Mechanische Verbindungsmittel - DVS · Einführung in die EN 1090-2 Mechanische Verbindungsmittel...

Mechanische

VerbindungsmittelMartin Czysch

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Einführung in die EN 1090-2Mechanische Verbindungsmittel

EN 15048-1Garnituren für nicht planmäßig vorgespannte

Schraubenverbindungenfür den Metallbau

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EN 14399-1Hochfeste planmäßig vorspannbare

Schraubenverbindungen für denMetallbau

GSI – Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, NL SLV Duisburg (alle Rechte vorbehalten)

Mechanische Eigenschaften der Komponenten einer Garnitur

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EN 15048-1Garnituren, nicht planmäßig vorgespannt


Mechanische Eigenschaften der Garnitur

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Kennzeichnung der Schrauben/Muttern

Schrauben oder Stiftschrauben nach dieser Europäischen Norm sind zu kennzeichnen mit:

− der Festigkeitsklasse nach EN ISO 898-1 oder EN ISO 3506-1,

− dem Zeichen des Herstellers der Garnitur und− dem Sonderkennzeichen „SB“ (für Structural Bolting).

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Kennzeichnung der Scheiben

Scheiben ohne besondere Kennzeichnung dürfen verwendetwerden, da diese von untergeordneter Bedeutung für dieScher- oder Zugfestigkeit der Garnituren sind.Ausnahme:Scheiben mit 300 HV – 370 HV:

Kennzeichnung H

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Lieferbedingungen

Garnituren sind nach einer der folgendenAlternativen zu liefern:a) Schrauben, Muttern und Scheiben werden von einem

einzigen Hersteller geliefert. Die Elemente einer Garnitur müssen in einem Paket zusammengepackt sein, das mit der Los-Nummer der Garnitur und dem Kennzeichen des Herstellers beschriftet ist.

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Lieferbedingungen

b) Schrauben, Muttern und Scheiben werden von einem einzigen Hersteller geliefert. Jede Komponente muss in separaten Paketen verpackt sein, die mit der Herstellungslos-Nummer der Komponenten und dem Kennzeichen des Herstellers beschriftet sind. Die Komponenten einer Garnitur sind innerhalb der Liefermenge eines Gewinde-Nenndurchmessers frei austauschbar.

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Jede Garnitur muss mindestens „handfest“ angezogen

werden

Unter dem Begriff „handfest“ kann im Allgemeinen derZustand verstanden werden, der von einer Person mit einemSchraubenschlüssel normaler Größe ohne Verlängerungerreicht werden kann. Er kann auch als der Arbeitspunktangesetzt werden, an dem ein Schlagschrauber zu hämmernbeginnt.

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werdenDie verbundenen Teile sind so zusammenzuziehen, dass sieeine weitgehend flächige Anlage erreichen.

Zwischenlagen dürfen eingesetzt werden:

Wenn im mittigen Bereich der Verbindung ein Anliegen derKontaktflächen erreicht wird und kein Kontaktstoß festgelegtist, dürfen bis zu 4 mm große Spalte zwischen den Kantenverbleiben.

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EN 14399-1Hochfeste planmäßig vorspannbare

Schraubenverbindungen für denMetallbau–

Teil 1: Allgemeine Anforderungen

Teil 2: Prüfung der Eignung zum Vorspannen

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EN 14399-1 ffhochfeste Garnituren, planmäßig vorspannbar


EN 14399-1

Teil 3: System HR –Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern

Teil 4: System HV –Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern

Teil 5: Flache Scheiben

Teil 6: Flache Scheiben mit Fase

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EN 14399-1

Teil 7: System HR –Garnituren aus Senkschrauben und Muttern

Teil 8: System HV –Garnituren aus Sechskant-Passschrauben und Muttern

Teil 9: System HR oder HV –Direkte Kraftanzeiger für Garnituren aus Schrauben und Muttern

Teil 10: System HRC –Garnituren aus Schrauben und Muttern mit kalibrierter Vorspannung

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Einleitung

Es werden unterschiedliche Systeme (HR und HV) für dieGarnituren aus Schrauben, Muttern und Scheiben benutzt,siehe Tabelle 1. Beide Systeme sind gut bewährt und dieEntscheidung für eines der beiden Systeme bleibt denverantwortlichen Sachverständigen im Metallbau über-lassen.

Die Systeme HRC und DTI werden durch den deutschennationalen Anhang ausgeschlossen.

