DE102017000651A1 - Method for detecting a crack in a screw - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Anrisses in einer ein Gewinde (5) mit mehreren Gewindegängen (6) aufweisenden Schraube (2), beim Belasten der Schraube mit einer Kraft. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass ein Dehnungsmessstreifen (11) in einer in die Schraube (2) eingebrachten Bohrung (8) auf Höhe eines maximal belasteten Bereichs der Schraube (2) positioniert und die somit gemessene lokale Dehnung der Schraube (2) abhängig von der die Schraube (2) belastenden Kraft ausgewertet wird, wobei ein Anriss der Schraube (2) festgestellt wird, wenn die Dehnung von einer linearen Abhängigkeit von der Kraft abweicht. Somit lässt sich der Anriss präzise und einfach detektieren.The present invention relates to a method for detecting a crack in a screw (2) having a thread (5) with a plurality of threads (6) when loading the screw with a force. Essential to the invention here is that a strain gauge (11) in a screw (2) introduced bore (8) positioned at the level of a maximum loaded area of the screw (2) and thus measured local elongation of the screw (2) depending on the Bolt (2) loading force is evaluated, wherein a crack of the screw (2) is detected when the strain deviates from a linear dependence on the force. Thus, the tear can be detected precisely and easily.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Anrisses in einer ein Gewinde aufweisenden Schraube beim Belasten der Schraube mit einer Kraft.The present invention relates to a method for detecting a crack in a threaded screw when loading the screw with a force.
Zur Planung des Einsatzes von Schrauben in unterschiedlichsten Anwendungen ist es wünschenswert, das Verhalten der Schraube unter einsatznahen Bedingungen zu testen und/oder vorherzusagen. Wünschenswert ist es insbesondere, ein Langzeitverhalten der Schraube zu bestimmen, um den Einsatz der Schraube in der jeweiligen Anwendung besser planen zu können.To plan the use of screws in a wide variety of applications, it is desirable to test and / or predict the behavior of the screw under near-field conditions. In particular, it is desirable to determine a long-term behavior of the screw in order to be able to better plan the use of the screw in the respective application.
Aus der
Von Vorteil ist es, ein Anrissverhalten von Schrauben zu bestimmen, insbesondere einen Anriss der Schraube zu detektieren, um beispielsweise eine maximale Last für die Schraube festlegen zu können. Hierzu ist es vorstellbar, die zu untersuchende Schraube mit einer steigenden Kraft zu belasten bis sie gänzlich gerissen bzw. gebrochen ist. Nachteilig hierbei ist, dass nach erfolgtem Riss bzw. Bruch der Schraube keine genaue Bestimmung der maximalen Last bzw. der maximalen Kraft, mit der die Schraube belastet werden kann, möglich ist. Darüber hinaus weisen viele Schrauben eine äußere Lage bzw. Schicht auf, welche es nicht erlaubt, einen solchen Riss zuverlässig zu erkennen.It is advantageous to determine a tear behavior of screws, in particular to detect a crack of the screw, for example, to be able to set a maximum load for the screw. For this purpose, it is conceivable to load the screw to be examined with an increasing force until it is completely torn or broken. The disadvantage here is that after the crack or breakage of the screw no accurate determination of the maximum load or the maximum force with which the screw can be loaded, is possible. In addition, many screws have an outer layer which does not allow such a crack to be reliably detected.