WO2011015332A2 - Verfahren zur klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei komponenten verbindenden mechanischen fügeverbindung - Google Patents

Verfahren zur klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei komponenten verbindenden mechanischen fügeverbindung Download PDF

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WO2011015332A2
WO2011015332A2 PCT/EP2010/004725 EP2010004725W WO2011015332A2 WO 2011015332 A2 WO2011015332 A2 WO 2011015332A2 EP 2010004725 W EP2010004725 W EP 2010004725W WO 2011015332 A2 WO2011015332 A2 WO 2011015332A2
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vibrations
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Normen Fuchs
Knuth-Michael Henkel
Marcus Delin
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Universität Rostock
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Definitions

  • the invention relates to a method for clamping force determination on a mechanical joint connection connecting at least two components by means of sound wave coupling into the joint connection.
  • Mechanical joints are characterized by a force and / or
  • Rivet connections in their most diverse embodiments for example in the form of blind rivets, which require at least a one-sided access to the joint for joining, or solid, hollow or lockbolts, which require a bilateral access to the junction
  • mechanical non-detachable or separable joints mechanical properties of such joints are significantly determined by the expression of the adjusts the joining force and / or positive fit, which in turn can be characterized by adjusting in the way of the joining process biasing or clamping force.
  • pretensioning or clamping force corresponds to that force which applies the respective auxiliary joining part, for example in the form of a screw or a rivet, after the joining connection has been made in the screw or rivet longitudinal direction for the cohesion of the components.
  • a determination of just this preload or clamping force is required for quality control, for example during maintenance work and currently only possible for screw connections.
  • a nondestructive determination of the prestressing or clamping force, which prevails in a screw, is with the previously available means either by means of a mechanical length measurement or with the aid of
  • the length of the screw is detected in the assembled state by means of a vernier caliper in the simplest case and compared with a corresponding reference length, which has a known Vorspann- or
  • DE 102 37 728 A1 discloses such a device for measuring the length of screws, which comprises an ultrasonic transducer integrated in a test head which can be placed on the screw head.
  • the pulse echo method is used for transit time measurement and, associated therewith, the length measurement of the screw.
  • the screws have a flat surface on both the screw head and the head Provide end of screw.
  • measurement errors may occur if the screw to be examined at least with its lower end of the screw is in intimate physical contact with other components, so that
  • a comparable device can be found in DE 100 16 468 C2, which, utilizing the magnetoelastic effect, injects a sound wave pulse into a screw connection to be examined and, as it were, determines the transit time of the sound pulse and thus the length of the screw on the basis of the pulse echo method.
  • the duration of a sound pulse is initially in
  • Rivet connections in thin-walled components can be found in DE 44 01 155 C2. Here are invested to capture the riveted into the rivet
  • the invention is based on the object, a method for biasing or
  • the method according to the solution is based on another sound acoustic
  • the mechanical joining connection to be examined is excited by using an acoustic measuring system for carrying out oscillations, preferably in such a way that the joint connection is at least temporarily subject to a vibration resonance.
  • an excitation can be done either by means of a pulse-shaped event, in the simplest case by a single impact with a suitably trained tool, such as hammer, or in the context of a continuous coupling of
  • Vibration energy for example using a vibrator, which is sound-acoustically coupled to the joint to be examined.
  • those executed by the joint are:
  • Oscillation pattern is compared on the basis of stored in a reference data set reference vibration patterns, each associated with a known, prevailing in the joint connection to be examined clamping force, in order ultimately the response signal emitted by the joint connection a quantitative size for the current within the joint connection
  • the solution-based examination of a joint connection allows a purely qualitative assessment of a joint connection in that the joint connection is oscillated several times in succession and the respective vibration patterns are compared, be it purely acoustically or metrologically.
  • the joint connection is biased, it can be assumed that the respectively adjusting resonance signals are comparable or identical to each other. However, if significant deviations occur in the response signals, then it can be assumed that the joint connection is faulty.
