DE3544920A1 - Device for determining the initial stressing force of a long anti-fatigue bolt by means of a standing wave - Google Patents
Device for determining the initial stressing force of a long anti-fatigue bolt by means of a standing waveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Vorspannkraft einer langen Dehnschraube nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for determining the Preload force of a long expansion screw after the upper part handle of claim 1.
Beim Andrehen von Dehnschrauben ist es bekannt, das auf den Schraubenkopf aufgebrachte Drehmoment zu messen und da raus die Vorspannkraft zu bestimmen. Aufgrund unterschied licher Reibung in den Gewinden und in der Anlagefläche des Schraubenkopfes ist eine derartige Bestimmung der Vor spannkraft mit hohen Fehlern belastet.When tightening expansion screws, it is known that on to measure the screw head applied torque and there to determine the preload. Due to difference Licher friction in the threads and in the contact surface of the Screw head is such a provision of the front tension loaded with high errors.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (US-33 07 393) wer den die Schrauben über einen Vibrationsgenerator schwin gungserregt und die Frequenz auf die Resonanzfrequenz ab gestimmt, um daraus Rückschlüsse auf die Vorspannkraft der Schraube zu gewinnen. Die Theorie derartiger Maßnahmen ist aus der Literaturstelle "Experimental Mechanics", Seiten 183 bis 187 bekannt.In another known method (US-33 07 393) who the screws swing over a vibration generator excitation excited and the frequency on the resonance frequency voted to draw conclusions about the preload of the Win screw. The theory of such measures is from the reference "Experimental Mechanics", pages 183 to 187 known.
In anderen Verfahren (DE-PS 7 45 925) wurde vorgeschlagen, in der Dehnschraube eine gleichachsige Längsbohrung vorzu sehen, in die ein auf die gewünschte Längung (Vorspann kraft) der Dehnschraube abgestimmter Meßstab eingesetzt ist. Die Schraube wird solange angezogen, bis sie die durch den Meßstab vorgesehene Längung erreicht hat. In other processes (DE-PS 7 45 925) it has been proposed in the expansion screw a coaxial longitudinal bore see the one on the desired elongation (leader force) of the expansion screw matched dipstick is. The screw is tightened until the elongation provided by the dipstick.
Ferner ist aus der DE-OS 27 14 377 bekannt, die Bohrung einer Dehnschraube mit einer Flüssigkeit aufzufüllen, um die durch die Längung (Vorspannkraft) auftretende Volumen änderung als Richtmaß der Vorspannung zu benutzen.Furthermore, the bore is known from DE-OS 27 14 377 fill an expansion screw with a liquid to the volume resulting from the elongation (preload) Use the change as a standard measure of the preload.
Die erstgenannten Verfahren benötigen einen erheblichen elektrotechnischen Aufwand, da der Abgriff der Resonanz frequenz an einer Stelle (Schraubenkopf) erfolgt, die im Bereich eines Schwingungsknotens liegt. Darüber hinaus sind die zur Schwingungsanregung benötigten Energien relativ hoch.The former methods require a considerable amount electrical engineering effort, because the tap of the resonance frequency at one point (screw head), which is in the Area of a vibration node. Beyond that the energies required for vibration excitation relative high.
Die anderen Verfahren haben sich in der Praxis als nicht tauglich erwiesen, da sie keine ausreichend genaue Ein stellung der Vorspannkraft ermöglichen oder zum Teil in der Praxis aufgrund deren komplizierter Handhabung nicht anwendbar sind.The other procedures have proven to be not in practice Proven as it is not a sufficiently accurate one enable setting of the preload or partially in not because of their complicated handling are applicable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Vorspannkraft einer langen Dehnschraube derart auszubilden, daß die Vorspannkraft der Dehnschraube über deren Resonanzfrequenz mit einfachen, robusten Gerä ten sicher erkannt werden kann.The invention has for its object a device for determining the pretensioning force of a long expansion screw to be designed such that the pretensioning force of the expansion screw over their resonance frequency with simple, robust devices can be reliably recognized.