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Einleitung

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Einleitung

Für die Funktion der Garnitur ist es jedoch wichtig,Verwechslungen der Komponenten beider Systeme zuvermeiden.

Aus diesem Grund sind die Schrauben und Muttern derbeiden Systeme jeweils in einem eigenen Teil dieserEuropäischen Norm genormt und die Kennzeichnung derKomponenten desselben Systems erfolgt einheitlich.

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Einleitung

Vorgespannte Schraubenverbindungen reagieren sehrempfindlich auf Unterschiede in der Herstellung undSchmierung. Es ist deshalb wichtig, dass die Garnitur voneinem einzigen Hersteller geliefert wird, der stets für dieFunktion der Verbindung verantwortlich ist.

Aus dem gleichen Grund ist es wichtig, dass das Aufbringenvon Überzügen auf die Komponenten unter der Aufsicht desHerstellers erfolgt.

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k-Klassen K2

Anspruchsvollste Klasse

Spezifischer Wert wird für das jeweilige Los bei jeder Lieferung vom Hersteller mitgeliefert

Es gilt: 0,10 ≤ km ≤ 0,23Vk ≤ 0,10

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k-Klassen K1

Hersteller garantiert, dass seine individuellen Prüfwerte kiinnerhalb eines zulässigen Streubandes liegen

Keine Statistik für jedes Los erforderlich

Es gilt: 0,10 ≤ ki ≤ 0,16

Vereinfacht wird mit ki = 0,13 gerechnet

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k-Klassen K0

Einfachste Klasse

Hersteller stellt lediglich sicher, dass die Garnitur überhauptgeschmiert ist

Für vorgespannte Verbindungen in Deutschland nichtrelevant

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Vor

span

nkra

ft

AnzugsmomentMr,i

Fp,C

Mr,i = km * d * Fp,C

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Einführung in die EN 1090-2Anziehen planmäßig voll vorgespannter Schrauben


Lieferbedingungen

Die Garnituren sind nach einer der folgenden Alternativen zuliefern:

a) Schrauben, Muttern und Scheiben werden von einem einzigen Hersteller geliefert. Die Elemente einer Garnitur sind in einem Paket zusammengepackt, das mit der Los-Nummer der Garnitur und dem Kennzeichen des Herstellers beschriftet ist.

Dies gilt insbesondere für Garnituren entsprechend k-Klasse K2

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Lieferbedingungen

b) Schrauben, Muttern und Scheiben werden von einem einzigen Hersteller geliefert. Jede Komponente ist in separaten Paketen verpackt, die mit der Herstellungslos-Nummer der Komponenten und dem Kennzeichen des Herstellers beschriftet sind.

Die Komponenten einer Garnitur sind innerhalb der Liefer-menge eines Gewinde-Nenndurchmessers frei austauschbar

Nicht für die K -Klasse K2 zugelassen!!!

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Kennzeichnung

Alle Komponenten, die in Garnituren für hochfesteSchraubenverbindungen im Metallbau verwendet werdenund die für das Vorspannen geeignet sind, sind mit demHerstellerzeichen des Herstellers der Garnitur und mit demBuchstaben H zu kennzeichnen.

Zusätzliche Buchstaben, die das System kennzeichnen(z. B. R für HR oder V für HV), sind bei Schrauben undMuttern dem Buchstaben H hinzuzufügen.

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Kennzeichnung

Alle Komponenten einer Garnitur müssen mit dem gleichenHerstellerzeichen gekennzeichnet werden.

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HR

Die Garnituren aus Schrauben und Muttern, …., wurden sogestaltet, dass sie ein Vorspannen auf mindestens0,7 fub × As, in Übereinstimmung mit DIN EN 1993-1-8(Eurocode 3) erlauben, und dass sie ihr Verformungs-vermögen vorwiegend durch plastische Verlängerung derSchraube erreichen.

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HV

Die Garnituren aus Schrauben und Muttern, …., wurden sogestaltet, dass sie ein Vorspannen auf mindestens0,7 fub × As , in Übereinstimmung mit DIN EN 1993-1-8(Eurocode 3) erlauben, und dass sie ihr Verformungs-vermögen vorwiegend durch plastische Verformung dergepaarten Gewinde erreichen.