  • Vibrations in the audible sound wave range ie between 16 Hz and 20 kHz, have proven to be particularly suitable for vibrational excitation of the respective joint to be examined. So could successful investigations be carried out both on screw and rivet connections such as blind rivets or lockbolts, which led to the formation of vibration resonances, which are in the audible frequency range.
  • Reference data set is to be examined in the context of appropriate preliminary tests for each individual joint to be examined, for example, locking ring bolts with a corresponding bolt diameter and a corresponding bolt length to examine the specific element specific vibration pattern and assign an absolute clamping force size, which is determined by conventional measuring methods, eg. With a torque wrench, the Tightening a screw is used, or with the clamping force scaling rivet setting tools.
  • an actuator-sensor combination which allows a combined excitation and measurement, for example.
  • an acceleration sensor and a microphone detected
  • Frequency domain transformed preferably by means of a suitably chosen fast Fourier transform.
  • the measurement signals present in the frequency range are examined with regard to their frequency and amplitude size in order to determine the resonant frequency as the measured variable, which is the basis for the further bias or clamping force assignment.
  • transformed measuring signals are assigned to a weighting function in order to determine the formation of a resonance frequency maximum easier and more accurate. Also, the search for the resonance maximum supports the artificial Data extension by supplementing the transformed in the frequency domain
  • Fig. 1 is a schematic flowchart for illustrating the solution according to the invention
  • FIG. 1 shows a flow diagram illustrating the method according to the invention.
  • a two-component K1, K2 K1
  • Vibration response is detected by means of a suitable sensor system 2 in the form of measuring signals present in the time domain.
  • the measurement signals are subsequently preferably converted into the frequency domain as part of a fast Fourier transformation 3.
  • an evaluation 4 of the measuring signals transformed into the frequency range joining element-specific resonant frequencies are determined, preferably in the field of audible sound (16 Hz to 20 kHz).
  • Resonance frequencies that the corresponding preliminary tests and in the context of reference data stored biasing or clamping force values that actually prevail in the joint connection to determine and indicate (step 5).
  • FIG. 2 shows a diagrammatic representation, with reference to FIG
  • Tightening torques have been fixed, namely with 2577 Nm, 2984 Nm, 1594 Nm and 1099 Nm.
  • the Screw connection for detecting five measurement signals in each case with five consecutively executed pulse entries applied by means of a pulse hammer.
  • the vibration behavior of the screw connection was determined by detecting the respective resonance frequency. It turns out that with increasing torque values F, which correlate with increasing clamping force values in each case, the position of the respectively developing resonant frequency shifts to higher frequencies. Conversely, it can be concluded that a metrological determination of one to less
  • Frequency shifted resonant frequency is equivalent to a prevailing in the joint connection reduced prestressing or clamping force.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei Komponenten verbindenden mechanischen Fügeverbindung mittels Schallwelleneinkopplung in die Fügeverbindung. Die Erfindung zeichnet sich durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte aus: Anregen der mechanischen Fügeverbindung zur Ausführung von Schwingungen, Erfassen der Schwingungen, die die Fügeverbindung aufgrund der Anregung ausführt, und Auswerten der Schwingungen der Fügeverbindung unter Zugrundelegung von in einem Referenzdatensatz abgelegten Referenzschwingungsmustern, denen jeweils eine bekannte, in der zu untersuchenden Fügeverbindung vorherrschende Klemmkraft zugeordnet ist.

Description

Verfahren zur Klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei Komponenten verbindenden mechanischen Fügeverbindung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei Komponenten verbindenden mechanischen Fügeverbindung mittels Schallwelleneinkopplung in die Fügeverbindung.
