Überprüfung der Vorspannkraft in Schrauben und Bolzen mittels Ultraschallverfahren

Zur Bestimmung der Schraubenvorspannkraft im Erstanzug sind Ultraschallsysteme schon seit Jahren in industrieller Nutzung. Alle Systeme messen die Laufzeitänderung einer Ultraschall-Longitudinalwelle, die sich über die gesamte Schraubenlänge ausbreitet, vom Schraubenende reflektiert und vom Ultraschallwandler wieder empfangen wird. Die Systeme unterscheiden sich in den Anwendungsmöglichkeiten, off- oder on-line, in der Zuverlässigkeit und in den Möglichkeiten der Prozessintegration. Das Ultraschallverfahren zur Vorspannkraftermittlung lässt sich rückführen auf eine relative Zeit- und Längenmessung. Die periodische Überprüfung der Vorspannkraft mittels Ultraschallverfahren setzt voraus, dass zumindest der Laufzeitwert bei Beendigung des Erstanzuges und der schraubfallspezifische K-Wert bekannt sind. Diese beiden Werte quantifizieren die zu überprüfende Vorspannkraft der konkreten Schraube eindeutig. Die bei der Überprüfung gemessene Laufzeit kann mit der beim Erstanzug festgestellten bewertet werden, wenn die genutzten Messsysteme zur Bestimmung der Laufzeiten an Kalibrierkörpern vergleichend genutzt werden können. Somit wird die Genauigkeit bei der Überprüfung der Vorspannkraft von der Genauigkeit der Laufzeitmessung bestimmt. Bei händisch ausgeführten Laufzeitmessungen an den Kalibrierschrauben wurden Standardabweichungen kleiner 0,3 Promille erzielt; das entspricht einer Unsicherheit von ca. ± 21 MPa oder ± 4,2 % bei einem Streckgrenzwert der Schraube von 500 MPa.