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HR Beispiel :EN 14399-3 - M20 x 100 – 10.9/10 - HR

min ls = 41,5max lg = 54

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HV Beispiel :EN 14399-4 - M20 x 100 – 10.9/10 - HV

min ls = 59,5max lg = 67

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HR + HV - Zugehörige ScheibenGarnituren aus Schrauben und Muttern, die diesemDokument entsprechen, müssen mit Scheiben nachEN 14399-6 oder nach EN 14399-5 (nur unter der Mutter)verbaut werden.

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Länge der Schrauben

Die Schraubenlänge muss so gewählt werden, dass nachdem Anziehen die folgenden Anforderungen an denGewindeüberstand des Schraubengewindes über die Mutterund an die Gewindelänge erfüllt sind.

Die Länge des Gewindeüberstandes muss mindestens einenGewindegang betragen, gemessen von der Mutternaußen-seite zum Schraubenende.

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Bei nicht planmäßig vorgespannten Schrauben muss mindestens ein vollständiger Gewindegang (zusätzlich zum Gewindeauslauf) zwischen der Auflageflächeder Mutter und dem gewindefreien Teil des Schrauben-schaftes sein.

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Bei planmäßig vorgespannten Schrauben nach EN 14399-3 (HR) müssen mindestens vier vollständige Gewindegänge (zusätzlich zum Gewindeauslauf) zwischen der Auflagefläche der Mutter und dem gewindefreien Teil des Schrauben-schaftes sein.

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!Bei planmäßig vorgespannten Schrauben nachEN 14399-4 (HV) muss die Klemmlängen mit den in TabelleA.1 von EN 14399-4:2005 festgelegten übereinstimmen.

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„nicht planmäßig vorgespannt“

GSI – Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, NL SLV Duisburg (alle Rechte vorbehalten) 39

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werden



„planmäßig voll vorgespannt“

GSI – Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, NL SLV Duisburg (alle Rechte vorbehalten) 41


AllgemeinesSofern nichts anderes festgelegt wird, ist für den Nennwertder Mindestvorspannkraft Fp,C anzusetzen:

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fub: ZugfestigkeitAs: Spannungsquerschnittsfläche


Sofern keine Einschränkungen hinsichtlich der Anwen-dung vorliegen, kann jedes der in Tabelle 20 angege-benen Anziehverfahren eingesetzt werden. Die k-Klasseder Garnituren (Kalibrierung im Anlieferungszustand)muss Tabelle 20 entsprechen.

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Die Referenz-Drehmomente Mr,i , für die Mindestvorspannkraft Fp,C werden für jede Schraube-Mutter-Kombination bestimmt:

a) Werte, basierend auf einer nach EN 14399 deklarierten k-Klasse:1) Mr,2 = km * d * Fp,C mit km für k-Klasse K2.2) Mr,1 = km * d * Fp,C mit km für k-Klasse K1.

b) Werte, ermittelt nach Anhang H:1) Mr,test = Mm, wobei Mm nach der für das

einzusetzende Anziehverfahren maßgebenden Vorgehensweise bestimmt wird.

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Kombiniertes VorspannverfahrenDas Anziehen mittels kombiniertem Vorspannverfahrenbesteht ebenfalls aus zwei Schritten:

1. Anziehschritt:Der Drehschrauber wird auf ein Anziehmoment von etwa 0,75 Mr,i eingestellt, wobei Mr,i = Mr,2 oder Mr,1 oder Mr,testentspricht. Dieser erste Anziehschritt muss für alle Schrauben in einer Verbindung vollständig durchgeführt sein, bevor mit dem zweiten Anziehschritt begonnen wird;

Sofern nichts anderes festgelegt wird, darf Mr,1 = 0,13 d Fp,C vereinfachend angesetzt werden.

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Kombiniertes VorspannverfahrenDas Anziehen mittels kombiniertem Vorspannverfahrenbesteht ebenfalls aus zwei Schritten:

2. Anziehschritt:Ein festgelegter Weiterdrehwinkel wird auf den gedrehten Teil der Garnitur aufgebracht. Die Lage der Mutter relativ zum Schraubengewinde muss nach dem ersten Anziehschritt mittels Markierkreide oder Markierfarbe gekennzeichnet werden, so dass der Weiterdrehwinkel der Mutter relativ zum Schraubengewinde in diesem zweiten Anziehschritt leicht bestimmt werden kann.

