DE10042291C1 - Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Schraubvorganges - Google Patents

Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Schraubvorganges

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und gegebenenfalls Steuerung eines Schraubvorganges bei der Herstellung einer Schraubverbindung mit einer Schraube, bei dem unter Einsatz einer Impuls-Echo-Technik vor Beginn und während des Festziehvorganges der Schraube vom Schraubenkopf ausgehend wiederholt Ultraschall-Impulse in die Schraube eingekoppelt und die Laufzeiten der Ultraschall-Impulse über die Länge der Schraube gemessen werden. Vor Beginn des Festziehvorganges wird hierbei aus den materialspezifischen Kennwerten der Schraube eine Abhängigkeit der Laufzeit der Ultraschall-Impulse von der Vorspannung der Schraube berechnet, wobei die gemessene Laufzeit durch die unbelastete Schraube einbezogen wird. Aus einem Vergleich einer gemessenen Laufzeitänderung in Abhängigkeit eines Schraubparameters mit einer berechneten Laufzeitänderung in Abhängigkeit von der Vorspannung der Schraube können Aussagen zur Steuerung des Schraubvorganges gezogen werden. So weisen insbesondere signifikante Abweichungen auf mangelnde Einhaltung von Spezifikationen oder Gewindeschäden hin, während geringere Abweichungen zur Steuerung des Schraubvorganges herangezogen werden können.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und gegebenenfalls Steuerung eines Schraubvorganges bei der Herstellung einer Schraub­ verbindung mit einer Schraube, bei dem unter Einsatz einer Impuls-Echo-Technik vom Schraubenkopf ausgehend wiederholt Ultrschall-Impulse in die Schraube einge­ koppelt und die Laufzeiten der Ultraschall-Impulse über die Länge der Schraube gemessen werden.
Das vorliegende Verfahren ist dabei insbesondere für automatisierte Verschraubungsvorgänge in der industriellen Fertigung geeignet, um kontinuierlich die Vorspannkraft der Schrauben während des Verschraubungs­ prozesses bestimmen und den Verschraubungsprozess entsprechend steuern zu können.
Stand der Technik
Das zuverlässige Erreichen einer Mindestvorspann­ kraft bei einer Schraubverbindung in der Serienmontage spielt bei der Herstellung vieler Produkte eine wesentliche Rolle. Eine mangelnde Vorspannkraft kann eine Ursache für das Versagen hochbeanspruchter Schraubverbindungen mit daraus resultierenden schwer­ wiegenden Folgen darstellen.
Traditionelle Verfahren mit Drehmoment- und Drehwinkelsteuerung zur Herstellung einer Schraub­ verbindung erreichen jedoch aufgrund zusätzlicher Einflussfaktoren, wie beispielsweise Reibungsverlusten, nicht die für eine zuverlässige Einstellung der Vorspannkraft erforderliche Genauigkeit. Neben diesen indirekten Methoden zur Bestimmung der Vorspannkraft werden seit vielen Jahren auch Ultraschalltechniken zur direkten Bestimmung der Vorspannkraft eingesetzt.
So werden beispielsweise von der Fa. Krautkrämer GmbH & Co. Ultraschall-Prüfgeräte vertrieben, bei denen unter Einsatz einer Impuls-Echo-Technik vor und nach dem Anziehen der Schraube vom Schraubenkopf ausgehend wiederholt Ultraschall-Impulse in die Schraube einge­ koppelt und die Laufzeiten der Ultraschall-Impulse über die Länge der Schraube gemessen werden. Unter Berück­ sichtigung des akusto-elastischen Effektes kann aus der Laufzeit der Ultraschall-Impulse die Schraubendehnung und daraus, wenn gewünscht, die Spannung oder die Vorspannkraft berechnet werden. Bei den unter dem Namen Stress Mike® oder Boltmike® bekannten Systemen werden Kalibrierungskonstanten für die Bestimmung der Vor­ spannung aus den gemessenen Laufzeiten in einem Mikrocomputersystem gespeichert. Diese Kalibrierung muss vor der Durchführung des Schraubvorganges anhand von konkreten Messungen für die jeweiligen Schrauben­ materialien bestimmt und einprogrammiert werden. In einer Ausführungsform der genannten Systeme ist es auch möglich, obere oder untere Grenzwerte für die Vor­ spannung einzugeben, bei deren Erreichen ein Warnsignal abgegeben wird.
