DE3100842A1

DE3100842A1 - Vorrichtung zur messung der schraubenvorspannung

Info

Publication number: DE3100842A1
Application number: DE19813100842
Authority: DE
Inventors: Detlev Ing.(grad.) 8501 Kleinschwarzenlohe Heinrich; Walter Prestel; Manfred 8500 Nürnberg Weiß
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1982-08-12
Also published as: GB2090976A; FR2497950A1; IT8219026A0; JPS57137830A; IT1149417B; DD207039A1

Description

bu/kr

M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 22. Dezember I980

Vorrichtung zur Messung der Schraubenvorspannung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Schraubenvorspannung nach dem Ultrasohall-Impuls-Echo-Verfahren, bei der eine Prüfsonde unmittelbar in eine Schraubennuß eingebaut ist und auf einen Schraubenkopf mit geringem Ankoppelspalt aufgesetzt ist, wobei der PrUfkopf elektrisch an ein Ultraschallgerät und einen Rechner angekoppelt ist.

Durch die DE-OS 28 53 988 ist ein Verfahren zur indirekten Messung der Schraubenvorspannung bekannt, bei dem ein Ultraschallimpuls zur Messung der Schraubenlänge vor und nach dem Anziehen herangezogen wird. Aus der ermittelten Längenänderung wird mit Hilfe eines Rechners die Vorspannkraft bestimmt. Zur Ermittlung der hierzu notwendigen Rechengröße wird eine Schraube gleichen Typs in einer Prüfmaschine vorgespannt und zur eingestellten Kraft die Längenänderung der Schraube ermittelt. Zum Anziehen der Schraube ist der PrUfkopf in eine Schraubennuß eingebaut und übermittelt die vom Schraubenende reflektierten Ultraschall-Impulse über eine Leitung an ein Ultraschallgerät mit Rechner. Durch den Einbau des Prüfkopfes in die Schr&ubenr.uß ist zwar eine Vorrichtung für das eingangs erwähnte

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Verfahren geschaffen worden, mit der während des Anziehvorganges die Vorspannkraft kontinuierlich, ohne Absetzen des Prüfkopfes gemessen werden kann, jedoch ist diese Vorrichtung ungeeignet, die Schraubenvorspannung in der Serienherstellung aufzubringen. Sie ist nur für den manuellen Anziehyorgang von Schrauben anwendbar.

Demgegenüber liegt der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Messung der Sehraubenvorspainung zu entwickeln, welche geeignet ist, Schrauben mit geringer Abweichung vom Sollwert der Schraubenvorspannung in der Serienfertigung anzuziehen, ohne den störenden Einfluß einer Kabelverbindung in Kauf zu nehmen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Ankopplung des Prüfkopfes an das Ultraschallgerät und den Rechner berührungsfrei über eine dJe Schraubennuß konzentrisch umgebende Einrichtung erfolgt, und daß die Schraubennuß an ihrem dem Schraubenkopf abgewandten Ende drehmomentschlüssig mit einer Antriebsspindel gekoppelt ist«

Durch die berührungsfreie Ankoppelung wird die übertragung von Ultraschall-Impulsen vom Ultraschallgerät in den Schraubenschaft und die Rückführung der reflektierten Impulse zum Ultraschallgerät und zum Rechner möglich, ohne daß die Signale durch variable Ubergangawiderstände wie beispielsweise Schleifringe verfälscht werden, und ohne daß eine für die Serienfertigung unbrauchbare Kabelverbindung notwendig wäre.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung aus einer Rotor- und Statorspule gebildet wird, welche die Schraubennuß O-rlngförmig und konzentrisch mit Luftspalt umgeben, daß dabei die Rotorspule mechanisch drehfest mit der Schraubennuß und elektrisch fest mit dem Prüfkopf

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verbunden ist, und daß die Statorspule über ein Lager drehbar, aber in axialer Riohtung unvereohiebbar auf der Sohraubennuß gelagert ist, sowie die Statorspul· elektrisch über eine Leitung an das Ultraschallgerät und den Rechner angekoppelt ist.

