Großes Potential bei Schraub- verbindungen zur...

Großes Potential bei Schraub- verbindungen zur Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung Patrick Junkers – HYTORC – Barbarino & Kilp GmbH – Krailling bei München

6. Offshoretage in Heiligendamm vom 21. bis 22. März 2019

28.02.2019 2

Welche Schraubverbindungen werden in der Windkraft verwendet ?

HV - Schraubgarnituren

Hochfeste vorspannbare Schraubgarnituren

(Garnitur = Schraubbolzen + Mutter + U-Scheiben)

mit Korrosionsschutz i.d.R. Feuerverzinkung (tZn)

Festigkeitsklasse 10.9 mit Gewindetoleranz 6g + tZn

HV-Muttern Festigkeitsklasse 10 mit 6AZ Gewindeübermaß.

Werksseitig unter Prozessbedingungen mit einem

Schmiermittel auf Basis MoS2 beschichtet.

Das Innengewinde von HV-Muttern ist nicht feuerverzinkt und

lediglich durch die aufgebrachte Schmierung vor Korrosion

geschützt.

HV-Unterlegscheiben: Härteklasse 300HV – 370HV

mit Fase.

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Regelung von HV-Garnituren

Produkt HV-Garnituren

Abmessungen M12 – M36

DIN EN 14399-4 HV-Schraube und Mutter

DIN EN 14399-6 HV-Unterlegscheibe

Aktuelle Version 04 / 2015

Abmessungen M39 – M72

DASt-Richtlinie 021

in Anlehnung an die DIN EN 14399-1 planmäßig vorgespannte

Schraubverbindungen H = High Strenght akt. Version 09 / 2013

Bemessung nach DIN EN 1993-1-8 bzw. DIN EN 1993-1-8 / NA

Ausführung / Montage nach DIN EN 1090-2

(Ausführung von Stahltragwerken vorm. DIN 18800-7

jetzt Aufspaltung DIN EN 1090-1 und DIN EN 1090-2)

Warum sind Schraubgarnituren stets nur von einem und demselben Hersteller zu verbauen ?

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Anlieferungszustand von HV-Garnituren (k-Klasse K1 = 0,1 – 0,16)

Die k-Klasse beschreibt die Qualität der Schmierung im Anlieferungs-

zustand der vorspannbaren Schraubengarnitur ⇒ Auf ihrer Basis gewähr-

leistet der Schraubenhersteller, dass nach sachgemäßem Anziehen der

Garnitur die Schraube die gewünschte Vorspannkraft aufweist.

Da unterschiedliche Herstellungsverfahren und Schmierzustände sich

empfindlich auf die Reibwerte bzw. Vorspannkrafteigenschaften von

HV-Garnituren auswirken können, sind die Garnituren stets von einem und

dem selben Hersteller zu verbauen ! Eine zusätzliche Schmierung der

Einzelkomponenten der Garnitur durch den Anwender ist nicht zulässig !

Jegliche Änderungen des kalibrierten Anlieferungszustandes sowie

nicht sachgerechte Transport- und Lagerbedingungen führen

zu veränderten Eigenschaften und somit zu einer

möglichen undefinierten Reibung / Vorspannkraft.

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drehmomentgesteuertes Verschrauben Woher kommen die Anzugs-Drehmomente ?

Aber auch Schrauben-Hersteller geben Empfehlungen zum Anzugs-

Drehmoment, die dann als technisches Spezifikationsmerkmal

wirken.

drehmomentgesteuertes Verschrauben Woher kommen die Anzugs-Drehmomente ?

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Beispiel: Turmverschraubungen

Größe M36 = SW 60mm (HV)

Anziehmoment MA = 2.800 Nm

Regelvorspannkraft FV = 510 kN

( wird erreicht bei einer Reibzahl von ges.µ = 0,113 und

Schraubenauslastung: 70%)

Der Schrauben-Hersteller stellt sicher, dass für eine M36 mit 2.800 Nm

eine Vorspannung von 510 kN erreicht wird, und die Garnitur durch dieses

Moment nicht zerstört wird. Die Oberflächen sind feuerverzinkt und

geschmiert (K1). Anzugsmethode: Drehmomentverfahren gem. DIN

18800-7 jetzt DIN EN 1993-1-8-N/A

Warum können Schraubverbindungen versagen ? Faktor Mensch !