Diese Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. An dem freien Ende des Resonatorab schnitts liegt im Resonanzfall ein Schwingungsbauch, so daß dort die Maximalamplitude der stehenden Grundwelle abgetastet werden kann. Bei langen Dehnschrauben ist der Ausschlag des freien Endes des Resonatorabschnitts mit dem bloßen Auge erkennbar. Bei kleineren Dehnschrauben ist ein einfacher Meßverstärker ausreichend, wie er z.B. in Fig. 1 des Ausführungsbeispiels skizziert ist. This object is achieved with the characterizing features of claim 1. At the free end of the Resonatorab section is in the resonance case an antinode, so that there the maximum amplitude of the standing fundamental wave can be scanned. With long expansion screws, the deflection of the free end of the resonator section can be seen with the naked eye. In the case of smaller expansion screws, a simple measuring amplifier, as sketched, for example, in FIG. 1 of the exemplary embodiment, is sufficient.
Der Schwingungserreger greift ebenfalls am Resonatorab schnitt, vorzugsweise im Bereich des freien Endes des Re sonatorabschnitts, an, so daß die Energie zum Anregen der Dehnschraube sehr gering sein kann.The vibration exciter also taps off the resonator cut, preferably in the area of the free end of the Re sonator section, so that the energy to excite the Expansion screw can be very low.
Vorteilhafterweise ist der Resonatorabschnitt mit dem Schraubenkopf einteilig gefertigt und weist oberhalb des Schraubenkopfes eine Sollbruchstelle auf, an der er nach erfolgreichem Anziehen der Dehnschrauben auf die gewünsch te Vorspannkraft abgebrochen wird.The resonator section is advantageously connected to the Screw head made in one piece and has above the Screw head a predetermined breaking point, at which it follows successful tightening of the expansion screws to the desired te pretensioning force is interrupted.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Re sonatorabschnitt als Resonanzbohrung in der Dehnschraube vorgesehen. Dabei wird eine Schwingungserregung derart vorgesehen, daß sich in der Resonanzbohrung eine stehende Welle bildet, deren Resonanzfrequenz als Maß für die Vor spannkraft herangezogen werden kann.In an advantageous development of the invention, the Re Sonator section as a resonance hole in the expansion screw intended. A vibration excitation becomes like this provided that there is a standing in the resonance bore Wave forms the resonance frequency as a measure of the pre tension can be used.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite ren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der im folgenden näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt:Further features of the invention result from the wide ren claims, the description and the drawing in which Exemplary embodiments of the described in more detail below Invention are shown. It shows:
Fig. 1 eine Dehnschraubenverbindung mit einem über den Schraubenkopf verlängerten Resonator, Fig. 1 is a Dehnschraubenverbindung with an extended over the screw head resonator,
Fig. 2 den Schraubenkopf einer Dehnschraube mit einer Aufnahme für einen einzusetzenden Resonator, Fig. 2 the screw head of an expansion screw with a receptacle for a resonator to be used,
Fig. 3 den Schraubenkopf einer Dehnschraube mit einem Ansatz zur Anlage eines Resonators, Fig. 3 shows the screw head of an expansion screw with a shoulder for abutment of a resonator,
Fig. 4 eine Dehnschraubenverbindung mit einer in die Dehnschraube eingebrachten Resonatorbohrung. Fig. 4 shows an expansion screw connection with a resonator bore made in the expansion screw.