Durch die induktive übertragung der Impulse werden Meßungenau igkeiten, wie sie durch variable Übergangswiderstände bei Schleifringen unvermeidbar sind, vermieden. Dadurch, daß bei der induktiven übertragung ein Kabel als feste Verbindung entfallen kann, wird die Meßvorrichtung freizügig verwendbar. Die Schraubennuß kann bei automatischer Fertigung ohne Einschränkung auf die Schrauben aufgesetzt werden und verbleibt dort bis der Schraubvorgang durch Erreichen der gewünschten Vorspannung abgeschlossen ist. Dies beinhaltet auch den Vorteil, daß die Ankopplung des Prüfkopfes an den Schraubenkopf stets gleioh bleibt und nloht etwa dadurch verändert wird, daß die Schraubennuß zum Messen aufgesetzt und später wieder abgesetzt werden muß.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Einrichtung aus einer Rotor- und Statorelektrode gebildet wird, welche die Sohraubennuß O-ringförmig und konzentrisch mit Luftspalt umgeben, daß dabei die Rotorelektrode mechanisch drehfest aber elektrisch isoliert mit der Schraubennuß verbunden ist, wobei die Rotorelektrode elektrisch mit dem Prüfkopf in Verbindung steht, und daß die Statorelektrode über ein Lager drehbar aber in axialer Richtung unverscftiebbar auf der Schraubennuß gelagert ist, sowie die Statorelektrode elektrisch über eine Leitung an das Ultraschallgerät und den Rechner angekoppelt 1st.

Durch die kapazitive Ankoppelung kann ebenso wie bei

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der induktiven Ankoppelung auf eine nicht lösbare, störende Kabelverbindung verzichtet werden. Der freizügige Einsatz für die Serienfertigung ist somit gegeben.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zwischen Prüfkopf und Schraubenkopf ein Distanzring eingelegt ist, und daß dieser Distanzring durch eine Bohrung zentrisch gegenüber der Prüfsonde gehalten ist.

Durch das Einlegen eines kreisförmigen Distanzringes zwischen Prüfkopf und Schraubenkopf kann der Spalt zwischen beiden konstant gehalten werden und damit auch die Ankoppelung. Dies gilt sowohl für die Ankoppelung eines piezoelektrischen Ultraschallschwingers mittels Koppelungsmedium, als auch bei der Anwendung von Prüfköpfen, welche nach dem elektrodynamischen Prinzip über einen Luftspalt angekoppelt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zur Einhaltung des Ankoppelspaltes kann Anspruch 5 entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig., 1 Schraubennuß mit eingebautem Prüfkopf und induktiver Ankoppelung auf Schraubenkopf aufgesetzt,

Fig. 2 Schraubennuß mit eingebautem Prüfkopf und kapazitiver Ankoppelung,

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Fig. 3 Prüfsonde im Detail mit Distanzring zur Definition der Ankoppelung.

In Fig. 1 1st eine auf einem Schraubenkopf I aufgesetzt· Schraubennuß 2 dargestellt, wobei ein PrUfkopf 3 unmittelbar In die Schraubennuß 2 so eingebaut ist« daß der PrUfkopf 3 über eine Feder 4 konstant und zentrisch an den Schraubenkopf I angepreßt wird. Zur übertragung von Ultraschall Impulsen von einem Ultraschallgerät 5 an den PrUfkopf 3 und die Rückführung von reflektierten Ultraschall Impulsen von dem Prüf kopf 3 an einen Rechner 6 ist eine Einrichtung vorgesehen, welche im dargestellten Beispiel nach dem induktiven Prinzip arbeitet und eine berührungsfreie übertragung von dem PrUfkopf 3 über Leitung 8 an das Ultraschallgerät 5 und den Rechner 6 zur Auswertung zuläßt. Die induktiv arbeitende Einrichtung 7 besteht aus einer drehfest und konzentrisch auf der Schraubennuß 2 aufgesetzten Rotorspule 9 und eine diese mit Luftspalt konzentrisch umgebende Statorspule 10, welche zur Aufrechterhaltung des konstanten Luftspaltee gegenüber der Rotorspule 9 in einem Lager Il geführt ist. Zum Antrieb der Schraubennuß 2 ist diese an ihrem oberen Ende mit einer Antriebsspindel 12 drehmomentschlüsslg verbunden. Um genau definierte Ankoppelungswerte zu haben, ist zwischen Prüfkopf 3 und dem Schraubenkopf I ein kreisförmiger Distanzring 13 eingelegt, welcher die Einhaltung eines konstanten Ankoppelspaltes zwischen beiden gewährleistet. Beim eigentlichen Meßvorgang während des Anziehens einer Schraube lA werden die Ultraschall Impulse vom Ultraschallgerät 5 ausgehend über die Leitung 8 auf die Statorspule 10 und von dieser induktiv über den Luftspalt auf die Rotorspule 9 und den damit starr verbundenen PrUfkopf 3

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übertragen. Nach dem Durchlaufen der Schraube 14 werden die Ultraschall-Impulse an ihre» freien Ende reflektiert und gelangen auf dem selben Weg wie sie gekommen sind, in das Ultraschallgerät 5 zurück und werden von dort zur Auswertung an den Rechner 6 geleitet, in dem die Dehnung der Schraube 14 und aus dieser wiederum ihre Vorspannung ermittelt wird.