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I) fehlendes Prozessverständnis aufgrund mangelhafter oder

fehlender Qualifikation

II) Auswahlfehler (bei der Programmwahl) aufgrund unvollständiger

Tätigkeitsbeschreibung

III) Falsches Richtlinienverständnis aufgrund unklarer

Verantwortlichkeit

IV) Mangelhafte Sensibilisierung der Mitarbeiter durch

Führungskräfte

Warum können Schraubverbindungen versagen ? Faktor Technik !

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I) Falsche Auslegung und Berechnung der Schraubvebindung

II) Geringe Festigkeit der Mutter oder Schraube (Schraubenqualität)

III) Zu großes Gewindespiel

IV) Leichte Schrägstellung der Auflagefläche der Mutter

V) Abstützprobleme beim Verschrauben

V) Die Reibzahl ist zu gering oder zu hoch

- durch unzulässige zusätzliche Schmierung der

Einzelkomponenten

- durch fehlerhafte Aufbringung der Schmierung durch

den Schrauben-Hersteller

- wenn Schraubengarnituren feucht / nass werden

Schmierstoffe neigen dazu Wasser aufzunehmen

- durch unsachgemäßen Transport und Lagerung

der Schraubverbindungen

Fazit: Die Herstellung einer Schraubverbindung, sprich das Verschrauben ist ein komplexer Prozess ! Ishikawa

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Zitat vom VDI – Oktober 2015

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„Allerdings

werden „bereits heute und mit vorgezeichneter Gewissheit auch in Zukunft

die hohen Ansprüche an die Schraubtechnik hinsichtlich der

Prozessfähigkeit und der rechtlichen Absicherung noch steigen.

Dem Entwickler wird bereits in der Planungsphase die Verantwortung für

die richtige Auswahl der für seine Anforderungen geeigneten

Verbindungstechnik übertragen.

Diese Auswahl hat unmittelbare Auswirkungen auf die zu verwendende

Technik, die Prozessabsicherung, die Qualitätsüberwachung sowie auf die

finale Produkthaftung und dies alles unter dem Druck der Wirtschaftlichkeit“

Seit 01.02.2015: Richtlinie VDI/VDE-2862-Blatt 2

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VDI/VDE 2862-Blatt 2: Mindestanforderungen zum Einsatz von

Schraubsystemen und –werkzeugen: Anwendungen im Anlagen- und

Maschinenbau sowie für Flanschverbin-dungen an drucktragenden

Bauteilen. Diese hat zwei „Kernaussagen“

„Kernaussage“ 1:

Der Anwender muss lt. Richtlinie VDI/VDE 2862 Blatt 1 und Blatt 2 seine

Schraubverbindungen nach drei Risikoklassen bewerten.

Kategorie A: Hohe Risikobewertung, Gefahr für Leib und Leben oder

Umwelt

Kategorie B: Mittlere Risikobewertung, Funktionsstörung / Anlagenstillstand

Kategorie C: Niedrige Risikobewertung, Unkritisch


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„Kernaussage“ 2: Bei Risikoklasse A gilt folgende Mindestanforderung

an das Schraubsystem:

Direkt gemessene Steuergröße (Drehmoment, Drehwinkel, Längung,…)

Direkt gemessene Kontrollgröße (Drehmoment, Drehwinkel, Längung,)

Steuergröße und Kontrollgröße dürfen nicht gleich sein

Bereitstellung der Ergebnisse zur Weiterverarbeitung und die

Schraubsystemselbsttestfähigkeit

Redundanter Aufbau zum Erfassen der Steuer- und/oder Kontrollgröße

Alternativ kann bei diesem Punkt eine Plausibilitätskontrolle angewendet

werden


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„Kernaussage“ 2 ( Fortsetzung):

Bei Risikoklasse B gilt folgende Mindestanforderung an das

Schraubsystem:

Direkt oder indirekt gemessene Steuergröße (Druck, Drehmoment,

Drehwinkel,…)

Direkt oder Indirekt gemessene Kontrollgröße (Druck, Drehmoment,

Drehwinkel,…)