Mechanische Fügeverbindungen zeichnen sich durch einen Kraft- und/oder
Formschluss aus und ermöglichen eine feste nicht lösbare oder wieder lösbare Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilkomponenten. Neben den bekannten Schraubverbindungen, die lösbare Fügungen ermöglichen, stellen vor allem
Nietverbindungen in ihren unterschiedlichsten Ausführungsformen, beispielsweise in Form von Blindnieten, die zum Fügen wenigstens einen einseitigen Zugang zur Verbindungsstelle erfordern, oder Voll-, Hohl- oder Schließringbolzen, die einen beidseitigen Zugang zur Verbindungsstelle erfordern, mechanische nicht lös- oder trennbare Fügeverbindungen dar. Die mechanischen Eigenschaften derartiger Fügeverbindungen werden maßgeblich durch die Ausprägung des sich beim Fügen einstellenden Kraft- und/oder Formschlusses bestimmt, der wiederum durch die im Wege des Fügevorgangs einstellende Vorspann- bzw. Klemmkraft charakterisierbar ist. So entspricht Vorspann- bzw. Klemmkraft derjenigen Kraft, die das jeweilige Hilfsfügeteil bspw. in Form einer Schraube oder eines Nietes nach Herstellung der Fügeverbindung in Schrauben- bzw. Nietlängsrichtung für den Zusammenhalt der Komponenten aufbringt. Eine Bestimmung eben dieser Vorspann- bzw. Klemmkraft ist zur Qualitätsüberprüfung, beispielsweise im Rahmen von Wartungsarbeiten erforderlich und derzeit nur für Schraubverbindungen möglich.
Stand der Technik
Eine zerstörungsfreie Bestimmung der Vorspann- bzw. Klemmkraft, die in einer Schraubverbindung vorherrscht, wird mit den bisher zur Verfügung stehenden Mitteln entweder mit Hilfe einer mechanischen Längenmessung oder mit Hilfe der
Ultraschalltechnik durchgeführt.
Im Wege der mechanischen Längenmessung wird im einfachsten Fall mittels einer Schublehre die Länge der Schraube im gefügten Zustand erfasst und mit einer entsprechenden Referenzlänge verglichen, der eine bekannte Vorspann- bzw.
Klemmkraft zugeordnet ist. Diese Ermittlungsweise setzt allerdings eine freie
Zugänglichkeit beider Schraubenenden voraus, eine Forderung, die in den meisten Fällen aufgrund von zum Teil hoher Bauteilkomplexität nicht entsprochen werden kann.
Die andere bekannte Möglichkeit zur Klemmkraftermittlung nutz den Einsatz von Ultraschallwellen und die Möglichkeit einer Laufzeitmessung sowie einer damit verbundenen Längenmessung, mit der Längenänderungen von im Wege des
Fügevorganges gedehnten bzw. gestreckten Schrauben erfasst werden können. So ist es möglich, mittels eines Ultraschallgerätes vor und nach dem Anziehen der Schraube die Laufzeit einer sich durch die Schraubenlängen ausbreitenden
Longitudinalwelle zu messen. Daraus lassen sich unter Berücksichtigung des akusto- elastischen Effektes die Schraubendehnung und daraus die Vorspannung
berechnen.
Aus der DE 102 37 728 A1 ist eine derartige Vorrichtung zur Längenmessung von Schrauben zu entnehmen, die einen, in einem auf den Schraubenkopf aufsetzbaren Prüfkopf integrierten Ultraschallwandler umfasst. Zur Laufzeitmessung und damit verbunden zur Längenmessung der Schraube wird das Impulsechoverfahren eingesetzt. Um Fehlmessungen zu vermeiden gilt es darauf zu achten, dass die Schrauben eine plane Fläche sowohl am Schraubenkopf als auch am Schraubenende vorsehen. Darüber hinaus können Messfehler auftreten, wenn die zu untersuchende Schraubverbindung zumindest mit ihrem unteren Schraubenende in innigen körperlichen Kontakt zu weiteren Komponenten steht, so dass
schallakustische Kopplungen zu angrenzenden Bauteilkomponenten auftreten, die das Messergebnis beeinträchtigen.