Alternativ zu der in Pig. I gezeigten induktiven Ankoppelung kann als berUhrungsfreie Einrichtung 7 nacli Fig. 2 auch eine kapazitive Ankoppelung zur Anwendung kommen. Die Rotor- und Statorspulen 9, 10 sind lediglich durch Rotor- und Statorelektroden 9a, 10a zu ersetzen. Im Falle der kapazitiven Ankoppelung muß Vorsorge getroffen werden, daß durch besondere Isolation eine leitende Verbindung von Rotor- und Statorelektroden 9a, lOa über Lager Il vermieden wird.

Eine detaillierte Darstellung des Prüfkopfes 3 mit Schraubenkopf 1 und einem definierten Ankoppelspalt 15 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Ankoppelspalt 15 wird im gezeigten Beispiel nicht durch den Distanzring 13, sondern durch ein, in eine Schneide 16 auslaufendes Gehäuse 17 des Prüfkopfes 3 eingestellt. Der Prüfkopf 3 beinhaltet einen piezoelektrischen Schwinger oder auch eine elektrodynamische Sonde.

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Claims

bu/kr M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Nürnberg, 22.Dezember 1980 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Messung der Schraubenvorspannung nach dem Ultraschall-Impuls-Echo-Verfahren, bei der eine Prüfsonde unmittelbar in eine SohraubennuS eingebaut ist und auf einen Schraubenkopf mit geringem Änkoppelspalt aufgesetzt ist, wobei der Prüfkopf elektrisch an ein Ultraschallgerät und einen Rechner angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung des Prüfkopfes(3) an das Ultraschallgerät (5) und den Rechner (6) berührungsfrei über eine die Schraubennuß (2) konzentrisch umgebende Einrichtung (7) erfolgt, und daß die Schraubennuß (2) an ihrem, dem Schraubenkopf (1) abgewandten Ende drehmomentsohlUssig mit einer Antriebsspindel (12) gekoppelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) aus einer Rotor- und Statorspule (9, 10) gebildet wird, welche die Schraubennuß (2) O-rlngförmig und konzentrisch mit Luftspalt umgeben, daß dabei die Rotorspule (9) mechanisch drehfest mit der Sohraubennuß (2) und elektrisch fest mit dem Prüfkopf (3) verbunden ist,

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und daß die Statorspule (10) über ein Lager (11) drehbar, aber in axialer Richtung unverschiebbar auf der Schraubennuß (2) gelagert ist, sowie die Statorspule (10) elektrisch über eine Leitung (8) an das Ultraschallgerät (5) und den Rechner (6) angekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) aus einer Rotor- und Statorelektrode (9a, 10a) gebildet wird, welche die Schraubennuß (2) 0-ringförmig und konzentrisch mit Luftspalt umgeben, daß dabei die Rotorelektrode (9a) mechanisch drehfest aber elektrisch isoliert mit der Schraubennuß (2) verbunden ist, wobei die Rotorelektrode (9a) elektrisch mit dem Prüfkopi' (3) in Verbindung steht, und daß die Statorelektrode (10a) über ein Lager (11) drehbar aber in axialer Richtung unverschiebbar auf der Schraubennuß (2) gelagert ist, sowie die Statorelektrode (10a) elektrisch über eine Leitung (8) an das Ultraschallgerät (5) und den Rechner (6) angekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Prüfkopf (3) und Schraubenkopf (I) ein Distanzring (13) eingelegt ist, und daß dieser Distanzring (13) durch eine Bohrung (18) zentrisch gegenüber dem Prüfkopf (3) gehalten ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17) des Prüfkopfes (3) zum Schraubenkopf (I) hin als Schneide (16) zulaufend zur Einhaltung eines Ankoppelspalteβ (15) ausgebildet ist.

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