Steuergröße und Kontrollgröße sind erforderlich

Bereitstellung der Ergebnisse zur Weiterverarbeitung

Bei Risikoklasse C gilt folgende Mindestanforderung an das

Schraubsystem:

Direkt oder indirekt gemessene Steuergröße (Druck,

Drehmoment, Drehwinkel,…)

Fazit: Schraubverbindungen mindestens drehmo-mentgesteuert – drehwinkelüberwacht anziehen DGD

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Eigenschaften vom hydraulischen Verschraubungsverfahren:

Drehmoment gesteuert – Drehwinkel überwacht (DGD)

(1) Im DGD-Verfahren gibt es den Steuerwert Sollmoment.

(2)Die Kontrollgröße ist der erzielte Drehwinkelwert zum Prozessabschluss.

(3)Optional kann ein externer direkter Verfahrensparameter (externe

Zusatzelektronik) zur Prozessvalidierung mit eingebunden werden,

welcher über die Strom- oder Spannungsschnittstelle kontinuierlich

mitgemessen und als erreichter Maximalwert digital ausgegeben und

dokumentiert wird.

(4)Die Vorhub-/Rückhub- Steuerung läuft über das Sollmoment ab (der

Schrauberrückhub wird beim Erreichen des Sollmomentes oder am

Hubende eingeleitet)


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Eigenschaften vom hydraulischen Verschraubungsverfahren:

Drehmoment gesteuert – Drehwinkel überwacht (DGD)

(5) Der Spindelstillstand wird „direkt“ mittels Drehwinkelsensor beim Erreichen

des Sollmoments gemessen und der Schraubprozess beendet.

(6) Zur IO/NIO-Erkennung wird nach Abschluss der Verschraubung geprüft,

ob das parametrierte Drehmomentfenster und das Drehwinkelfenster erreicht

wurde. Zur Prozessvalidierung sind der Dokumentation die Drehwinkel- und

Momentenwerte und der grafische Anzugsverlauf hinterlegt.

(7) Die Prozessfähigkeit beginnt bei einem Drehmomentwertäquivalent

>100Bar (>14% vom Endmoment des Werkzeugs).

Hinweis: Bei der DGD-Standardausführung werden die Kate-

gorien A, B und C nach VDI / VDE-2862-Blatt 2 erfüllt.


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Fazit: Auszug Protokoll drehmomentgesteuert – drehwinkelüberwacht anziehen DGD

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Wie wäre es aber mit Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung ?

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Kostengünstiger werden bei

gleichzeitiger Qualitätssteigerung ! Und hier gibt es ein großes bislang noch nicht ausgeschöpftes

Potential bei Schraubverbindungen durch Einsatz neuer mobiler,

baustellentauglicher und felderprobter intelligenter Verschraubungssysteme

Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung mit dem hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Verfahren SGA

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mobil mit der Prozess- und Dokumentationspumpe ECO2Touch in

Kombination mit hydraulischen Standard-Drehmomentschraubern

Hier nutzt man den Umstand, dass beim Anziehen von SV durch gegen-

seitiges Verdrehen von Mutter und Schraubenbolzen nicht nur eine

AXIALSPANNUNG, sondern auch eine TORSIONSSPANNUNG

infolge der Gewindereibung beansprucht wird.

Das Fließen des Schraubbolzens beginnt dann dort, wo die Vergleichs-

spannung aus Zug- und Torsion die Werkstoff-Fließgrenze erreicht.

Unmittelbar nach erfolgter Vorspannung federt der Torsionsanteil zu

50% im Schraubenbolzen zurück. Dadurch sinkt bei verbleibender

Vorspannkraft die Vergleichsspannung, und die Streckgrenz

gesteuerte vorgespannte Verbindung gewinnt wieder eine

elastische Verbindungsreserve.

Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung mit dem hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Verfahren SGA

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Was bedeutet eigentlich Streckgrenze ?

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Ist im Kontext von Verschraubungen von „Streckgrenze“ die

Rede, ist an sich die Dehngrenze gemeint. Denn bei

technischen Werkstoffen wird statt der Streckgrenze in der

Regel die Rp0,2-Dehngrenze oder Elastizitätsgrenze Rp0,2

angegeben.