Mittels einer Dehnschraube 3 sind zwei Maschinenteile 1 und 2 fest miteinander verbunden. Eine derartige Dehn schraubenverbindung wird z. B. zum Befestigen eines Zylin derkopfes am Gehäuseblock einer Brennkraftmaschine verwen det. Die Dehnschraube 3 weist einen gewindefreien Schrau benabschnitt 4 auf, der sich zwischen dem Kopf 6 und einem Gewindeende 5 erstreckt. Der freie Schraubenabschnitt 4 liegt mit radialem Spiel in einer Bohrung 7, die das Ma schinenteil 2 durchsetzt und im Maschinenteil 1 in eine Gewindebohrung 1 a übergeht. Der Dehnschraubenkopf 6 liegt auf dem Maschinenteil 2 auf, während ihr Gewindeende 5 in die Gewindebohrung 1 a eingreift, wodurch das Maschinenteil 2 fest auf das Maschinenteil 1 verspannt ist.Two machine parts 1 and 2 are firmly connected to one another by means of an expansion screw 3 . Such an expansion screw connection is, for. B. to attach a Zylin derkopfes to the housing block of an internal combustion engine. The expansion screw 3 has a thread-free screw benabschnitt 4 , which extends between the head 6 and a threaded end 5 . The free screw portion 4 lies with radial play in a bore 7 which passes through the machine part 2 and passes into a threaded bore 1 a in the machine part 1 . The expansion screw head 6 rests on the machine part 2 , while its threaded end 5 engages in the threaded bore 1 a , whereby the machine part 2 is firmly clamped to the machine part 1 .
Der Schraubenkopf 6 ist auf seinem der Dehnschraube gegen überliegenden Ende durch einen Resonatorabschnitt 8 ver längert, der gleichachsig zur Schraubenlängsachse 9 liegt. Im Bereich des Schraubenkopfes 6 weist der Resonator eine Sollbruchstelle 10 auf.The screw head 6 is extended on its the expansion screw opposite end by a resonator section 8 , which is coaxial with the longitudinal axis 9 of the screw. In the area of the screw head 6 , the resonator has a predetermined breaking point 10 .
Der Resonatorabschnitt 8 besteht vorteilhaft aus demselben Material wie die Dehnschraube 3, so daß die Dehnschraube und der Resonatorabschnitt 8 einteilig miteinander gefer tigt werden können.The resonator section 8 is advantageously made of the same material as the expansion screw 3 , so that the expansion screw and the resonator section 8 can be made in one piece with one another.
Der Resonatorabschnitt 8 wird durch einen Schwingungserre ger 11 mit einer vorgegebenen Frequenz erregt, die bei Er reichen der gewünschten Vorspannkraft der Dehnschrauben verbindung zur Ausbildung einer stehenden Welle 13 über den freien Schraubenabschnitt 4 der Dehnschraube 3 führt. Im Resonanzfall entspricht daher die Länge des freien Schraubenabschnitts 4 zwischen der Auflage des Schrauben kopfes 6 am Maschinenteil 2 und dem Gewindeende 5 der hal ben Wellenlänge einer stehenden Grundwelle (λ/2). Bei der Ausbildung dieser Grundwelle 13 im Resonanzfall ist der Schraubenkopf 6 sowie das Gewindeende 5 in Ruhe, da sich an diesen Stellen Bewegungsknoten befinden. Da die Dehn schraube 3 über den Schraubenkopf 6 hinaus mit dem Resona torabschnitt 8 verlängert ist, wobei die Verlängerung - gemessen von der Schraubenkopfauflage aus - einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) der Grundwelle entspricht, liegt das freie Ende 8 a des Resonatorabschnitts 8 in einem Bewe gungsbauch, d.h., die dort gemessene Amplitude 14 ist am größten. Dies führt dazu, daß bei langen Dehnschrauben 3 der Resonanzfall durch eine entsprechend große Auslenkung des freien Endes 8 a mit bloßem Auge erkennbar ist. Die Dehnschraubenverbindung kann daher ohne besondere Maßnah men solange angezogen werden, bis am freien Ende 8 a des Resonatorabschnitts 8 optisch erkannt werden kann, daß der Resonanzfall eingetreten ist und somit die gewünschte Vor spannkraft aufgebracht wurde.The resonator section 8 is excited by a Schwingungserre ger 11 with a predetermined frequency, the range at He the desired biasing force of the expansion screw connection to form a standing shaft 13 leads to the free screw section 4 of the expansion screw 3 . In the resonance case, the length of the free screw section 4 between the support of the screw head 6 on the machine part 2 and the threaded end 5 corresponds to half the wavelength of a standing fundamental wave ( λ / 2). When this fundamental wave 13 is formed in the event of resonance, the screw head 6 and the threaded end 5 are at rest, since there are movement nodes at these points. Since the expansion screw 3 is extended beyond the screw head 6 with the resona tor section 8 , the extension - measured from the screw head support - corresponding to a quarter of the wavelength ( λ / 4) of the fundamental wave, the free end 8 a of the resonator section 8 in a movement belly, ie the amplitude 14 measured there is greatest. This leads to the fact that in the case of long expansion screws 3, the resonance case can be recognized by the naked eye through a correspondingly large deflection of the free end 8 a . The expansion screw connection can therefore be tightened without special measures until the free end 8 a of the resonator section 8 can be optically recognized that the resonance case has occurred and thus the desired pre-tensioning force has been applied.