Eine vergleichbare Vorrichtung ist der DE 100 16 468 C2 zu entnehmen, die unter Ausnutzung des magnetoelastischen Effektes einen Schallwellenimpuls in eine zu untersuchende Schraubverbindung einkoppelt und gleichsam auf der Grundlage des Impulsechoverfahrens die Laufzeit des Schallimpulses und somit die Länge der Schraube ermittelt. Hierbei wird die Laufzeit eine Schallimpulses zunächst im
Rahmen einer ersten Messung an einem unbelasteten Werkstück und anschließend in einer zweiten Messung an einem belasteten Werkstück gemessen.
Praktische Erfahrungen zeigen, dass die sich derartige Ultraschall- Laufzeitmessungen lediglich auf Schraubverbindungen anwenden lassen, deren Schraubendurchmesser wenigstens der Maßeinheit M8 und deren
Mindestklemmlänge 19 mm entsprechen.
Eine zur Untersuchung von Schraubverbindungen vergleichbare Vorgehensweise für die Ermittlung der Vorspann- bzw. Klemmkraft an Nietverbindungen ist bislang nicht bekannt, vielmehr werden nach dem derzeitigen Kenntnisstand charakteristische Vorspannungskennwerte bei Nietverbindungen im Wege zerstörender Prüfverfahren ermittelt.
Eine zerstörungsfreie Messmethode zur Ermittlung von Kraftverläufen bei
Nieteverbindungen in dünnwandigen Bauteile ist hingegen der DE 44 01 155 C2 zu entnehmen. Hierbei sind zur Erfassung der in die Nietverbindung investierten
Fügekraft und der damit durch die Nietverbindung erzeugbaren Klemmkraft zusätzliche Sensoren zwischen den miteinander zu fügenden Bauteilen im
unmittelbar an die Nietverbindung angrenzenden Bauteilbereiche vorzusehen. Dies jedoch bedeutet einen zusätzlichen Kostenaufwand, der in den meisten Fällen nicht akzeptiert wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorspann- bzw.
Klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei Komponenten verbindenden mechanischen Fügeverbindung mittels Schallwelleneinkopplung in die
Fügeverbindung derart anzugeben, dass es vor allem möglich wird mit möglichst geringem Aufwand die Klemmkraft von Nietverbindungen zerstörungsfrei zu erfassen. Auch gilt es die Klemmkraft von mechanischen Fügeverbindungen genauer zu ermitteln als es bisher möglich ist.
Das lösungsgemäße Verfahren ist im Anspruch 1 angegeben. Das Verfahren in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind in den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
In Abkehr zur bisherigen Methode, die bislang nur an Schraubverbindungen zur Ermittlung der Vorspann- bzw. Klemmkraft eingesetzt werden kann und bei der ausschließlich die in eine zu untersuchende Schraubverbindung eingekoppelten Ultraschallwellen, die am Schraubenboden reflektiert und untersucht werden, basiert das lösungsgemäße Verfahren auf einem anderen schallakustischen
Wirkmechanismus. So wird lösungsgemäß die zu untersuchende mechanische Fügeverbindung unter Einsatz eines akustischen Messsystems zur Ausführung von Schwingungen angeregt, vorzugsweise derart, dass die Fügeverbindung zumindest kurzzeitig in eine Schwingungsresonanz verfällt. Eine derartige Anregung kann entweder mit Hilfe eines impulsförmigen Ereignisses, im einfachsten Fall durch einen einmaligen Schlag mit einem geeignet ausgebildeten Werkzeug, beispielsweise Hammer, erfolgen oder im Rahmen einer kontinuierlichen Einkopplung von
Schwingungsenergie, beispielsweise unter Verwendung eines Schwingers, der an die zu untersuchende Fügeverbindung schallakustisch angekoppelt wird. In einem weiteren Schritt werden die von der Fügeverbindung ausgeführten
Schwingungen erfasst und im Weiteren ausgewertet. Hierbei weicht die
lösungsgemäße Vorgehensweise entscheidend von der bisher bekannten
Klemmkraft-Ermittlungspraxis ab, indem anstelle der innerhalb der Fügeverbindung reflektierten Ultraschallwellen, die als solche auch nach der Reflexion in Form der gleichen Ultraschallwellen, zumindest in Bezug auf die Frequenz, vorliegen, das von der Form und Ausbildung der jeweils untersuchten Fügeverbindung charakteristische Antwortsignal, die als fügelementspezifische schallakustische Übertragungsfunktion verstanden werden kann, erfasst und untersucht wird.