Fazit:

mit einem prozesssicheren mobilen hydraulischen

streckgrenzgesteuerten Anzugsverfahren:

- können Schrauben niemals abgerissen werden

- hat man stets eine ausreichende elastische

Verbindungsreserve

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Zitat aus „Schraubenverbindungen“ 4. Auflage Springer-Verlag Heinrich Wiegand, Karl-Heinz Kloos und Wolfgang Thomala

Das überelastische Anziehen von Schraubenverbindungen mit

Hilfe von streckgrenzüberschreitenden Montageverfahren

gestattet die optimale Ausnutzung der Schraube beim

Anziehen und führt zu maximal möglichen Montagevor-

spannkräften (Kapitel 8 ).

Da hochfeste Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 bis 12.9

ausreichende Zähigkeitseigenschaften besitzen, können sie

im Allgemeinen gefahrlos in den teilplastischen

Verformungsbereich vorgespannt werden.

Die Betriebshaltbarkeit der Verbindung wird nicht negativ

beeinträchtigt, sondern deutlich verbessert !!!

Oder anders ausgedrückt ( Quelle: Schraubfachausbildung DSV)

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Bei überelastischer Montage wie dem hydraulischen streckgrenz-

gesteuerten Verschrauben wird die Fließgrenze der Schraube

bewusst überschritten. Wichtig sind zwei Besonderheiten:

Durch Setzkraftverluste wird die Verbindung trotzdem elastisch

betrieben ( Rückfederung; oft kritisch eingeschätzt, falls keine

Erfahrung mit überelastischer Montage existiert – aber mittlerweile

seit Jahren etabliert )

Durch Torsionsspannungsrückgang im Betrieb entsteht eine

angehobene Fließgrenze, d.h. es entstehen neue Belastungs-

reserven ( daher ist eine überelastisch montierte Schraube

absolut betriebssicher)

Mit dem mobilen hydraulischen streckgrenzgesteuer-ten Schraubverfahren (SGA) können / kann

28.02.2019 24

- Schraubverbindungen von vornherein kleiner dimensioniert werden.

- Die Anzahl und Durchmesser der Schraubverbindungen reduziert

werden

- Standard HV-Schraubverbindungen weiterhin verwendet werden.

Fazit: Es sind also keine Sonderschrauben notwendig.

- Standard HV-Schraubgarnituren können wiederverwendet und

von verschiedenen Herstellern miteinander vermischt werden.

- Die Dauerschwingfestigkeit der Verbindung erhöht werden.

- Von Zertifizierern und Prüfbehörden anerkannt verschraubt werden.

- Richtlinien konform verschraubt werden ( ISO; VDI-2862-2 etc.).

- Mit einer absoluten Qualitätskontrolle dokumentiert verschraubt

werden.

- Bereits vorhandene hydraulische Standard-Drehmomentschrauber

verwendet werden.

Fazit: Mit dem mobilen hydraulischen streckgrenzge-steuerten Schraubverfahren (SGA) lassen sich:

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Im Zusammenspiel mit einer fachgerecht dauerfesten Auslegung der Verbindungs-

elemente können: ganze Komponenten insgesamt kleiner, schlanker und leichter

konstruiert und somit von vornherein deutlich kostengünstiger hergestellt werden.

ist der Weg zur wartungsarmen / -freien Standard-Schraubverbindung mit

Standard-Werkzeugen möglich.

Der Zweck von Schraubverbindungen wird sicher gestellt: Nämlich zwei oder

mehrere Komponenten so zu verbinden, dass diese sich unter allen vorkommenden

Betriebskräften stets wie ein Teil verhalten !

Selbst lackierte Bauteile lassen sich mit dem STRECKGRENZ gesteuerten Anzugs-

verfahren (SGA) prozesssicher Verschrauben !!! Denn:

- Es wird stets eine Vorspannkraft in ausreichender Höhe prozesssicher erzeugt

- Es entsteht ein Kraftfluss in der lackierten Verbindung

- Ein mögliches Gleiten in der Trennfuge wird von vornherein

durch den erzeugten Reibschluss vermieden

Wie funktioniert hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) in der Praxis ?