Bei beiden Systemen muss auf den Schraubenkopf ein gesonderter Messprüfkopf aufgebracht werden, über den die Ultraschall-Impulse eingekoppelt und die reflek­ tierten Signale empfangen werden können.
Zur Verbesserung der Schallausbreitungs- und Reflexionsbedingungen werden die Flächen am Schrauben­ kopf und Schraubenende schon von den Schraubenher­ stellern nach unterschiedlichen Optimierungskonzepten gestaltet. So ist es beispielsweise bekannt, eine piezoelektrische Schicht bereits bei der Herstellung der Schraube auf jeden Schraubenkopf aufzubringen. Über diese piezoelektrische Schicht können dann in einfacher Weise lediglich durch geeignete elektrische Ansteuerung die Ultraschall-Impulse erzeugt und die reflektierten Signale wieder empfangen werden. Dies erleichtert insbesondere eine Anwendung der bekannten Ultraschall­ techniken in rotierenden Schraubwerkzeugen, wie dies beispielsweise in den Prüfsystemen der Fa. Ultrafast® realisiert wird.
Die DE 42 31 429 C1 zeigt ein Schraubverfahren, bei dem die Überwachung des Anziehvorganges mittels eines Ultraschall-Messverfahrens durchgeführt wird. Dabei werden unter Einsatz einer Impuls-Echo-Technik vor Beginn und während des Festziehvorganges der Schraube vom Schraubenkopf ausgehend wiederholt Ultraschall-Impulse in die Schraube eingekoppelt und die Laufzeiten der Ultraschall-Impulse über die Länge der Schraube gemessen. Zu Beginn des Schraubvorganges wird eine erste Messung der Laufzeit der Ultraschall- Impulse an der unbelasteten Schraube durchgeführt und der Messwert gespeichert. Während des Eindreh- bzw. Festziehvorganges werden weitere Laufzeitmessungen mit großer Wiederholrate durchgeführt. Die hierbei ermittelten Laufzeitänderungen werden mit Referenz­ werten für die Laufzeitänderung verglichen, die vorab in einer Tabelle abgespeichert wurden. Die Referenz­ werte der Tabelle wurden zuvor empirisch ermittelt. Bei Erreichen einer Laufzeitänderung, die einer gewünschten Vorspannung in der Tabelle entspricht, wird der Festziehvorgang beendet.
Die US 3,969,810 A betrifft ein Verfahren zum Anziehen einer Schraube, bei dem ebenfalls die korrekte Vorspannung mittels einer Ultraschall-Impuls-Echo- Technik während des Eindrehvorganges überwacht wird. Diese Druckschrift geht nur sehr undetailliert auf die Durchführung des Überwachungsverfahrens ein und liefert dem Fachmann lediglich die Information, dass die Vorspannung über die Laufzeitmessungen des Ultraschallimpulses bei bekannter Dehnungskonstante der Schraube einer bestimmten Vorspannung zugeordnet werden kann.
