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Erfassung und Beurteilung des Verspannungszustandes von Schraubenverbindungen durch eine akustische Resonanzanalyse

Determination of tensioning in special screwed joints using a vibration measurement technique
 
: Fuchs, Normen; Wanner, Martin-Christoph

:

Technisches Messen : TM 82 (2015), Nr.10, S.526-535
ISSN: 0340-837X
ISSN: 0171-8096 (Print)
ISSN: 2196-7113 (Online)
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IPA ()
Prüfung; Schraube; zerstörungsfreie Werkstoffprüfung; akustische Qualitätskontrolle

Abstract
Die Beurteilung des Verspannungszustandes von Schraubenverbindung mittels einer akustischen Resonanzanalyse ist Gegenstand der dargestellten Untersuchungen. Durch impulsförmiges Anregen der Schraube wird diese in Schwingung versetzt. Das resultierende Schwingungsverhalten wird über einen Beschleunigungsaufnehmer erfasst und ist maßgeblich vom vorliegenden Verspannungszustand der Verschraubung abhängig.
Die Verifizierung des Verfahrens erfolgte in zwei Schritten. Im ersten Schritt wurde die Fragestellung der Zuordnung einer messtechnisch erfassten Resonanzfrequenz zum Verspannungszustand einer Schraubenverbindung an einer idealisierten Modellschraubenverbindung nachgewiesen. Diese Ergebnisse konnten weiterführend am Beispiel von Zylinderkopfverschraubungen (∅ M39, Länge 350 mm) an einer komplexen Bauteilstruktur (Gasmotor) bestätigt werden. Hierbei konnte eine lokale, auf die Verschraubung bezogene und vom Verspannungszustand abhängige Resonanzfrequenz erfasst werden. Mit Hilfe des Verfahrens konnten 48 Schrauben erfolgreich geprüft und deren Verspannungszustand beurteilt werden.
Die Eignung des Verfahrens konnte somit erfolgreich an nachgewiesen werden.

 

The evaluation of the pre tension of screwed joints using an acoustic resonance analysis is the subject of the presented investigations. The screw will be excited by impact and vibrate in a characteristic mode. This resulting vibration mode is depending on the current pre tension status of the screw. The main question of the dependency of a detected resonance frequency to the local stress state of a screwed joint was successful executed on an idealized model. In this case a local allocation of the resonant frequency to the screw joint as well as a dependency on tension state could be detected. These results were confirmed in a more complex component structure (gas engine) investigating the cylinder head screw connections (diameter M39, length 350 mm). In this case a local screw and stress dependent resonant frequency was detected. Using the method 48 surveyed screwed joints could be evaluated. The suitability of the process could therefore be successfully proved.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-369439.html