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Um Standard HV-Schraubverbindungen prozesssicher Streckgrenzen

gesteuert im Feld anzuziehen und um allen Anforderungen nach VDI/VDE

2862-Blatt 2 im Sinne von Industrie 4.0 gerecht zu werden besteht ein

mobiles, praxistaugliches hydraulisches Verschraubungssystem aus einer

Prozess- und Dokumentationspumpe in Kombination mit Standard

hydraulischen Drehmomentschraubern mit Drehwinkelsensoren zur

Erfassung, Analyse und Kontrolle sämtlicher Schraubvorgänge.


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Mobiles felderprobtes Streckgrenzen gesteuerte Anziehen mit

hydraulischen Standard Vierkant- und Wechselkassetten-

Drehmomentschraubern ab 60 Nm bis 190.000 Nm mit abnehmbaren

Drehwinkel-Sensoren (wegen der Prozesssicherheit ) UND …..


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…..in Kombination mit der Prozess- und Dokumentationspumpe

ECO2Touch / 230 Volt bzw. 400 Volt

+ =

Standard-Eco-Pumpe Touch-Control-Unit ECO2Touch-Pumpe

Hinweis: Eine bereits vorhandene Standard-ECO-Pumpe / 230 Volt /

400 Volt, kann ohne Probleme später auf eine Prozess- und

Dokumentationspumpe ECO2Touch umgerüstet werden !


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Mögliche Anzieh- und Analyseverfahren

(1)drehmomentgesteuertes Anziehen (*indirekt!)

(2)drehmomentgest. drehwinkelüberw. Anziehen

(3)drehmomentgest. streckgrenzüberw. Anziehen

(4)Drehmoment-Drehwinkelgesteuertes Anziehen

(5)vorspannkraftgesteuertes Anziehen (*indirekt!)

(6)streckgrenzgesteuertes Anziehen

(7)streckgrenzgesteuertes drew. überw. Anziehen

(8)externe Prozesssteuerung mit Drucksteuerung

mit Standard Industrieschnittstelle 0..10V / 0..20mA

- Sequenzer (Verkettung von Schraubprogrammen)

- Drehmoment-Analysetool

* Standardausführung - Erweiterbarkeit ist gegeben

hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel

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WEA-Onshore-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm mit

HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-20 MXT

streckgrenzgesteuert angezogen !


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Ausschnitt:

Flanschverschraubung vier Stück WEA-Schraubverbindungen M72

für Offshore-Windkraftanlagen

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WEA-Onshore-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm mit

HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-20 MXT

streckgrenzgesteuert angezogen ! Bei dieser SV wurde ein

Drehomoment: 18.805 Nm benötigt. Die lineare

Steigung betrug hier: 147,5 N pro Grad


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2

5

6

Gesamtprotokoll aller streckgrenzgesteuert angezogenen Onshore

WEA-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm.

ALLE angezogenen SV waren in der Streckgrenze vor Rp0,2

Streckgrenze OK

Streckgrenze OK


28.02.2019 34

WindEnergy-Hamburg 2018: Testbock-Verschraubung fünf Stück WEA-

Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuerverzinkt für

Windkraftanlagen stets wiederverwendet


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WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben

Testbock-Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV

feuerverzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet


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WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-

Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-

verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet


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Gesamtübersicht aller vier hydraulisch streckgrenzgesteuerter Schraubenverläufe


28.02.2019 38




statistische SGA-Auswertung der von Schraube zu Schraube einzeln aufgebrachten Drehmomente


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statistische SGA-Auswertung der von Schraube zu Schraube einzeln aufgebrachten Drehwinkel


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statistische SGA-Auswertung der von Schraube zu Schraube einzeln aufgebrachten linearen Steigungen


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verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet Schrauben-Nr: 1 2 3 4 5

