DE19625816C1

DE19625816C1 - Verfahren zur Kraftmessung an Spanngliedern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19625816C1
Application number: DE1996125816
Authority: DE
Inventors: Damian Dipl Ing Nowak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2016-06-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckkraftmessung mittels einer Kraftmeßzelle und eines Impuls-Echo-Meßverfahrens und eine Vor richtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 10.

Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Kraftmessung bekannt, unter anderem ein Verfahren zur Schraubenspannungsmes sung, welches nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeitet und den aku stoelastischen Effekt in einem mit Spannung beaufschlagten Körper ausnutzt (Firmenschriften: Krautkrämer GmbH & Co., Hürth; GK41(90) SD und SD275(101)HDS).

Aufgabe der Erfindung ist es, dies Verfahren und die entsprechende Vorrichtung weiter zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffs merkmalen erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 10 angegebenen technischen Lehren vermittelt.

Der besondere Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die Kosten für im Bauwerk zurückbleibende Komponenten erheblich reduziert werden können, da nur die ringförmigen Federkörper aus Metall im Bauwerk verbleiben und die Meßwertaufnehmer nach erfolgter Messung abge nommen werden können. Weiterhin kann ein Meßwertaufnehmer nach einander an mehreren Federkörpern verwendet werden, so daß die Spannkraftmessung auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise an mehreren Spanngliedern erfolgen kann und nicht als Gütenachweis der getroffenen Maßnahmen nur an einigen wenigen Spanngliedern durch geführt wird.

Der Meßwertaufnehmer besteht aus einem Ultraschallprüfkopf, der auf eine Einschallfläche eines axial belasteten ringförmigen Federkörpers aufgesetzt wird und eine in Belastungsrichtung schwingende Transver salwelle in diesen einleitet, die sich an seinen Außenrändern reflektie rend durch den Körper hindurch fortpflanzt und an dessen Ende von einer speziell ausgebildeten Reflexionsfläche zurückgeworfen wird. Die ses zurückgeworfene Echo wird vom Empfänger, der mit dem Ultra schallprüfkopf identisch sein kann, aufgefangen. Durch einen Vergleich der unterschiedlichen Werte eines in einer Druckprüfmaschine kallibrier ten Federkörpers und des verspannten Federkörpers kann aufgrund der unterschiedlichen Schallgeschwindigkeiten in verschieden belastetem Material die vorhandene Spannkraft berechnet werden.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn im Ultraschallprüfkopf oder an dem Federkörper mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, des sen gemessene Werte mit in die Berechnung einbezogen werden, da die Schallgeschwindigkeit sich in Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur nicht unwesentlich ändert, so daß dieser Temperatureinfluß kompensiert werden kann.

Die Transversalwelle wird bevorzugterweise senkrecht zur Kontaktfläche eingeschallt, insbesondere so, daß der Schallweg in einem Abstand von 1/6 bis 1/3 der Dicke des Federkörpers an der Innenwand des Feder körpers vorbeigeführt wird und nur innen an der Außenwand reflektiert wird. Aufgrund hoher Energieverluste ungeeignete Zick-Zack-Verläufe der Schallwellenwege zwischen Außen- und Innenfläche des Federkör pers können so vermieden werden.

Eine besonders vorteilhafte Frequenz liegt bei 2 MHz. Als eine von den Amplituden unabhängige Meßmethode wird bevorzugt die Nulldurch gangsmethode angewandt.

Vorteilhafte Ultraschallmeßgeräte sind z. B. Schraubenspannungsmesser, bei denen das erste Rückwandecho als Meßsignal benutzt wird, oder Materialfehlersuchgeräte, die als Meßsignal auch das zweite oder dritte Rückwandecho nutzen können. Die mittelstark bedämpften Ultraschall prüfköpfe werden mittels spezieller Koppelpasten oder Honig an den Federkörper angekoppelt, oder aber mittels Kleber auf der Kontaktfläche aufgeklebt, was jedoch eine erhöhte Abnutzung des Prüfkopfes bei mehrmaligem Lösen zur Folge hat. Eine zu hohe Bedämpfung des Prüf kopfes ist wegen der geringen Impulsenergie ungeeignet und eine zu schwache Bedämpfung wegen der langsam ansteigenden Rückwan damplitude und eines dadurch nicht ausreichend eindeutigen Signals.

Bei einer automatischen Messung mit einem Schraubenspannungsmesser kann die über den Temperatursensor erfaßte Temperatur des Federkörpers berücksichtigt und der Meßwert auf eine Referenztemperatur von 22°C umgerechnet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich zu sammen mit den weiteren Unteransprüchen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kraftmeßzelle,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kraftmeßzelle entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 in einer Teilansicht,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Kraftmeßzelle und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Kraftmeßzelle nach Fig. 3 entlang der Linie 4-4 in einer Teilansicht.

Die Vorrichtung zur Druckkraftmessung mittels einer Kraftmeßzelle und einem Impuls-Echo-Verfahren besteht aus einem Federkörper 1 und ei nem zumindest während der Messung aufgesetzten Ultraschallprüfkopf 2, wobei der Federkörper 1 ringförmig ausgebildet ist und einen recht eckigen Querschnitt mit einem Seitenverhältnis von Höhe zu Dicke von 2 zu 1 aufweist.

Der Federkörper 1 ist als geschlossener Ring ausgebildet, besteht aus Baustahl, Federstahl oder hochfestem nichtrostendem Stahl und ist in einer tangentialen Richtung mit einer Ausnehmung versehen, die einen ebenen Boden zur Befestigung des Ultraschallprüfkopfes 2 besitzt. Die geschlossene Ringform verbessert die mechanische Stabilität, es sind je doch auch offene Ringe denkbar. Als Oberflächenbeschaffenheit ist eine Güte nach DIN 7168: f (fein) ausreichend, so daß kein Schleifen der Oberfläche erforderlich ist.