Trotz vieler Ansätze zur Verbesserung der Methoden zur Bestimmung der Vorspannkraft in Schrauben, insbe­ sondere im Hinblick auf die Messgenauigkeit und Messzuverlässigkeit, sind die bisherigen Erfahrungen beim Einsatz derartiger Systeme in der Serienfertigung, insbesondere im Automobilbau, unbefriedigend. Gerade die erforderliche Genauigkeit und Zuverlässigkeit haben die Erwartungen bisher noch nicht erfüllt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung und gegebenenfalls Steuerung eines Schraubvorganges bei der Herstellung einer Schraubverbindung mit einer Schraube anzugeben, das eine hohe Zuverlässigkeit und bietet und insbesondere die Erkennung einer signifikanten Abweichung von vorgegebenen Spezifikationen der eingesetzten Schraube ermöglicht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patent­ anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden unter Einsatz einer Impuls-Echo-Technik vor Beginn und während des Festziehvorganges der Schraube vom Schraubenkopf ausgehend wiederholt Ultraschall-Impulse in die Schraube eingekoppelt und die Laufzeiten der Ultraschall-Impulse über die Länge der Schraube gemessen. Hierbei reicht es grundsätzlich aus, vor Beginn des Festziehvorganges, beispielsweise bereits während des Eindrehens der Schraube, den Wert der Schall-Laufzeit in der unbelasteten Schraube einmal zu messen. Durch mehrere Messungen wird jedoch die Messgenauigkeit erhöht.
Weiterhin wird vor Beginn des Festziehvorganges aus den materialspezifischen Kennwerten der Schraube und aus dem vor dem Festziehen der Schraube ein oder mehrmals gemessenen Wert der Schall-Laufzeit in der unbelasteten Schraube die Änderung der Schall-Laufzeit als Funktion der Spannung in der Schraube bzw. Vorspannung der Schraube berechnet und abgespeichert. Diese Berechnung erfolgt auf Basis der bekannten materialspezifischen elastischen Konstanten des eingesetzten Schraubentyps. Aus den während des Festziehvorganges mehrmals gemessenen Werten für die Schall-Laufzeit wird zumindest ein Wert für das Verhältnis einer Laufzeitänderung zu einer Änderung eines die Vorspannung der Schraube beeinflussenden Schraubparameters ermittelt. Bei diesem Schraubparameter kann es sich beispielsweise um das Dreh­ moment, den Drehwinkel oder die Zeit des Eindrehens mit einem konstanten Drehmoment handeln. Schließlich werden während des Festziehvorganges der oder die aus den Laufzeitmessungen ermittelten Werte des Verhältnisses mit der gespeicherten Abhängigkeit der Laufzeit­ änderungen von einer Änderung der Vorspannung ver­ glichen.
Durch diesen Vergleich der Steigung einer theoretisch berechneten Kurve für den eingesetzten Schraubentyp mit den während des Festziehvorganges gemessenen Werten wird eine Aussage darüber ermöglicht, ob die tatsächlich eingesetzte Schraube den Spezifi­ kationen entspricht. Der Vergleich ermöglicht weiterhin eine Aussage darüber, ob die gewählten Schraubparameter für die Durchführung des laufenden Schraubvorganges richtig gewählt sind. So kann der Vergleich insbeson­ dere dazu eingesetzt werden, um bei einer Abweichung der aus den Laufzeitmessungen ermittelten Werte von dem oder den gespeicherten Werten den jeweiligen Schraub­ parameter zu beeinflussen, um die Abweichung zu minimieren. Eine signifikant oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Wertes liegende Abweichung des aus den Laufzeitmessungen ermittelten Wertes von einem gespeicherten Wert wird vorzugsweise angezeigt, so dass gegebenenfalls manuell oder auch automatisch der Schraubvorgang abgebrochen werden kann. Eine derartige signifikante Abweichung deutet darauf hin, dass die Spezifikationen der eingesetzten Schraube nicht den vorgegebenen Spezifikationen genügen. Weiterhin könnte es in einem solchen Fall sein, dass unerwartete Randbedingungen beim Einschrauben vorliegen, die das Schraubergebnis negativ beeinflussen könnten. In beiden Fällen ist es im Hinblick auf eine gewünschte hohe Zuverlässigkeit der Schraubverbindungen erforderlich, den Schraubvorgang abzubrechen.