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Kombiniertes VorspannverfahrenDer zweite Anziehschritt muss in Übereinstimmung mit den inTabelle 21 angegebenen Werten durchgeführt werden,sofern nichts anderes festgelegt wird.

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Beispiel:Fpc aus Tab 19 1090-2 für M16 10.9Fpc = 110 kN

Kombiniertes Vorspannverfahren für Klasse K2 und K1 zugelassen

Mr2 = km · d · Fpc bsp: km = 0,13; bei K1 kann vereinfacht 0,13 verwendet werden

Mr2 = 229 NmIm ersten Anziehschritt 75 %

1. Anziehschritt: 172 Nm

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Beispiel:2. Anziehschritt:

Weiterdrehwinkel von 60°, 90° oder 120° abhängig vom Verhältnis der Schraube zur Bauteildicke

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Kombiniertes Vorspannverfahren

Markierung z. B. nach einer ¼ Drehung

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K-Faktor

0,13

8.8 1090 10901,1 gem. 1090

Voranziehmoment

gem. 1090 (75%)

Maße Fpc Ma nach 1090 Ma 1090 *1,1 0,75*Ma

12 47 73 81 55

16 88 183 201 137

20 137 356 392 267

22 170 486 535 365

24 198 618 680 463

27 257 902 992 677

30 314 1225 1347 918

36 458 2143 2358 1608

K-Faktor

0,13

10.9 1090 10901,1 gem. 1090

Voranziehmoment

gem. 1090 (75%)

Maße Fpc Ma nach 1090 Ma 1090 *1,1 0,75*Ma

12 59 92 101 69

16 110 229 252 172

20 172 447 492 335

22 212 606 667 455

24 247 771 848 578

27 321 1127 1239 845

30 393 1533 1686 1150

36 572 2677 2945 2008

Einführung in die EN 1090-2Anziehen planmäßig nicht voll vorgespannter Schraub en

AllgemeinesNationaler Anhang DIN EN 1993-1-8 NAFür die Vorspannung als Qualitätssicherungsmaßnahme undfür nicht vollvorgespannte Verbindungen der Kategorie E darfeine Vorspannkraft von bis zu

angesetzt werden. Diese kann mit folgenden Vorspannverfahren aufgebrachtwerden:

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fyb: StreckgrenzeAs: Spannungsquerschnittsfläche


Drehimpulsverfahren (EN 1993-1-8 NA.A.2)

Die Garnituren müssen mit Hilfe eines vorher auf geeigneteArt und Weise eingestellten Impuls- oder Schlagschraubersangezogen werden.

Soll die Regelvorspannkraft Fp,C* nach Spalte 2 von TabelleNA.A.1 bzw. Tabelle NA.A.2 vorgespannt werden, so mussder Schrauber auf den um 10 % höheren VorspannkraftwertFv,DI nach Spalte 3 von Tabelle Na.A.1 bzw. Spalte 4 vonTabelle Na.A.2 eingestellt werden

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Modifiziertes Drehmomentverfahren(EN 1993-1-8 NA.A.3)

Das Vorspannen der Garnituren erfolgt nach DIN EN 1090-2 8.5.3 mit folgenden Modifizierung:

Der erste Anziehschritt kann beliebig gewählt werden. Sollauf die Regelvorspannkraft Fp,C* nach Spalte 2 von TabelleNA.A.1 bzw. Tabelle NA.A.2 vorgespannt werden, so mussim zweiten Anziehschritt das in Spalte 4 dieser Tabellenangegebene Anziehmoment MA aufgebracht werden.

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Modifiziertes kombiniertes Vorspannverfahren(EN 1993-1-8 NA.A.4)

Das Vorspannen der Garnituren erfolgt nach DIN EN 1090-28.5.4 mit folgenden Modifizierung:

Das im ersten Anziehschritt aufzubringende AnziehmomentMA,MKV ist in Spalte 5 von Tabelle NA.A.2 zu entnehmen.Das Anziehen kann mit Hilfe eines der vorigenbeschriebenen Verfahren erfolgen.

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Modifiziertes kombiniertes Vorspannverfahren(EN 1993-1-8 NA.A.4)

Der im zweiten Anziehschritt aufzubringende Weiterdreh-winkel ist Tabelle NA.A.3 zu entnehmen.