L0 287,55mm 287,75mm 287,24mm 287,26mm 287,48mm

L1 287,71mm 287,92mm 287,38mm 287,58mm 287,69mm

L2 287,86mm 288,10mm 287,56mm 287,65mm 287,52mm

L3 288,02mm 288,25mm 287,74mm 287,75mm 287,54mm

L4 288,18mm 288,35mm 287,94mm 287,90mm 288,71mm

L5 288,20mm 288,45mm 288,16mm 287,92mm 288,80mm

L6 288,27mm 288,64mm 288,41mm 288,01mm

L7 288,50mm 288,69mm 288,21mm

L8 288,61mm 288,45mm

L9 288,87mm


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und als „Schmankerl“ - prozesssicheres Verschrauben

ohne Reaktionsarm und Gegenhalteschlüssel dank

verdrehsicherer Unterlegscheiben

Vorteile des hydraulischen streckgrenzgesteuerten Anziehverfahrens (SGA)

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Anziehfaktor αA = 1,0 Zitat VDI2230: Die Vorspannkraftstreuung wird wesentlich

bestimmt durch die Streuung der Streckgrenze im verbauten Schraubenlos. Die

Schrauben werden hier für FMmin dimensioniert; eine Auslegung der Schrauben für

FMmax mit dem Anziehfaktor αA entfällt deshalb für diese Anziehmethode.

Max. Vorspannkraft: Die Schraube erreicht beim Anziehen auf Grund der Belastung

auf Zug und Torsion ihre individuelle Streckgrenze. Durch den Wegfall der Torsions-

belastung beim beenden des Anziehvorgangs wird eine Vorspannkraft von ca. 90% von

Rp0,2 erreicht.

Reibwertunabhängig: Unabhängig von der Reibung wird jede Schraube bis zur

Streckgrenze belastet. Unterschiedliche Reibbeiwerte führen lediglich zu einer

Veränderung der Torsionsbelastung in der Schraube und damit nur zu einer

Vorspannkraftstreuung kleiner± 5%

Keine Sonderschrauben: Das Anziehverfahren kann sowohl am Schrauben-

kopf, als auch an der Mutter angewendet werden.


28.02.2019 44

Wiederverwendbar : Da das Verfahren sicher vor Rp0,2 abschaltet, können die

Verbindungselemente wiederverwendet werden.

Verschiedene Hersteller: Schrauben und Muttern von verschiedenen Herstellern

können problemlos vermischt werden, da jede Schraube auf ihre individuelle

Streckgrenze angezogen wird, gibt es keine Einschränkungen bei der Wahl der

Lieferanten.

Geringste Setzverluste: Da sich alle Bauteile ständig im Kraftfluss befinden und eine

besonders hohe Vorspannkraft erreicht wird, hat dieses Verfahren die geringsten

Setzverluste.

Anerkanntes Verfahren: Das streckgrenzgesteuerte Anziehen wird seit Jahrzenten

eingesetzt – beispielsweise im PKW und Nutzfahrzeugbau

Erfüllt VDI 2862: Erfüllt die Anforderungen der VDI 2862 für alle Verschraubungen.


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Dokumentation: Jeder Schraubvorgang wird über Drehmoment

und Drehwinkel dokumentiert

Qualitätskontrolle: Da nicht nur die Schraube sondern die gesamte Verbindung

beim Anziehen „vermessen“ wird, werden Abweichungen in der Qualität sofort

erkannt.

Dauerschwingfestigkeit: Auf Grund des hohen Vorspannkraftniveaus erhöht sich

auch die Dauerschwingfestigkeit der Verbindung.

Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):

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Warum sollte ein Konstrukteur überhaupt das SGA-Verfahren betrachten ?

Das hydraulische streckgrenzgesteuerte Anziehen ist ein Verfahren, das mit dem

Drehmoment-Drehwinkel-Gradienten einen besseren Indikator für die Verspann-

höhe als das Drehmoment nutzt. Daher ist das SGA-Verfahren erheblich genauer,

auch bei schwierigen Schraubfällen.

Wenn das SGA-Verfahren richtig eingesetzt wird, gibt es bei den Schraubfällen, bei

denen es zur Anwendung kommt, keine Montageprobleme mehr. Die Gesamt-

kosten der Schraubfälle sinken.

Wieso kann man eine bereits streckgrenzgesteuert angezogene Schraubver-

bindung im Betrieb noch weiter belasten ?

Eine überelastisch angezogene Schraubverbindung setzt nach Wegnahme des

Verschraubungswerkzeuges sofort neue Belastungsreserven frei.