Aus dem Vergleich der berechneten mit den gemessenen Daten lässt sich auch sehr leicht der Zeitpunkt ermitteln, zu dem eine vorgebbare Soll- Vorspannung der Schraube erreicht ist. Aus der Soll- Vorspannung lässt sich auf Basis der gespeicherten Werte eine Soll-Laufzeit berechnen, so dass der Schraubvorgang gestoppt werden kann, wenn die gemessenen Laufzeiten dieser Soll-Laufzeit entsprechen. Hierbei lassen sich auch - bei konstantem zeitlichen Abstand der Einzelmessungen - die Änderung der Laufzeiten bis zur nächsten Messung oder die Zeit bis zum Erreichen der Soll-Laufzeit prognostizieren.
Bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder erkannt, dass die unbefriedigenden Ergebnisse der bisher bekannten Verfahren zum Teil darin begründet sind, dass die in der Praxis eingesetzten Schrauben in ihren Eigenschaften deutlich von den für die Kalibrierung herangezogenen Schrauben abweichen und somit die Zuverlässigkeit der einge­ setzten Steuerungen deutlich herabsetzen können. Gerade die beim vorliegenden Verfahren durchgeführte Berechnung der Laufzeitänderungen der Schallimpulse in Abhängigkeit von der Vorspannung auf Basis der materialspezifischen Kennwerte der eingesetzten Schraubentypen macht das vorliegende Verfahren von Kalibrierungsmessungen an einer einzelnen Schraube unabhängig. Abweichungen der tatsächlich eingesetzten Schraube von den vorberechneten Daten werden recht­ zeitig erkannt, so dass Fehlfunktionen nahezu ausgeschlossen werden können.
Vorzugsweise wird hierbei in einem ersten Zeit­ intervall des Festziehvorganges bei einer deutlichen Abweichung der gemessenen von den theoretisch berechneten Werten der Schraubvorgang abgebrochen, während keine oder eine nur geringe Abweichung auf den Einsatz einer korrekten Schraube sowie auf das Vorliegen der erwarteten Randbedingungen schließen lässt. In einem derartigen Fall wird dann in einem späteren zweiten Zeitintervall des Festziehvorganges bei einer Abweichung der Werte lediglich ein Schraub­ parameter entsprechend geändert, um die Abweichung von der berechneten Kurve zu minimieren und die gewünschte Vorspannung exakt zu erreichen.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht durch die genannte Überwachung eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit, mit denen die erforderliche Vorspann­ kraft beim Schraubprozess erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine bessere Ausnutzung der Schrauben­ festigkeit und macht es überflüssig, die Schrauben aus Sicherheitsgründen überzudimensionieren.
Die dem vorliegenden Verfahren zugrundeliegenden Zusammenhänge bei der Berechnung der Laufzeitänderung als Funktion der Vorspannkraft σ aus den material­ spezifischen Kennwerten der Schraube ergeben sich aus der folgenden Gleichung:
(tσ - t0)/t0 = σ(A/C).
Dabei stellt t0 die Laufzeit dar, die in der unbelaste­ ten Schraube während des Eindrehens gemessen wird und tσ die Laufzeit in der belasteten Schraube während des Festziehvorganges. A und C sind Kombinationen der materialspezifischen elastischen Konstanten II. (λ, µ) und III. Ordnung (l, m, n), die in Voruntersuchungen ermittelt werden bzw. schon für viele Schrauben­ qualitäten ermittelt wurden. Hierbei gilt folgender Zusammenhang:
A = 2(λ + µ) (4m + 5λ + 10µ + 21) - 2λ(21 + λ)
C = -4µ (λ + 2µ) (3λ + 2µ).
Die Konstanten λ und µ sind die werkstoffspezifischen Laméschen Konstanten, die die elastischen Konstanten Schubmodul und Elastizitätsmodul beschreiben. Die Konstanten l, m und n sind dem Fachmann unter dem Begriff Murnaghan-Konstanten geläufig.
