu messenden Körper mit der Erhöhung der Größe der Dehnung bzw. Spannung beträchtlich abnimmt. Dieses Phänomen wurde durch vollständiges Untersuchen der Ergebnisse der an verschiedenen Arten von Bolzen durchgeführten Versuche bestätigt.

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Bei der in Pig. 5 gezeigten Darstellung von Beispielen der Messungen der Relation zwischen Axialkraft und Eigenfrequenz, die unter Verwendung von Longitudinalwellen und Transversalwellen mit einer Ultraschallfrequenz von 5 MHz an 50 Kraftfahrzeug-Zahnkranzkopfbolzen durchgeführt wurden, stellt die Ordinate eine Skala der Eigenfrequenzen (Grundfrequenzen) dar, während die Abszisse mit der Meßeinteilung des auf herkömmliche Weise benützten Axialkraftprüfers (mit einer Meßgenauigkeit von - 1 %)versehen ist. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen A und B die unter Verwendung der longitudinalen bzw. transversalen Wellen gemessenen Daten, während das Bezugszeichen C eine graphische Darstellung der durch Subtrahieren der Daten B von den Daten A erhaltenen Werte bezeichnet. Die jeweils an dem oberen, dem mittleren und dem unteren Bereich der entsprechenden graphischen Darstellungen streuenden Daten der drei repräsentativen Bolzen sind durch die Zeichen O, X und # bezeichnet.

Solche bei den Bolzen a, b und c in Fig. 5 dargestellten WertVariationen haben die Tendenz, unabhängig davon aufzutreten, ob die Longitudinalwelle oder die Transversalwelle verwendet wurde, wobei als Ursache für die Wertvariationen die LängenVariationen, die Wärmebehandlungsbedingungen, die Zusammensetzung und dgl. der Bolzen anzunehmen ist. Folglich können diese Variationen gemäß der Darstellung bei C in Fig. 5 durch graphische Darstellung der Unterschiede zwischen den bei den jeweiligen Bolzen unter Verwendung der Longitudinalwelle und unter Verwendung der Transversalwelle erhaltenen

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Werten zu einem beträchtlichen Ausmaß verringert werden. Während in Pig. 5 bei C die Unterschiede zwischen A und B dargestellt sind, können durch Ermittlung der Änderungsrate bzw. der relativen Änderung (A - B)/A gleichartige Ergebnisse erzielt werden, wobei durch Verwendung der relativen Änderung die Auswirkungen der Bolzenvariationen zu einem größeren Ausmaß verringert werden können.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß das Messen der Eigenfrequenzen mit Hilfe der longitudinalen bzw. transversalen Ultraschallwellen und durch Ermittlung der Ergebnisse einer an den gemessenen Eigenfrequenzen ausgeführten Rechenoperation, (beispielsweise einer Subtraktion), das direkte Ablesen des Werts der Axialkraft an dem Bolzen aus einer Eichkurve möglich ist, die zuvor für die gleiche Bolzenart angelegt wurde.

Es besteht i..it anderen Worten keine Notwendigkeit, die Eigenfrequenzen der Bolzen vor ihrem Pestziehen zu messen, so daß es auf einfache und zerstörungsfreie Weise möglich ist, die Äxialkraft der Bolzen in ihrem eingebauten Zustand nach Bedarf su messen. Somit weist die erfindungsgemäße Methode einen sehr breiten Anwendungsbereich auf.

Mit der Erfindung ist somit eine Meßmethode für die an einem zu messenden Körper ausgeübte Axialkraft geschaffen, bei der die Messung durch Anlegen zweier Ultraschallfrequenzen mit jeweils einer Transversalwellen-Schwingungsform und einer

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Longitudinalwellen-Schwingungsform an einen Körper, auf den eine Axialkraft einwirkt, durch Messen der Eigenfrequenzen des Körpers bei der Transversalwellen- und der Longitudinalwellen-Schwingungsform, durch Gewinnen des Resultats einer an den gemessenen Eigenfrequenzen ausgeführten Rechenoperation (beispielsweise des Resultats einer Subtraktion) und durch Bemessen bzw. Ermitteln der an dem Körper ausgeübten Axialkraft aus diesem Resultat in Übereinstimmung mit den vorbestimmten Resultat-gegen-Axialkraft-Eichwerten ausgeführt wird.

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Claims

Patentansprüche

( l.\Axialkraft-Meßmethode zur Messung der Axialkraft an einem Meßobjekt durch Messen der Eigenfrequenzen des Meßobjekts über dessen durch Ultraschallwellen erzwungene Schwingung und durch Messen der Änderungsrate der gemessenen Eigenschwingungen, wobei zwischen den Eigenfrequenzen fg.., und f£_ des Meßobjekts eine Beziehung (f&₂ - Tt₁)Z^t₁ - K /"{(1 -P^₂)· ']/l + έ₁/(1 -PS₁)\f 1 + S₂} - l7 besteht (wenn f?die Poissonsche Zahl ist), wenn an dem Meßobjekt eine Dehnung t At *^ 0) bzw. eine weitere Dehnung £ ₂ ( 6. ₂ > 0) erzeugt wird, gekennzeichnet durch das Auswählen einer ersten Ultraschallfrequenz mit einer Transversalwellen-Schwingungsform zur Festlegung von K = 1 in der Beziehung und einer zweiten Ultraschallfrequenz mit einer Longitudinalwellen-Schwingungsform zur Festlegung von K > 1 in der Beziehung, durch das Anwenden dieser Ultraschallfrequenzen zum jeweiligen Messen der bei dem Anliegen einer Axialkraft an dem Meßobjekt bestehenden Eigenfrequenz des Meßobjekts, durch das Ausführen einer Rechenoperation mit den gemessenen Eigenfrequenzen und durch Ermitteln der an dem Meßobjekt anliegenden Axialkraft aus dem Ergebnis der Rechenoperation und vorher ermittelten Eichwerten.
2. Meßmethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ergebnis der Rechenoperation die Differenz zwischen den gemessenen Eigenfrequenzen ist.

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3. Meßmethode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ergebnis der Rechenoperation gleich dem Wert der relativen Änderung zwischen den gemessenen Eigenfrequenzen ist.

k. Meßmethode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch-gekennzeichnet, daß das Meßobjekt ein Kraftfahrζeug-Bolzen ist.

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