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, ein Verfahren zum Detektieren eines Anrisses einer Schraube anzugeben, das sich durch eine erhöhte Präzision und/oder eine einfache Durchführung auszeichnet.The present invention therefore has for its object to provide a method for detecting a crack of a screw, which is characterized by an increased precision and / or a simple implementation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the subject of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Anriss in einer Schraube mit Hilfe zumindest eines Dehnungsmessstreifens zu detektieren, wobei aus dem lokalen Dehnungsverhalten der Schraube auf einen solchen Anriss geschlossen wird. Die Erfindung nutzt die Kenntnis, dass eine Schraube beim Belasten derselben mit einer Kraft zunächst eine im Wesentlichen lineare Abhängigkeit von der Kraft aufweist, die beim Entstehen bzw. Auftreten eines Anrisses von der linearen Abhängigkeit abweicht, so dass bei einer solchen Abweichung auf einen Anriss der Schraube geschlossen werden kann. Hierdurch kann ein solcher Anriss mit erhöhter Präzision und auf einfache Weise bestimmt werden. Die Schraube weist zweckmäßig ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde, mit mehreren Gewindegängen auf. Erfindungsgemäß wird zunächst eine Bohrung in die Schraube eingebracht. Die Bohrung erstreckt sich, vorzugsweise axial, von einer Stirnseite der Schraube in das Innere der Schraube. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Bohrung entlang einer Längsmittelachse der Schraube verläuft. Ist die Bohrung in der Schraube eingebracht, wird zumindest ein solcher Dehnungsmessstreifen in die Bohrung eingebracht, wobei zumindest ein solcher Dehnungsmessstreifen auf Höhe eines maximal belasteten Bereichs der Schraube positioniert wird. Hierbei wird die Kenntnis genutzt, dass ein solcher Anriss zunächst in einem solchen, maximal belasteten Bereich der Schraube auftritt. Insbesondere wird zumindest ein solcher Dehnungsmessstreifen auf Höhe eines ersten tragenden Gewindegangs des Gewindes positioniert, wobei die Kenntnis genutzt wird, dass der erste tragende Gewindegang des Gewindes gewöhnlich den maximal belasteten Bereich der Schraube bildet. Die Höhe bezieht sich insbesondere auf die Achse der Schraube, verläuft also in Axialrichtung. Zum Detektieren des Anrisses wird die Schraube mit der Kraft belastet, wobei die lokale Dehnung der Schraube mit dem zumindest einen auf der Höhe des maximal belasteten Bereichs positionierten Dehnungsmessstreifen gemessen wird. Ein solcher Anriss wird festgestellt, wenn die gemessene Dehnung von einer linearen Abhängigkeit von der die Schraube belastenden Kraft abweicht, insbesondere wenn die Dehnung einen Sprung aufweist.The present invention is based on the general idea to detect a crack in a screw by means of at least one strain gauge, which is concluded from the local expansion behavior of the screw on such an incipient crack. The invention takes advantage of the knowledge that a screw when loading the same with a force initially has a substantially linear dependence on the force that deviates from the linear dependence in the occurrence or occurrence of an initial crack, so that in such a deviation to a crack of the Screw can be closed. As a result, such a crack can be determined with increased precision and in a simple manner. The screw expediently has a thread, in particular an external thread, with a plurality of threads. According to the invention, a bore is first introduced into the screw. The bore extends, preferably axially, from an end face of the screw into the interior of the screw. It is particularly preferred if the bore runs along a longitudinal center axis of the screw. If the bore is introduced into the screw, at least one such strain gauge is introduced into the bore, wherein at least one such strain gauge is positioned at the level of a maximum loaded portion of the screw. Here, the knowledge is used that such an initial crack occurs in such a maximum loaded area of the screw. In particular, at least one such strain gauge is positioned at the level of a first bearing thread of the thread, taking advantage of the knowledge that the first bearing thread of the thread usually forms the maximum loaded area of the thread. The height relates in particular to the axis of the screw, that extends in the axial direction. In order to detect the crack, the force is applied to the screw, whereby the local elongation of the screw is measured with the at least one strain gauge positioned at the height of the maximum loaded area. Such a crack is detected when the measured strain deviates from a linear dependence on the force loading the screw, especially when the strain is cracked.