Bei einer Ausgestaltung des vorliegenden Verfah­ rens, bei der durch Voruntersuchungen der material­ spezifische nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Zusammen­ hang abhängig von der Festigkeitsklasse der Schraube und der Herstellungstechnik ermittelt wird und die gewonnenen Kennwerte zur Berechnung der Schall-Laufzeit als Funktion der Vorspannung von überelastisch angezogenen Dehnschrauben herangezogen werden, müssen die obigen Beziehungen erweitert werden, so dass auch bei überelastischer Beanspruchung der Schraube die Änderung der Schall-Laufzeit theoretisch berechnet werden kann. Hierbei wird die obige Gleichung mit einem weiteren Term mit modifizierten elastischen Konstanten und einem quadratischen Spannungsausdruck erweitert.
Die Laufzeitmessungen während des Festziehvor­ ganges werden beim vorliegenden Verfahren vorzugsweise mindestens 100 mal pro Sekunde durchgeführt. Besonders vorteilhaft erweist sich hierbei eine Messdatenaufnahme von 200 und mehr Laufzeit-Einzelmessungen pro Sekunde, bei denen die Laufzeit mit einer relativen Genauigkeit von besser als 0,01% gemessen werden kann. Eine geeignete Messtechnik findet sich beispielsweise in der DE 39 05 956 A1.
Die Einkopplung der Ultraschall-Impulse in die Schraube kann in herkömmlicher Weise über eine speziell ausgestaltete Schraubernuss mit einem Ultraschall- Prüfkopf oder über die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte elektrische Ansteuerung von Schrauben mit darauf aufgebrachter piezoelektrischer Schicht erfolgen. Durch die heutzutage zur Verfügung stehenden Koppeltechniken und Koppelmedien zur Übertragung des Ultraschallpulses vom Prüfkopf in die Schraube und umgekehrt lässt sich eine hinreichend konstante Schalleinprägung auch bei Verwendung handelsüblicher Ultraschall-Prüfköpfe sicherstellen. Weiterentwicklungen in der Signalübertragungstechnik machen insbesondere die kontaktlose Signalübertragung in bzw. aus rotierenden Bauteilen möglich. Bei dem vorliegenden Verfahren wird vorzugsweise eine derart kontaktlose Signalübertragung zwischen dem Ultraschall- Prüfkopf im rotierenden Teil und dem feststehenden Teil der Schraubernuss eingesetzt. Die Übertragung zu einem Datenverarbeitungsgerät zur Auswertung der gemessenen Daten und Durchführung der Vergleiche kann auf her­ kömmliche Weise über Kabel erfolgen. Das Datenverarbeitungsgerät beinhaltet hierbei insbesondere einen programmierbaren Mikroprozessor, der die Messdaten­ aufnahme steuert und den Online-Vergleich der gemessenen Laufzeitwerte mit vorher berechneten Messwertveränderungen, die aus den akusto-elastischen Kennwerten der zu verarbeitenden Schrauben berechnet und im Speicher abgelegt wurden, ermöglicht.
Beschreibung der Zeichnungen
Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Schraube mit aufgesetztem Ultra­ schall-Prüfkopf in Seitenansicht und Draufsicht; und
Fig. 2 ein Beispiel für die Abhängigkeit der Ultraschall-Laufzeit durch die Schraube von Drehmoment oder Drehwinkel oder Vorspannung oder Dehnung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und Draufsicht eine Schraube 1 mit Schraubenkopf 2, auf dem ein Ultra­ schall-Sender und -empfänger 3 zur Einkopplung von Ultraschall-Impulsen in Längsrichtung der Schraube und Empfang der am Schraubenende reflektierten Signale aufgesetzt ist. Ein derartiger Ultraschall-Sender ist vorzugsweise direkt in die Schraubernuss des ent­ sprechenden Verschraubungswerkzeuges integriert. Die unterschiedlichen Möglichkeiten der Ansteuerung dieses Prüfkopfes sowie der Weiterleitung der Daten sind dem Fachmann bekannt und spielen für die vorliegende Erfindung keine Rolle.
