Vorspann­kraft­mess­system flexSonic

Das Funktionsprinzip einer Schraubverbindung besteht im Aufeinanderpressen der zu verbindenden Teile. Die Prozesskraft ergibt sich im Wesentlichen aus der Vorspannkraft der Schraube. Die Vorspannkraft ist die qualitätsbestimmende Kenngröße für jede Schraubverbindung. Der Bruch der Schraube oder das Lösen der Schraubverbindung sind die beiden extremen Folgen einer falsch eingestellten Schraubenvorspannkraft.

Es ist allgemein anerkannt, dass der Einfluss der von der Vorspannkraft verursachten Dehnung oder Spannung auf die Laufzeiten von Ultraschallwellen die Möglichkeit bietet, die Vorspannkraft, die Dehnung oder die Längung einer Schraube zu bestimmen. In Kombination mit dem sogenannten „akusto-elastischen Effekt“ erfolgt bei unserem System flexSonic die Steuerung des Schraubwerkzeugs in Abhängigkeit der Schraubenvorspannkraft. Dabei können Sie auf Ihre Standard­schrauben setzen und müssen keine speziellen (teuren) Schrauben einsetzen.


  • Auswertung der Ultraschallausbreitung durch Einsatz ausgesuchter Ultraschallwandler
  • Integration des Ultraschallwandlers in die Schraubernuss unter Beachtung der Tauglichkeit für die Großserienproduktion
  • berührungslos arbeitendes Signalübertragungsmodul · automatisierte Messung und Auswertung
  • Steuerung des Schraubwerkzeugs bzw. des Schraubprozesses anhand der erfassten Laufzeit-Messergebnisse
  • kontinuierlicher Vergleich mit berechneter Kennlinie

Technische Einzelheiten sowie die Beschreibungen des Systems und des Verfahrens sind im speziellen EST-Prospekt flexSonic enthalten.

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FAQ - EST flexSonic

Welche Genauigkeiten (Geometrieanforderungen, Ebenheiten, Planlauffehler) muss die Schraube haben?
  • Die Reflexionsfläche: Sägerauhe Oberfläche
  • Einkoppelfläche: Schmiedeoberfläche
  • Planlauffehler ist schraubfallabhängig – je länger die Schraube, desto empfindlicher das System
Wie wird die Qualifizierung für einen spezifischen Anwendungsfall gemacht?
Projektspezifisch, mehrere Schraubfälle ähnlichen Typs (bspw. Durchmesser & Klemmlänge) lassen sich mit wenig Aufwand gemeinsam abdecken.
Wie groß ist die minimale Klemmlänge bei dem Messverfahren?
Klemmlänge ab 20mm und Klemmlänge zu Durchmesserverhältnis ab ca. 2:1
Was ist der kleinste Schraubendurchmesser bei dem das Messverfahren funktioniert?
Ca. ab M8 – ein kleinerer Anwendungsfall muss gesondert betrachtet werden.
Funktioniert das Messverfahren auch bei Schrauben mit Innenangriff (bspw. TORX, TORX Plus)?
Nein, nur bei sehr großen Schrauben > M32
Können mit dem Messverfahren auch Langzeitmessungen gemacht werden?
Ja, wenn Nullmessung und die Messtemperatur gespeichert werden. Aufgrund der Änderung der Schallgeschwindigkeit in Abh. der Temperatur.
Kann mit dem Messsystem auf der Kopf- & der Fußseite gemessen werden?
Auf beiden Seiten, wenn Ebenheit (s.o.) für Ankopplung gewährleistet ist.
Kann man auch die Vorspannkraft von verspannten Schrauben messen?
Nur, wenn Nulllaufzeit bekannt ist.
Gibt es einen Einfluss der Schalllaufzeit durch die Schraubenbeschichtung?
Nein. Ausschließlich bei dicken Acryllacke ist die Schalldämpfung zu stark. Das hat jedoch keinen Einfluss auf die Schalllaufzeit, sondern nur auf die nicht auswertbare Signalstärke.
Welche Messgenauigkeit im Hinblick auf Vorspannkraft besitzt Ihr Messverfahren (flexsonic)?
±5%
In welchen Temperaturbereich funktioniert das Messverfahren?
Der optimale Bereich liegt bei 5-40°C. Alle Anwendungsfälle außerhalb dieses Bereichs müssen gesondert bewertet werden.
Bis zu welchen Temperaturen (+/-) kann mit dem Messkopf gemessen werden?
Mit Standard-Piezo bis ca. 55°C. Mit aktiven Kühlsystemen ggf. höher.
Wie empfindlich ist das Messsystem auf Temperaturänderungen?
Wenn Null-Laufzeit und Temperatur gemessen wird, gar nicht. Es ist lediglich eine lineare Kompensation spezifisch fürs Schraubenmaterial nötig.
Wie wird die Temperatur der Schraube gemessen?
Bei Bedarf mit PT-Element oder Infrarot-Thermometer an der Schraube oder Bauteil (konst. T vorausgesetzt).
Kann unter Raumtemperatur die Vorspannkraft gemessen werden und können dann weitere Messungen bspw. bei +150°C durchgeführt werden?
(s.o.) Hierzu sind aktiv gekühlte Wandler nötig.
Wie ist die genaue Funktionsweise der Kreuzkorrelationsmethode?
Das ist EST Know-How ;-)
Wie hoch ist die Gefahr/ Risiko durch falsche Bedienung/ Verkippen des Messkopfes eine Fehlmessung/ falsche Messung zu erhalten?
Auf der Basis aktueller intelligenter Algorithmen lassen sich Fehlmessungen durch Training anhand der Zielverschraubung annähernd ausschließen.
Was sind die Kosten für Ihr Messsystem?
Projektspezifisch
Gibt es schon eine Serienanwendung Ihres Systems für ein vorspannkraftgesteuertes Schraubverfahren?
  • Verschraubung Achsschenkel
  • Prüfstände für Lenkgetriebe
  • Vielzahl einsatzfähiger Prototypen

Spannungsmessmethodik und Ultraschallelektronik in über 100 Systemen weltweit aktuell im Einsatz.

Ist die Messung im überelastischen Bereich möglich?
Die Längung der Schraube ist im überelastischen Bereich nicht mehr genau voraussagbar. Sobald der elastische Bereich verlassen wird, zeigt sich in der Laufzeitkurve eine Krümmung. Plastifizierung ist stark abhängig von der Herstellungsart, weniger vom Werkstoff.
Nach Ende des elastischen Bereichs, ist ein Zuschlag der Schallaufzeit zur Abschaltung des Schraubsystems möglich (bspw.+30ns Kundenvorgabe).
Ist eine inverse Anwendung ebenfalls möglich?
Ist möglich, wenn Schraube elastisch angezogen wird.

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