Es kann zweckmäßig sein, am freien Ende 8 a des Resonator abschnitts 8 eine Meßvorrichtung 12 anzuordnen, mit der der Resonanzfall anhand einer Anzeige 12 a erkennbar ist. Da die Meßvorrichtung 12 im Bereich des Schwingungsbauches (größte Amplitude 14) angeordnet ist, ist bereits mit ei nem minimalem elektronischen Aufwand der Resonanzfall ein deutig erkennbar. Eine derartige Meßvorrichtung ist mecha nisch robust und daher insbesondere für den Einsatz in mechanischen Werkstätten vorteilhaft geeignet.It may be useful to arrange a measuring device 12 at the free end 8 a of the resonator section 8 , with which the resonance case can be recognized by means of a display 12 a . Since the measuring device 12 is arranged in the region of the antinode (largest amplitude 14 ), the resonance case can be clearly recognized with a minimal amount of electronic effort. Such a measuring device is mechanically robust and therefore particularly suitable for use in mechanical workshops.
Außerhalb des Resonanzfalls führt die vom Schwingungserre ger 11 eingebrachte Energie nur zu Schwingungen mit erheb lich geringerer Amplitude, bis die Längung des Schrauben abschnitts 4 und damit die Vorspannkraft so groß ist, daß sich bei der aufgebrachten Frequenz 11 auf der Dehnschrau be 3 eine entsprechende, stehende Resonanzgrundwelle 13 ausbilden kann.Outside the resonance case, the energy introduced by the vibration exciter 11 only leads to vibrations with a considerably lower amplitude until the elongation of the screw section 4 and thus the pretensioning force is so great that there is a corresponding, at the applied frequency 11 on the expansion screw 3 standing resonance fundamental wave 13 can form.
Jede Dehnschraube 3 kann bei der Fertigung für den vorge sehenen Einsatzfall mit einem Resonatorabschnitt 8 der entsprechenden Wellenlänge (λ/4) vorgesehen werden, so daß beim Einsatz der Dehnschraube 3 der Schwingungserreger 11 auf die vorgegebene Resonanzfrequenz eingestellt wird und - mit geringer Energiezufuhr - im Bereich des freien Endes 8 a am Resonatorabschnitt 8 schwingungserregend angreift.Each expansion screw 3 can be provided with a resonator section 8 of the corresponding wavelength ( λ / 4) during manufacture for the intended application, so that when the expansion screw 3 is used, the vibration exciter 11 is set to the predetermined resonance frequency and - with little energy supply - in Area of the free end 8 a on the resonator section 8 attacks vibration.
In Weiterbildung der Erfindung ist gemäß Fig. 2 der Reso natorabschnitt 8 getrennt von der Dehnschraube 3 gefer tigt. Eine im Schraubenkopf 6 vorgesehene gleichachsige Sacklochbohrung 6 a dient als Aufnahme über einen gleich achsig einzusetzenden Resonatorabschnitt 8. Auf diese Weise ist ein Resonatorabschnitt 8 wiederholt einsetzbar.In a further development of the invention, the resonator section 8 is separated according to FIG. 2 from the expansion screw 3 . A coaxial blind hole 6 a provided in the screw head 6 serves as a receptacle via a resonator section 8 to be used with the same axis. In this way, a resonator section 8 can be used repeatedly.