Das von der Fügeverbindung nach entsprechender Schwingungsanregung in charakteristischer Weise abgegebene und messtechnisch erfassbare
Schwingungsmuster wird unter Zugrundelegung von in einem Referenzdatensatz abgelegten Referenzschwingungsmustern, denen jeweils eine bekannte, in der zu untersuchenden Fügeverbindung vorherrschenden Klemmkraft zugeordnet ist, verglichen, um letztlich dem von der Fügeverbindung abgegebenen Antwortsignal eine quantitative Größe für die innerhalb der Fügeverbindung aktuell
vorherrschenden Vorspann- bzw. Klemmkraft zuzuordnen.
Die lösungsgemäße Untersuchung einer Fügeverbindung ermöglicht darüber hinaus im einfachsten Fall eine rein qualitative Beurteilung einer Fügeverbindung, indem die Fügeverbindung mehrfach nacheinander in Schwingungen versetzt wird und die sich dabei jeweils ergebenden Schwingungsmuster miteinander verglichen werden, sei es rein akustisch oder messtechnisch. Für den Fall, dass die Fügeverbindung unter Vorspannung steht, so kann davon ausgegangen werden, dass die sich jeweils einstellenden Resonanzsignale miteinander vergleichbar bzw. identisch sind. Treten hingegen nennenswerte Abweichungen in den Antwortsignalen auf , so ist davon auszugehen, dass die Fügeverbindung fehlerhaft ist.
Als besonders geeignet zur Schwingungsanregung der jeweils zu untersuchenden Fügeverbindung haben sich Schwingungen im hörbaren Schallwellenbereich, d.h. zwischen 16 Hz und 20 kHz herausgestellt. So konnten erfolgreiche Untersuchungen sowohl an Schraubverbindungen als auch an Nietverbindungen wie beispielsweise Blindnieten oder Schließringbolzen durchgeführt werden, die zur Ausbildung von Schwingungsresonanzen führten, die im hörbaren Frequenzbereich liegen.
Selbstverständlich ist es möglich, unter Einsatz entsprechender
Ultraschallwellentechniken das auf dem vorstehend beschriebenen Messverfahren beruhende lösungsgemäße Verfahren auch im Schallwellenspektrum jenseits des hörbaren Bereiches einzusetzen, d.h. in Bereichen von 20 kHz und höheren
Frequenzen.
Zur Erstellung eines für die Klemmkraftbestimmung erforderlichen
Referenzdatensatzes gilt es im Rahmen entsprechender Vorversuche für jede einzelne zu untersuchende Fügeverbindung, beispielsweise Schließringbolzen mit entsprechendem Bolzendurchmesser und einer entsprechenden Bolzenlänge, das fügelementspezifische Schwingungsmuster zu untersuchen und einer absoluten Klemmkraftgröße zuzuordnen, die mit konventionellen Messmethoden ermittelt wird, bspw. mit einem Drehmomentschlüssel, der beim Anziehen einer Schraubverbindung eingesetzt wird, oder mit die Klemmkraft skalierenden Nietsetzwerkzeugen.