Die die Schraube belastende Kraft kann insbesondere eine Vorspannkraft sein. Die Kraft wird während der Messung der Dehnung der Schraube zweckmäßig variiert, insbesondere gesteigert und/oder oszilliert. Dabei kann das Anrissverhalten der Schraube abhängig von einer Schwingspielzahl bei definierter Kraft detektiert werden, insbesondere indem bei einer Abweichung der gemessenen Dehnung ein solcher Anriss festgestellt wird.The force loading the screw can in particular be a prestressing force. The force is expediently varied during the measurement of the elongation of the screw, in particular increased and / or oscillated. In this case, the tearing behavior of the screw can be detected as a function of a number of oscillation cycles with a defined force, in particular by determining such a tearing in the event of a deviation of the measured elongation.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird der maximal durch die Kraft belastete Bereich der Schraube zunächst numerisch bestimmt, wobei wenigstens ein solcher Dehnungsmessstreifen in der Bohrung auf Höhe des somit bestimmten maximal belasteten Bereichs positioniert wird. Dies ermöglicht eine präzisere Bestimmung des Anrisses der Schraube. Besonders bevorzugt wird der maximal durch die Kraft belastete Bereich der Schraube mit einer Finite-Element-Methode bestimmt, die ein einfaches und zugleich präzises Bestimmen des maximal belasteten Bereichs erlaubt.In preferred embodiments, the maximum area of the screw loaded by the force is first determined numerically, wherein at least one such strain gauge is positioned in the bore at the height of the thus determined maximum loaded area. This allows a more precise determination of the crack of the screw. Particularly preferably, the maximum loaded by the force region of the screw is determined with a finite element method that allows a simple yet precise determination of the maximum loaded area.
Vorzugsweise kommen zwei oder mehr solche Dehnungsmessstreifen zum Einsatz, welche jeweils in die Bohrung eingebracht und positioniert werden. Hierdurch können ein festgestellter Anriss auf Plausibilität überprüft und/oder Anrisse an unterschiedlichen Positionen der Schraube festgestellt werden. Preferably, two or more such strain gauges are used, which are each introduced and positioned in the bore. As a result, a detected crack can be checked for plausibility and / or cracks are detected at different positions of the screw.
Bevorzugt wird zumindest ein solcher Dehnungsmessstreifen, wie vorstehend beschrieben, zum Detektieren des Anrisses auf Höhe des maximal belasteten Bereichs positioniert. Zumindest ein weiterer solcher Dehnungsmesstreifen wird außerhalb des maximal belasteten Bereichs, insbesondere dazu axial bzw. in der Höhe versetzt, positioniert. Diese Positionierung des zumindest eines weiteren Dehnungsmessstreifens wird verwendet, um anhand der mit dem zumindest einen dort positionierten Dehnungsmessstreifen bestimmten lokalen Dehnung der Schraube die die Schraube belastende Kraft zu ermitteln. Somit ist es möglich, neben dem Anrissverhalten der Schraube auch die die Schraube belastende Kraft zu bestimmen. Es ist also nicht zwingend notwendig, eine bekannte Kraft vorzugeben oder die Kraft zuvor anderweitig zu bestimmen. Zudem lassen sich somit dynamische Kräfte ermitteln, wobei der Zusammenhang zwischen diesen dynamischen Kräften und dem Anriss und somit das Anrissverhalten bestimmt wird.Preferably, at least one such strain gauge, as described above, is positioned to detect the tear at the level of the maximum loaded area. At least one further such strain gauge is positioned outside the maximum loaded area, in particular offset axially or vertically. This positioning of the at least one further strain gauge is used to determine the force loading the screw on the basis of the determined with the at least one strain gauge local strain of the screw there. Thus, it is possible, in addition to the tear behavior of the screw to determine the loading force on the screw. It is therefore not absolutely necessary to specify a known force or otherwise determine the force beforehand. In addition, dynamic forces can be determined, whereby the relationship between these dynamic forces and the cracking and thus the cracking behavior is determined.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch:It show, each schematically:
In
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