Die Einschallfläche 6 ist so ausgerichtet, daß die Transversalwelle 7 in einem Abstand von 1/6 bis 1/3 der Dicke des Federkörpers 1 an der Innenwand vorbeigeführt und nur an der Innenseite der Außenwand reflektiert wird, bis sie nach einem fast kompletten Ringdurchlauf an der Reflexionsfläche 4, 4′ auftrifft, die ihrerseits wieder so gestaltet ist, daß das Rückwandecho nicht an der Innenseite des Federkörpers 1 reflektiert wird.

Der Ultraschallprüfkopf 2 ist als Senkrechtprüfkopf ausgebildet und be sitzt einen Schwinger mit den Abmessungen 9 × 9 mm. Vorteilhafterweise übernimmt der Ultraschallprüfkopf 2 die Sender- und Empfängerfunktion und weist einen integrierten Temperatursensor 3 auf. Letzterer kann auch separat an dem Federkörper 1 angeordnet sein. Zur Absicherung gegen mechanische Beschädigung können Ultraschallprüfkopf 2 und Temperatursensor 3 auch in einem Schutzrohr 5 angeordnet sein, wel ches in die Ausnehmung des Federkörpers 1 eingeklebt ist. Das Schutz rohr 5 ist insbesondere dann notwendig, wenn die Meßvorrichtung ein betoniert wird. An das Schutzrohr 5 wird ein weiteres Rohr aus Kunststoff angekoppelt, das über die Betonoberkante hinausragt, bzw. auf eine geeignete Länge vor Ort abgeschnitten wird. Durch das Rohr läßt sich der Ultraschallprüfkopf 2 nach der Messung mit Hilfe eines speziellen Schlüssels lösen.

Claims

1. Verfahren zur Druckkraftmessung mittels einer Kraftmeßzelle und eines Impuls-Echo-Meßverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallprüfkopf (1) auf eine Einschallfläche (6) eines axial belaste ten ringförmigen Federkörpers (2) aufgesetzt wird, der eine in Bela stungsrichtung schwingende Transversalwelle (7) in den Federkörper (1) einleitet, die von einer Reflexionsfläche (4) des Federkörpers (1) zurückgeworfen und als Echo von einem Empfänger aufgenommen wird, wonach aus den empfangenen Werten der Laufzeit und/oder der Amplitude und den bekannten Werten des in einer Druckprüfmaschine kallibrierten Federkörpers (1) eine Druckkraft errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transversalwelle (7) senkrecht zur Einschallfläche (6) eingeschallt wird.

3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schallweg in einem Abstand von 1/6 bis 1/3 der Dicke des Federkörpers (1) an der Innenwand vorbeigeführt und nur an dessen Außenseite und an der Reflexionsfläche (4) reflektiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Frequenz zwischen 1 und 10 MHz, insbeson dere 2 MHz verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Minimierung des Einflusses der Amplitudenän derung bei Belastung als Meßmethode die Nulldurchgangsmethode eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß mit dem Ultraschallprüfkopf (2) ein Schraubenspan nungsmesser und als Signal das erste Rückwandecho benutzt wird oder daß ein Materialfehlersuchgerät und als Signal das erste, zweite oder dritte Rückwandecho benutzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Ankopplung des Ultraschallprüfkopfes (2) Kop pelpasten, Honig oder Kleber auf der Kontaktfläche der Einschallfläche (6) aufgebracht werden.

8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß Temperatursensoren (3) die Temperatur des Feder körpers (1) erfassen und daß die Meßwerte auf eine Referenztempe ratur von 22°C umgerechnet werden.

9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ultraschallprüfkopf (2) mittelstark bedämpft ist.

10. Vorrichtung zur Druckkraftmessung mittels einer Kraftmeßzelle und eines Impuls-Echo-Meßverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßzelle aus einem Federkörper (1) und einem während der Mes sung aufgesetzten Ultraschallprüfkopf (2) besteht und daß der Feder körper (1) ringförmig und im Querschnitt rechteckig ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (1) als geschlossener Ring ausgebildet und mit einer in tangentialen Richtung verlaufenden Ausnehmung mit einem dazu rechtwinkligen Ausnehmungsgrund als Einschallfläche (6) für den Ul traschallprüfkopf (2) versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der Federkörper (1) aus Baustahl (St 52-3), Feder stahl oder hochfestem nichtrostenden Stahl mit einer Oberflächengüte nach DIN 7168: f (fein) besteht.

13. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkörper (1) im Bereich der Ein schallfläche (6) entgegengesetzt zur Einschallrichtung eine ebene oder gebrochene Reflexionsfläche (4) aufweist, die so ausgebildet ist, daß die Transversalwelle (7) nicht an der Innenseite des Federkörpers (1) reflektiert.

14. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallprüfkopf (2) als Senk rechtprüfkopf ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger eine Größe von 9 × 9 mm aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallprüfkopf (2) die Sender- und Empfängerfunktion übernimmt.

17. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallprüfkopf (2) in einem Schutzrohr (5) angeordnet ist, welches in der Ausnehmung im Feder körper (1) befestigt ist.

18. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Federkörper (1) und/oder am Ultra schallprüfkopf (2) und/oder in einem Schutzrohr (5) für den Ultra schallprüfkopf (2) ein Temperatursensor (3) angeordnet ist.