Ultraschallbasierte in situ Vorspannkraftermittlung an Schrauben ohne Referenzmessung im nicht verspannten Zustand durch Kombination von Longitudinal- und Transversalwellen

Die ultraschallbasierte Vorspannkraftermittlung an Schrauben wird derzeit überwiegend mit der Ein‐Moden‐Methode realisiert. Diese Methode basiert auf der Laufzeitmessung von Longitudinalwellen. Hierbei ist für jede Schraube eine Referenzmessung im nicht verspannten Zustand notwendig. In der vorliegenden Publikation wird die Ein‐Moden‐Methode um eine weitere Ultraschallwellenart, die Transversalwelle, ergänzt. Es wird dargestellt, dass mit der Zwei‐Moden‐Methode auf eine Referenzmessung im nicht verspannten Zustand verzichtet werden kann. Ein analytisches Verfahren zur Bestimmung des schraubfallspezifischen akusto‐elastischen Materialkennwerts (K‐Wert) wird vorgestellt, welcher für die ultraschallbasierte Vorspannkraftermittlung notwendig ist. Die analytisch ermittelten K‐Werte werden mit experimentellen K‐Werten aus Zugversuchen an Schrauben verglichen. Der Einfluss von Werkstoff, Festigkeitsklasse und Oberflächenschutzsystem wurde an zylindrischen Werkstoffproben ermittelt. In Bauteilversuchen wurden Vorspannkräfte an montierten Schrauben mit der Zwei‐Moden‐Methode ermittelt, ein möglicher Einfluss des Montageverfahrens untersucht und die Ergebnisse hinsichtlich ihrer Genauigkeit interpretiert.