Zur prozessbegleitenden Bestimmung der Vorspann­ kraft beim Einschrauben einer derartigen Schraube wird ein handelsüblicher Ultraschall-Longitudinalwellen- Prüfkopf eingesetzt, der Ultraschallwellen mit einer Wiederholfrequenz von ca. 1 kHz sendet bzw. empfängt. Sobald der Prüfkopf 3 in mechanischem Kontakt mit dem Schraubenkopf 2 ist, wie in Fig. 1 schematisch darge­ stellt, wird die Laufzeit des Schallimpulses für das zweimalige Durchlaufen der Schraubenlänge gemessen. Ein in der Figur nicht gezeigter Mikroprozessor, an den die gemessenen Daten übermittelt werden, berechnet den Mittelwert t0 dieser Schall-Laufzeit aus einer parame­ trierbaren Anzahl von Einzelmessungen. Diese Messungen können während des Eindrehvorganges der Schraube, vor Beginn des Festziehvorganges, stattfinden. Bei mehreren Einzelmessungen kann die Größe der Standardabweichung zur Kontrolle der Schalleinprägung und Schallsignalform genutzt werden, um Hinweise auf eine schlechte Ankopplung zu geben.
Nach der Eindrehphase der Schraube 1 erhöht sich die Ultraschall-Laufzeit t als Folge der durch die wirkende Zugspannung in der Schraube verursachten Dehnung. Fig. 2 veranschaulicht diesen Zusammenhang anhand der theoretisch ermittelten Kurve 5, die anhand der werkstoffspezifischen, akusto-elastischen Kennwerte der Schraube 1 vorausberechnet und im Mikroprozessor abgelegt wurde. Diese Kurve 5 zeigt sehr gut den linearen Zusammenhang zwischen Dehnungs- oder Spannungserhöhung in der Schraube und der Laufzeit­ zunahme.
In der Figur ist weiterhin die Abhängigkeit der gemessenen Laufzeiten als Funktion eines Schraub­ parameters (hier: dem Drehmoment oder dem Drehwinkel) zu erkennen (Kurve 4). Aus einer parametrierbaren Anzahl von Einzelmessungen der Laufzeit t als Funktion des Drehmomentes oder eines anderen Prozessparameters, beispielsweise des Drehwinkels, wird die Bestgerade berechnet und deren Steigung mit der im Rechner abgelegten Steigung der berechneten Kurve 5 verglichen. Eine signifikante Abweichung macht auf Unregelmäßig­ keiten aufmerksam. Solche Abweichungen können beispielsweise durch erhöhte Reibverluste, insbesondere durch Gewindeschäden und/oder durch eine von der Vorgabe abweichende Festigkeit der Schraube, verursacht sein.
Aus der für die individuelle Schraubverbindung notwendigen bzw. vorgebbaren Vorspannkraft, den materialspezifischen Kennwerten und der Laufzeit t0 der Ultraschall-Impulse in der unbelasteten Schraube wird die Laufzeit tσ berechnet, die der gewünschten Vorspannkraft entspricht. Sobald die gemessene Laufzeit t den für die individuelle Schraubverbindung vorher­ bestimmten Laufzeitwert tσ erreicht hat, wird der Schraubermotor abgeschaltet.
Im Bereich der Streckgrenze weicht die gemessene Laufzeitkurve mehr oder weniger stark von der ideal linear-elastisch gerechneten Geraden ab. Dies ist in der Fig. 2 mit zunehmender Spannung zu erkennen. Abhängig von der Herstellungsvariante und Festigkeit der Schraube kann diese Abweichung vom linearen Verlauf auch nach oben, d. h. zu größeren Laufzeiten, gerichtet sein. Diese materialspezifische Veränderung kann für Schrauben verschiedener Herstellungsvarianten und Festigkeitsklassen in vorangehenden Untersuchungen experimentell ermittelt werden, so dass aus der Abweichung der gemessenen Veränderung von der linear­ elastisch gerechneten Geraden die Vorspannkraft auch bei Schrauben bestimmt werden kann, die in den Bereich der Streckgrenze angezogen werden (überelastische Beanspruchung).