Trotz überelastisch montierter Schraube wird die Verbindung nur elastisch

betrieben.


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Welche Betriebslast kann die Schraube noch ertragen ?

Trotz überelastisch montierter Schraube wird die Verbindung nur elastisch

betrieben. Aufgrund diesem Mechanismus heraus können so hohe Betriebslasten

übertragen werden, dass die Trennfuge der Verbindung abhebt oder abgleitet,

wenn man eine duktile (Dultilität = plastische Verformbarkeit eines Materials) Schraubenver-

bindung mit Plastifizierungsmöglichkeit erstellt. Derart hohe Betriebslasten dürften

aber in der Realität nicht auftreten.

Bei einer dauerfest ausgelegten Schraubverbindung wird die Schraube durch Tor-

sionspannungsrückgang und Setzen im Betrieb nicht mehr so hoch belastet wie

sie bereits beim streckgrenzgesteuerten Anziehen bereits belastet worden ist.

Das bedeutet, dass die höchste Beanspruchung bereits bei der SGA-Montage und

nicht später im Betrieb auftritt.

Daher versagen dauerfest ausgelegte Schraubenverbindungen bei überelastischer

Montage (streckgrenzgesteuerter Montage ) nicht im Betrieb.


28.02.2019 48

Was passiert, wenn die Schraube im Betrieb überlastet wird, die Streckgrenze

also vielleicht wieder überschritten wird ?

Dann plastifiziert das Verbindungssystem etwas, deswegen sind duktile hochwer-

tige Schraubverbindungen nötig, und hilft sich anschliessend selbst durch weiteren

Vorspannkraftverlust. Der Schraube geht es danach wieder gut.

Kritisch wäre, wenn die Schraube über die Gleichmaßdehnung mit anschliessend

abnehmbarer Festigkeit plastifiziert würde. Den sich einstellenden Vorspannkraft-

verlust kann man auch messen und z.B. durch ein Monitoring-System überwachen

und als kritisches Ereignis sichern.

In der Praxis kommt die Weiterplastifizierung von Schrauben aber kaum vor, da

eine derartige Verbindung sowieso versagen würde und viel zu klein dimensioniert

wäre.

Insofern wird auch bei Überbeanspruchung in den meisten Fällen nie mehr die

Streckgrenze erreicht.


28.02.2019 49

Was passiert mit starken dynamischen Lasten ? – Stichwort Schwingfestigkeit ?

Bei dynamischen Lasten gelten auch bei überelastischer Montage die üblichen

Gefahrenmechanismen, insbesondere die Empfindlichkeit des Gewindegrundes

der Schraube für geometrische und werkstoffliche Abweichungen.

Vorspannkraftverluste sind hier positiv für die Schwingfestigkeit des Gesamtsys-

tems, wenn noch genügend Restvorspannkraft übrig bleibt, insbesondere wenn

Eigenspannungen im Spiel sind. Wie immer, muss man besonders bei

dynamischen Belastungen auf die Qualität der Verbindungselemente achten und

das Betriebsverhalten absichern – sowohl bei überelastischer als auch elastischer

Montage.

Die Praxis zeigt, dass die Schwingfestigkeit einer Schraubverbindung sehr stark

von der Gestaltung bestimmt wird, nicht nur von den Werkstoffeigenschaften der

beteiligten Bauteile. Deshalb kann man i.d.R. mit gestalterischen Maßnahmen viel

erreichen.

Hinweis: 9. Münchener Forum Verbindungstechnologie in München-Unterhaching vom 27. bis 28.11.2019

28.02.2019 50

Dort wird unter anderem die Thematik behandelt:

„Die Bedeutung überelastischer Montageverfahren für die

Dauerfestigkeit schwingend belasteter Schraubverbindungen“

Veranstalter:

HYTORC – Barbarino & Kilp GmbH

Kempchen Dichtungstechnik GmbH

F. REYHER Nchfg. GmbH & Co. KG

Schrauben-Verschrauben-Dichtungen

München-Unterhaching 27. bis 28.11.2019

www.vt-forum.de

http://www.vt-forum.de/




28.02.2019 51

Welche Nachteile hat das hydraulisch streckgrenzgesteuerte Anzugsverfahren

gegenüber dem drehmomentgesteuerten Anziehen?

