Was ist ein Axialkraftmesser für Schrauben?
Ein Axialkraftmesser für Schrauben ist ein Messgerät, mit dem die Größe der von einer Schraube erzeugten Axialkraft bestimmt werden kann.
Schrauben, einschließlich Bolzen, erzeugen eine Kraft, die das Objekt aufgrund der elastischen Kraft der Schraube selbst fixiert, wenn sie auf ihre ursprüngliche Länge zurückgezogen wird. Die Kraft, mit der die Schraube auf ihre ursprüngliche Länge zurückgezogen wird, wird als Axialkraft bezeichnet und mit einem Axialkraftmesser für Schrauben gemessen. Es gibt zwei Arten von Axialkraftmessern für Schrauben: Ultraschall- und Hydraulikmessgeräte, wobei das Hydraulikmessgerät für die Prüfung von Produkten wie Torsionsschrauben verwendet wird.
Axialkraftmesser für Schrauben, die mit Ultraschall arbeiten, sind weit verbreitet. Sie haben die Vorteile einer zerstörungsfreien Prüfung, einer kleinen Ausrüstung und können an jedem Ort eingesetzt werden.
Anwendungen von Axialkraftmessern für Schrauben
Axialkraftmesser für Schrauben werden vor allem für Befestigungsprüfungen verwendet, bei denen eine Kontrolle der Axialkraft erforderlich ist. Typische Anwendungen sind zum Beispiel der Bau von Anlagen wie Windkraftanlagen und Kraftwerken.
Weitere Einsatzgebiete sind Forschung und Entwicklung. Axialkraftmesser mit Dehnungsmessstreifen werden zur Bestimmung der Axialkraft verwendet, doch müssen dafür Löcher in die Schraube gebohrt und die Dehnungsmessstreifen durchgezogen werden. Axialkraftmesser für Schrauben sind auch bei Dauerversuchen nützlich, z. B. um die Axialkraft der Schraube vor und während des Versuchs sowie am Ende des Versuchs zu messen.
Funktionsweise der Axialkraftmesser für Schrauben
Die Funktionsweise der Ultraschall-Axialkraftmesser für Schrauben wird hier erklärt. Der Ultraschall-Axialkraftmesser für Schrauben misst die durch die Verschraubung verursachte Dehnung der Schraube. Der Grund dafür ist die Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen durch die Schraube und die Längung der Schraube.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen hängt von der Größe der auf die Schraube wirkenden Spannung ab. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen ist langsamer, wenn die Schraube nicht befestigt ist und wenn die Schraube befestigt ist und Zugspannungen auf die Schraube einwirken.
v = v0 (1 – ασ)
v: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen im spannungsbelasteten Zustand
v0: Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen im unbelasteten Zustand
α: Durch das Material und die Frequenz der Ultraschallwellen bestimmte Anzahl
σ: Spannung, die in der Schraube infolge der Verschraubung auftritt.
Der Zustand der Spannungsentwicklung bedeutet auch, dass die Schraube gedehnt wird.
l = l0 (1 + σ/ E)
l: Länge der Schraube im Zustand der Dehnung durch die Befestigung
l0: Länge der Schraube im unbelasteten Zustand
E: Elastizitätsmodul des Schraubenmaterials
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen durch die Befestigung der Schraube verlangsamt wird und die Schraube selbst länger ist, dauert es länger, bis die von der Stirnseite der Schraube ausgesandten Ultraschallwellen zur Spitze gelangen und zurückreflektiert werden, als bei einer Schraube im unbelasteten Zustand. Mit anderen Worten, die Funktionsweise der Axialkraftmesser für Schrauben nutzt den Unterschied in der Ultraschallwellenzeit zwischen dem unbelasteten und dem befestigten Zustand aus.
Arten von Axialkraftmessern für Schrauben
Die meisten Axialkraftmesser für Schrauben sind Ultraschallgeräte, aber es gibt auch hydraulische Axialkraftmesser für Schrauben. Hydraulische Axialkraftmesser für Schrauben werden für die Inspektion und Festigkeitsprüfung von bruchgefährdeten Schrauben, so genannten Torsionsschrauben, verwendet.
Weitere Informationen zu Axialkraftmessern für Schrauben
Zu beachtende Punkte bei der Verwendung von Axialkraftmessern für Schrauben
Die Axialkraft von Schrauben ist jedoch nicht immer einfach zu messen, da die Stirnflächen der Schrauben parallel geschliffen werden müssen. Das Management der Axialkraft von Schrauben ist sehr wichtig, aber in den meisten Fällen ist es schwierig, die Axialkraft direkt zu bestimmen.
Bei der Produktionskontrolle von Industrieprodukten beispielsweise basiert das Management auf Anzugsmomenten und Anzugswinkeln. Anzugsdrehmomente und Anzugswinkel sind jedoch nur Ersatzwerte für die Axialkraft. Die am häufigsten verwendete Steuerung über das Anzugsdrehmoment ist nur dann ein Ersatzwert für die Axialkraft der Schraube, wenn der Reibungskoeffizient der Schraubenoberfläche oder der Schraubensitzfläche innerhalb eines bestimmten erwarteten Bereichs liegt.
Liegt der Reibungskoeffizient außerhalb des erwarteten Bereichs, kann die Axialkraft nicht wie vorgesehen erreicht werden, selbst wenn das Anzugsdrehmoment kontrolliert wird. Bei der Kontrolle der Schraubenbefestigung durch Drehmomentsteuerung ist es wichtig, die Schwankungsbreite des Reibungskoeffizienten auf der Schraubenoberfläche und der Schraubensitzfläche anzunehmen und sie bei der Produktion innerhalb des angenommenen Bereichs zu halten.