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Schraube
2
Schraubenkopf
3
Ultraschall-Sender- bzw. -Empfänger-Prüfkopf
4
Gemessene Laufzeitdaten
5
Theoretisch berechnete Laufzeitdaten

Claims (9)

1. Verfahren zur Überwachung eines Schraubvorganges bei der Herstellung einer Schraubverbindung mit einer Schraube, bei dem
unter Einsatz einer Impuls-Echo-Technik vor Beginn und während des Festziehvorganges der Schraube vom Schraubenkopf ausgehend wiederholt Ultraschall-Impulse in die Schraube eingekoppelt und die Laufzeiten der Ultraschall-Impulse über die Länge der Schraube gemessen werden;
vor Beginn des Festziehvorganges ein oder mehrere Werte für die Änderung der Laufzeit der Ultraschall-Impulse als Funktion einer Vorspannung der Schraube abgespeichert werden;
dadurch gekennzeichnet, dass
die ein oder mehreren Werte für die Änderung der Laufzeit als Funktion der Vorspannung aus den materialspezifischen Kennwerten der Schraube und der ein- oder mehrmals gemessenen Laufzeit berechnet werden;
während des Festziehvorganges ein oder mehrmals ein Wert für das Verhältnis einer Laufzeitänderung zu einer Änderung eines die Vorspannung der Schraube beeinflussenden Schraubparameters ermittelt wird; und
der oder die aus den Laufzeit-Messungen während des Festziehvorganges ermittelten Werte mit aus den gespeicherten Werten ermittelten Werten für das Verhältnis einer Laufzeitänderung zu einer Änderung der Vorspannung verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der aus den Laufzeit- Messungen ermittelten Werte von dem bzw. den gespeicherten Wert(en) der Schraubparameter beeinflusst wird, um eine erforderliche Vorspannung in einer vorgegebenen Prozesszeit zu erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Wertes liegende Abweichung der aus den Laufzeit-Messungen ermittelten Werte von dem bzw. den gespeicherten Wert(en) angezeigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Festziehvorgang bei einer oberhalb oder unterhalb eines vorgebbaren Wertes liegenden Abweichung der aus den Laufzeit-Messungen ermittelten Werte von dem bzw. den gespeicherten Wert(en) abgebrochen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer vorgebbaren Soll-Vorspannung der Schraube, den materialspezifischen Daten der Schraube und der gemessenen Laufzeit vor Beginn des Festziehvorgangs eine Soll-Laufzeit berechnet, die jeweils gemessene Laufzeit mit der Soll- Laufzeit verglichen und bei Erreichen der Soll- Laufzeit der Festziehvorgang gestoppt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die materialspezifischen Kennwerte, abhängig von der Festigkeitsklasse der Schraube und der Herstellungstechnik, durch Voruntersuchungen ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Voruntersuchungen der material­ spezifische nichtlineare Spannungs-Dehnungs- Zusammenhang, abhängig von der Festigkeitsklasse der Schraube und der Herstellungstechnik, ermittelt wird, und die gewonnenen Kennwerte zur Berechnung der Schall-Laufzeit als Funktion der Vorspannung von überelastisch angezogenen Dehnschrauben herangezogen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeitmessung mindestens 100 mal pro Sekunde erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Einkopplung und den Empfang der Ultraschall-Impulse ein Ultraschall-Prüfkopf und für die Durchführung des Schraubvorgangs eine Schrauberspindel mit rotierendem und feststehendem Teil eingesetzt wird, wobei die Übertragung elektrischer Signale zum und vom Ultraschall- Prüfkopf kontaktlos zwischen dem rotierenden Teil und dem feststehenden Teil der Schrauberspindel erfolgt.
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