Zur weiteren Auswertung der sensorisch, vorzugsweise mit Hilfe einer Aktor-Sensor- Kombination, die eine kombinierte Anregung und Messung ermöglicht, bspw. in Form eines Beschleunigungssensors und eines Mikrofons, erfassten
Systemschwingungen, die die Fügeverbindung ausführt, werden die dabei sensorisch gewonnenen Messsignale, in Form analoger Zeitsignale in den
Frequenzbereich transformiert, vorzugsweise mit Hilfe einer geeignet gewählten Fast-Fourier-Transformation. Die im Frequenzbereich vorliegenden Messsignale werden hinsichtlich ihrer Frequenz sowie Amplitudengröße untersucht, um als Messgröße die Resonanzfrequenz zu ermitteln, die der weiteren Vorspann- bzw. Klemmkraftzuordnung zugrunde gelegt wird. Für die Ermittlung der
Resonanzfrequenz können in vorteilhafter Weise die im Frequenzbereich
transformierten Messsignale mit einer Gewichtungsfunktion belegt werden, um die Ausbildung eines Resonanzfrequenzmaximums leichter und exakter bestimmen zu können. Auch unterstützt die Suche nach dem Resonanzmaximum die künstliche Datenerweiterung durch Ergänzung der im Frequenzbereich transformierten
Messsignale durch einen Nullvektor.
Das Erfassen der exakten Frequenzlage einer sich innerhalb der zu untersuchenden Fϋgeverbindung ausbildenden Schwingungsresonanz hat sich als eine
charakteristische und aussagekräftige Kenngröße für die Ermittlung der in der Fügeverbindung vorherrschenden Vorspann- bzw. Klemmkraft herausgestellt, zumal sich zeigt, dass sich bei stark beanspruchten Fügeverbindungen sowohl die Lage der Resonanzfrequenz als auch die Amplitudenhöhe im resonanten Schwingungsfall ändern.
Die mit dem lösungsgemäßen Verfahren verbundenen Vorteile sind darin zu sehen, dass mit Hilfe der vorstehend beschriebenen akustischen Signalanalyse im
Hörschallbereich eine zerstörungsfreie Bestimmung von Vorspann- bzw.
Klemmkräften sowohl von Schrauben- als auch von Nietverbindungen, wie
beispielsweise Blindniet- und Schließringbolzenverbindungen, ermöglicht wird. Damit ist ein Verfahren zur Fertigungskontrolle sowie für Wartungsarbeiten an gefügten Verbindungselementen verfügbar, d.h. das lösungsgemäße Verfahren ermöglicht den Einsatz dieser Fügetechnologien auch in Überwachungspflichtigen Bereichen, in denen bislang beispielsweise Nietverbindungen nicht einsetzbar waren.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen
Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisiertes Flussdiagramm zur Illustration des lösungsgemäßen
Verfahrens, sowie
Fig. 2 Darstellung experimentell gewonnener Messdaten zur
Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen längs einer Schraubverbindung unterschiedlich stark wirkenden Vorspannkräften und den dazu jeweils messtechnisch erfassten Resonanzfrequenzen. Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Figur 1 ist ein das lösungsgemäße Verfahren veranschaulichendes Flussdiagramm zu entnehmen. In einem ersten Schritt wird eine Zweikomponenten K1 , K2
zusammenhaltende Fügeverbindung FV mittels einer impulsförmigen Anregung 1 , beispielsweise mit Hilfe eines Impulshammers in Schwingungen versetzt. Anstelle einer impulsförmigen Anregung kann auch eine kontinuierliche Anregung mittels eines Schwingers die zu untersuchende Fügeverbindung in Schwingungen versetzt werden. Die von der Fügeverbindung FV messtechnisch erfassbare
Schwingungsantwort wird mit Hilfe eines geeigneten Sensorsystems 2 in Form von im Zeitbereich vorliegenden Messsignalen erfasst. Die Messsignale werden im Weiteren vorzugsweise im Rahmen einer Fast-Fourier-Transformation 3 in den Frequenzbereich überführt. Im Wege einer Auswertung 4 der in den Frequenzbereich transformierten Messsignale werden fügeelementspezifische Resonanzfrequenzen, vorzugsweise im Hörschallbereich (16 Hz bis 20 kHz) bestimmt.
Schließlich gilt es auf der Grundlage der erfassten Resonanzfrequenz bzw.
Resonanzfrequenzen die den entsprechenden Vorversuchen und im Rahmen von Referenzdaten abgelegten Vorspann- bzw. Klemmkraftwerte, die tatsächlich in der Fügeverbindung vorherrschen, zu ermitteln und anzugeben (Schritt 5).