Für die Verbindungsqualität entstehen nur Vorteile; das streckgrenzgesteuerte

Montieren ist – wo einsetzbar – sicherer als das drehmomentgesteuerte

Verschrauben, da so eine viel bessere Regelgröße genutzt wird, nämlich die

Längung der einzelnen Schraube durch den Drehwinkelgradienten anstelle des

Drehmoments. Im Prinzip ist das Drehmoment bei unbekannter Reibung nur eine

bessere Schätzgröße für die Vorspannkraft, für die man früher keine Alternative

hatte.

Der Aufwand lohnt sich, da die streckgrenzgesteuerte Montage deutliche

Leistungszuwächse bei innovativen Produkten ermöglicht, die sonst nicht möglich

sind. Insofern gehört die streckgrenzgesteuerte Montage zu optimierten Produkten

der Zukunft.


28.02.2019 52

Welche Schraubverbindungen sollte man nicht streckgrenzgesteuert Anziehen ?

Das Limit bilden alle Schraubfälle, bei denen ein zunehmender Montage-Drehwinkel

nicht mit kontinuierlich zunehmender Schraubenverlängerung einhergehen muss.

Dies ist z.B. bei Plastifizierungen im Kraftfluss neben der Schraube der Fall, wie bei

weichen und niedrigfesten Bauteilwerkstoffen, die bei zunehmender Belastung eine

plötzliche oder stark zunehmende Verformung hervorrufen. Auf diese Weise würde eine

u.U. Fehlinterpretation des Schraubgeräts ausgelöst und ein vermeintliches streck-

grenzgesteuertes Abschalten ohne Erreichen der Schraubenstreckgrenze erzeugt.

Problematisch können hier weiche Dichtungen im Krafthauptschluss sein, wie sie bei

Flanschverbindungen in der Prozessindustrie eingesetzt werden.

Insgesamt ist also auf die Qualität der verschraubten Bauteile einschließlich der werk-

stofflichen Schraubenduktilität zu achten.

Literaturverzeichnis

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März 2019 Literaturhinweise

Februar 2019 Prof. Dr. Christoph Friedrich Universität Siegen - Interview in der HY/NRW-08

Januar 2019 Dipl.-Ing. Ulrich Oehms / HYTORC-Seis GmbH - Dörth

Fachbericht zum streckgrenzgesteuerten Montageverfahren

September 2018 HY-Wind Sonderausgabe zur Windenergy-Hamburg 2018

08.03.2018 DI; KR; PJ: Tagungsband 26. Kranfachtagung-2018 Technische Universität Dresden März 2018

2018 Deutscher Schraubenverband e.V. / Hagen Ausbildung zum Schraubfachingenieur

07.12.2017 Dr.-Ing. Selcuk Güres / August Friedberg GmbH - 8. Münchener Forum Verbindungstechnik

November 2015 VDI-Richtlinie 2230 Blatt 1: Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen

Februar 2015 VDI/VDE 2862 Blatt 2 Mindestanforderungen zum Einsatz von Schraubsystemen und –werkzeugen / Anwendungen im Anlagen- und

Maschinenbau sowie für Flanschverbindungen an drucktragenden Bauteilen,

2014 Isele, D. et al, Verhalten von Lackschichten in Schraubenverb., Schraubmontage 2014, VDI-Berichte Nr. 2219, 2014, S. 17-18

2014 Holger Junkers, nicht veröffentlichte Schulungsunterlagen zum Smarttorc System, München, 2014, JUKO Technik GmbH

29.06.2012 Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt Ingenieurbüro Prof. Schmidt & Partner, Essen

Arbeitstagung 2012 Vereinigung für Prüfingenieure für Bautechnik

Februar 2007 Wiegand Kloos und Thomala – Springer Verlag: Schraubverbindungen 5. Auflage

2002 Dr.-Ing. Uwe Hasselmann / G. Valtinat - Stahlbaukalender „Geschraubte Verbindungen“

Verlag Ernst & Sohn

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Großes Potential bei Schraub- verbindungen zur...

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