In Weiterbildung der Erfindung weist gemäß Fig. 3 der Schraubenkopf 6 einen Resonatoransatz 6 b auf, an den der Resonatorabschnitt 8 schwingungsübertragend zur Anlage ge bracht wird.In a further development of the invention, according to FIG. 3, the screw head 6 has a resonator attachment 6 b to which the resonator section 8 is brought to the system in a vibration-transmitting manner.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 ist in der Dehnschraube 3 eine Resonanzbohrung 15 einge bracht, die sich vom Kopf 6 aus gleichachsig in den freien Schraubenabschnitt 4 herein erstreckt. Vorteilhafterweise verläuft die Resonanzbohrung 15 bis in das Gewindeende 5, wodurch die Längenänderung des gesamten freien Schrauben abschnitts 4 erfaßbar wird. In a further embodiment of the invention according to FIG. 4 , a resonance bore 15 is introduced in the expansion screw 3 , which extends from the head 6 coaxially into the free screw section 4 . Advantageously, the resonance bore 15 extends into the threaded end 5 , whereby the change in length of the entire free screw section 4 can be detected.
Ein vorzugsweise akustischer Schwingungserreger 18 strahlt in Pfeilrichtung 17 gleichachsig zur Schraubenlängsachse 9 eine Frequenz in die Resonanzbohrung 15 ab. Die Ermittlung der Vorspannkraft bzw. der Längung der Dehnschraube kann wie folgt erfaßt werden:A preferably acoustic vibration exciter 18 radiates a frequency into the resonance bore 15 in the arrow direction 17 coaxially with the longitudinal axis 9 of the screw. The determination of the preload or the elongation of the expansion screw can be recorded as follows:
In Vorversuchen wird die Resonanzfrequenz einer sich in der Resonanzbohrung 15 ausbreitenden stehenden Welle bei Erreichen der gewünschten Vorspannkraft ermittelt. Nunmehr wird der Schwingungserreger 18 auf die Resonanzfrequenz eingestellt. Ist die gewünschte Vorspannkraft, die der eingestellten Frequenz entspricht, nicht erreicht, wird sich keine stehende Welle in der Resonanzbohrung ausbil den. Der Schraubenkopf 6 wird solange weiter gedreht und damit die Dehnschraube 3 gelängt, bis über die Anzeige 18 a, die vorzugsweise akustisch erfolgt, die sich in der Resonanzbohrung 15 ausbildende stehende Grundwelle der Resonanzfrequenz zur Anzeige gebracht wird.In preliminary tests, the resonance frequency of a standing wave propagating in the resonance bore 15 is determined when the desired pretensioning force is reached. Now the vibration exciter 18 is set to the resonance frequency. If the desired preload force, which corresponds to the set frequency, is not reached, no standing wave will form in the resonance hole. The screw head 6 is rotated further and thus the expansion screw 3 is elongated until the standing fundamental wave of the resonance frequency which forms in the resonance bore 15 is displayed via the display 18 a , which is preferably carried out acoustically.
Wird vor dem Anziehen der Dehnschraube 3 die Resonanzfre quenz einer sich in der Resonanzbohrung 15 ausbreitenden stehenden Welle ermittelt und die Änderung der Resonanz frequenz betrachtet, so kann anhand der Änderung der Re sonanzfrequenz die Dehnschraube bis zur gewünschten Vor spannkraft (Längung der Dehnschraube) angezogen werden. Die bis zur Erzielung der gewünschten Vorspannkraft sich ergebende Änderung Δ λ der Wellenlänge der Resonanzfre quenz wird in Vorversuchen ermittelt.If, before tightening the expansion screw 3, the resonance frequency of a standing wave propagating in the resonance bore 15 is determined and the change in the resonance frequency is considered, the expansion screw can be tightened to the desired pre-tensioning force (elongation of the expansion screw) based on the change in the resonance frequency . The resultant change Δ λ in the wavelength of the resonance frequency until the desired pretensioning force is achieved is determined in preliminary tests.
Claims (6)
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| DE19853544920 DE3544920A1 (en) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | Device for determining the initial stressing force of a long anti-fatigue bolt by means of a standing wave |
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