In Figur 2 ist eine Diagrammdarstellung gezeigt, anhand der die
Frequenzabhängigkeit der sich innerhalb einer Fügeverbindung ausbildenden Resonanzfrequenz von der innerhalb der Fügeverbindung herrschenden
Vorspannkraft zu ersehen ist.
Als Fügeverbindung ist eine Schraubverbindung mit einem Durchmesser M36 und einer Klemmlänge von 150 mm untersucht worden. Die Schraubverbindung ist mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels mit unterschiedlich starken
Anzugsdrehmomenten befestigt worden, nämlich mit 2577 Nm, 2984 Nm, 1594 Nm sowie 1099 Nm. In dem jeweiligen Befestigungszustand wurde die Schraubverbindung zur Erfassung von jeweils fünf Messsignalen jeweils mit fünf hintereinander ausgeführten Impulseinträgen mit Hilfe eines Impulshammers beaufschlagt. Nach jedem einzelnen Impulseintrag wurde das Schwingungsverhalten der Schraubverbindung durch Erfassen der jeweiligen Resonanzfrequenz ermittelt. Es zeigt sich, dass bei zunehmenden Drehmomentwerten F, die mit jeweils zunehmenden Klemmkraftwerten korrelieren, die Lage der sich jeweils ausbildenden Resonanzfrequenz zu höheren Frequenzen verschiebt. Umgekehrt lässt sich schlussfolgern, dass eine messtechnische Ermittlung einer zu geringeren
Frequenzen verschobene Resonanzfrequenz gleichbedeutend ist mit einer in der Fügeverbindung vorherrschenden verminderten Vorspann- bzw. Klemmkraft.
Bezugszeichenliste
K1 , K2 Klemmkörper
FV Fügeverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei Komponenten verbindenden mechanischen Fügeverbindung mittels Schallwelleneinkopplung in die Fügeverbindung,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Anregen der mechanischen Fügeverbindung zur Ausführung von
Schwingungen,
Erfassen der Schwingungen, die die Fügeverbindung aufgrund der Anregung ausführt, und
Auswerten der Schwingungen der Fügeverbindung unter Zugrundelegung von in einem Referenzdatensatz abgelegten Referenzschwingungsmustern, denen jeweils eine bekannte, in der zu untersuchenden Fügeverbindung vorherrschende
Klemmkraft zugeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung impulsförmig oder durch kontinuierliches Einkoppeln von Schwingungsenergie in die Fügeverbindung erfolgt, so dass die Fügeverbindung in Schwingungen mit Frequenzen größer 16 Hz, vorzugsweise mit Frequenzen zwischen 16 und 20 kHz, versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsanregung derart durchgeführt wird, dass die in die Fügeverbindung eingekoppelte Schwingungsenergie zur Ausbildung einer Schwingungsresonanz in der Fügeverbindung führt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen sensorisch als Messsignale im Zeitbereich erfasst und in den Frequenzbereich transformiert werden, und dass beim Auswerten der in den Frequenzbereich transformierten Messsignale eine Resonanzfrequenz und/oder eine im Resonanzfall auftretende
Schwingungsamplitude bestimmt und mit den für die Fügeverbindung
charakteristischen Referenzdaten verglichen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Fügeverbindung Form- und/oder Kraftschlussverbindungen untersucht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Fügeverbindung
Schraubverbindungen, Nietverbindungen, insbesondere Blindnietverbindungen oder Schließringbolzen, untersucht werden.
PCT/EP2010/004725 2009-08-03 2010-08-02 Verfahren zur klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei komponenten verbindenden mechanischen fügeverbindung WO2011015332A2 (de)

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DE200910035892 DE102009035892A1 (de) 2009-08-03 2009-08-03 Verfahren zur Klemmkraftermittlung an einer wenigstens zwei Komponenten verbindenden mechanischen Fügeverbindung

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