Spannung von Drähten, Riemen, Seilen und Schrauben

Die Kontrolle der Spannung von Drähten, Garnen, Bändern, Antriebsriemen, Drahtseilen und Schrauben ist in vielen Fertigungs- und Betriebsprozessen ein entscheidender technologischer Kennwert. In Textil- und Ziehprozessen bestimmt die Materialspannung die geometrische und mechanische Qualität des Produkts. Bei Riementrieben ist die richtige Spannung entscheidend für Lebensdauer, Wirkungsgrad und Laufruhe. Bei kritischen Schraubverbindungen liefert die Überwachung der elastischen Dehnung der Schraube mit Ultraschall eine zuverlässigere Kontrolle als das Anziehen nach Drehmoment allein.

Prinzipien der Spannungsmessung

Mechanische Dreirollen-Spannungsmessgeräte nutzen die Auslenkung des Materials zwischen zwei Führungsrollen und einer beweglichen mittleren Rolle, die von einer kalibrierten Feder gehalten wird: Die Kraft, die nötig ist, um die mittlere Rolle in der Flucht zu halten, ist der Materialspannung proportional. Elektronische Spannungsmessgeräte verwenden hochempfindliche Dehnungsmessstreifen-Wägezellen mit digitaler Anzeige, Speicher und Datenausgang. Für Antriebsriemen kommen statische Verfahren (Auslenkung unter Last) und dynamische Verfahren (Schwingfrequenz) zum Einsatz, gemessen mit optischen oder taktilen Spannungsmessgeräten. Die Ultraschall-Überwachung der Schraubenvorspannung misst die Laufzeit eines UT-Impulses im Schaft vor und nach dem Anziehen: Die elastische Dehnung ergibt sich aus der Differenz, mit Genauigkeiten besser als 5 % bezogen auf die Axialkraft.

Gerätekategorien

Dieser Bereich umfasst tragbare mechanische Spannungsmessgeräte (mit einem oder drei Köpfen) für die Spannungsmessung an Drähten, Garnen und Fasern in Klassen von cN bis kN, elektronische Spannungsmessgeräte mit Speicher und Datenausgang, stationäre Ein- und Dreirollen-Geräte für die Einbindung in Produktionslinien, Spannungsmessgeräte für Keilriemen, Zahnriemen und mechanische Antriebsriemen, spezielle Geräte für Stahlseile, Zuganker und Tragseile, Sensoren, Anzeigegeräte und Messverstärker für kundenspezifische Anwendungen sowie Ultraschall-Schraubenvorspannungsmonitore für kritische Konstruktionen im Maschinenbau.

Anwendungsbereiche

Die wichtigsten Anwendungen liegen in der Textil- und Strickwarenindustrie (Kontrolle der Garnspannung in allen Verarbeitungsstufen), beim Ziehen von Metalldrähten und elektrischen Kabeln, bei der Herstellung von Kunststoffbändern und -folien, in der Instandhaltung industrieller Riementriebe, bei der Prüfung von Zugankern in Bauwerken (Brücken, Dächer, Antennen, Krane), bei der Überwachung von Abspannseilen und Tragseilen in der Infrastruktur sowie beim Anziehen kritischer Schrauben in Turbinen, Pumpen, Generatoren, petrochemischen und kerntechnischen Anlagen. Die UT-Messung der Schraubenvorspannung gilt heute in den Branchen als bewährte Praxis, in denen ein Versagen durch Ermüdung oder ein Vorspannkraftverlust katastrophale Folgen hat.

Normen

Für Antriebsriemen gelten die Norm DIN 7753 (Schmalkeilriemen) und die ISO 1081 für die Begriffe. Seile und Tragseile sind durch die EN 12385 (Begriffe und Einteilung) und durch die EN 1993-1-11 für die statische Berechnung geregelt. Die Ultraschall-Überwachung von Schrauben folgt der ASTM E1924 und branchenspezifischen Regelwerken (zum Beispiel PMI – Power Industry, ASME PCC-1). Die regelmäßige Kalibrierung der Spannungsmessgeräte erfolgt mit kalibrierten Massen oder mit nach ISO 17025 kalibrierten Referenzaufnehmern.

Auswahlkriterien

Die Wahl des richtigen Spannungsmessgeräts hängt vom Werkstoff ab (Garn, Band, Seil, Riemen, Schraube), vom Spannungsbereich (cN, N, kN, mehrere zehn kN), von der Dynamik des Prozesses (statisch oder bei hoher Geschwindigkeit), von der geforderten Genauigkeit, von Tragbarkeit oder Einbindung sowie von den Ausgangsschnittstellen. Ultraschall-Geräte für die Schraubenvorspannung erfordern eine Vorbereitung der Oberflächen und eine vorherige Ermittlung des akustischen Koeffizienten des Schraubenwerkstoffs. Die untergeordneten Seiten stellen jede Bauart ausführlich dar, mit Leistungskennwerten und Anwendungsbereichen.

Die Einbindung stationärer Spannungsmessgeräte in die Liniensteuerung erlaubt die automatische Regelung der Prozessspannung, verringert den Ausschuss und verbessert die Gleichmäßigkeit des Produkts. In den letzten Jahren hat sich zudem die drahtlose Übertragung der Messwerte von tragbaren Geräten an mobile Plattformen verbreitet, für eine unmittelbare Archivierung und Berichterstattung.