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K-Faktor

0,13

8.8 1993-1-8 NA 1090aus Tab NA.A.1 10901,1 gem. 1090 1993-1-8 NA

Voranziehmoment

gem. 1090 (75%)

Maße Fpc* Fpc Ma* Ma nach 1090 Ma 1090 *1,1 0,75*Ma* 0,75*Ma

12 35 47 70 73 81

nicht vorgesehen

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16 70 88 170 183 201 137

20 110 137 300 356 392 267

22 130 170 450 486 535 365

24 150 198 600 618 680 463

27 200 257 900 902 992 677

30 245 314 1200 1225 1347 918

36 355 458 2100 2143 2358 1608

K-Faktor

0,13

10.9 1993-1-8 NA 1090aus Tab NA.A.2 10901,1 gem. 1090

Voranziehmoment

aus Tab NA.A.2

Voranziehmoment

gem. 1090 (75%)

Maße Fpc* Fpc Ma* Ma nach 1090 Ma 1090 *1,1 0,75*Ma* 0,75*Ma

12 50 59 100 92 101 70 69

16 100 110 250 229 252 170 172

20 160 172 450 447 492 300 335

22 190 212 650 606 667 450 455

24 220 247 800 771 848 600 578

27 290 321 1250 1127 1239 900 845

30 350 393 1650 1533 1686 1200 1150

36 510 572 2800 2677 2945 2100 2008

Kontrolle und Prüfung planmäßig vorgespannter Verbindungen

Abnahmekriterien und Korrektur gem. QM -Plan z. B.:Kontrolle vor dem AnziehenSichtprüfung (100 %) vor dem Beginn des Vorspannens, nach dem Verschrauben (ausgerichtetes Bauwerk)

- Typ und Festigkeitsklasse, Garniturenlos,- Klemmlänge, Überstand - richtige Montage (Mutter, Scheiben)- Nennwert der Mindestvorspannkraft Fp,C- Anziehverfahren, - k-Klasse (Kalibrierung im Anlieferzustand)- Spalte, Dickenunterschied in der gleichen Lage- Kalibrierung des Anziehgerätes (Gerätenummer)

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− Drehmomentverfahren: ± 4 %

− Jedes Anziehgerät ist nach EN ISO 6789 zu warten; im Falle von pneumatischen Anziehgeräten ist das Gerät jedes Mal, wenn Schlauchlängen geändert werden, zu überprüfen.

− Bei Anziehgeräten, die im ersten Anziehschritt des kombinierten Vorspannverfahrens eingesetzt werden, gelten diese Anforderungen geändert auf ± 10 % Genauigkeit und jährliche Wiederholungen.

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Kontrolle während und nach dem Anziehen

Kombiniertes Vorspannverfahren:

EXC2: - 5 % beim zweiten Anziehschritt (Winkel)

EXC3 und EXC4:- 5 % beim ersten Anziehschritt (0,75 x Mr)- 10 % beim zweiten Anziehschritt (Winkel)

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Kontrolle während und nach dem Anziehen(alle Anziehverfahren mit Ausnahme HRC)sofern nichts anderes festgelegt wird , muss die Kontrolle mitHilfe eines sequentiellen Stichprobenplans ….. durchgeführtwerden,

EXC2 und EXC3: sequentieller Typ A

EXC4: sequentieller Typ B

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Kontrolle während und nach dem AnziehenEXC2 und EXC3: sequentieller Typ A ;min. 5, max. 16 Verbindungen

Rückweisungsbereich

Annahmebereich

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Kontrolle und Prüfung planmäßig vorgespannter VerbindungenKontrolle während und nach dem Anziehen

EXC4: sequentieller Typ Bmin. 14, max. 40 Verbindungen

Rückweisungsbereich

Annahmebereich

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Kontrolle während und nach dem Anziehen(alle Anziehverfahren mit Ausnahme HRC)

bei der Kontrolle des abschließenden Anziehens ist die gleicheGarnitur für die Überprüfung zu verwenden, sowohl in Bezug aufzu geringes Anziehen und, falls erforderlich, auf Überanziehen;

ergibt die Kontrolle eine „Rückweisung“, müssen alle Garnituren inder Schrauben-Untergruppe überprüft werden, und Korrektur-maßnahmen müssen erfolgen. Falls das Kontrollergebnis beiAnwendung des sequentiellen Typs A negativ ist, kann dieKontrolle auf den sequentiellen Typ B erweitert werden;

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Kontrolle während und nach dem Anziehenzusätzlich beim kombinierten Vorspannverfahren:Bei EXC3 und EXC4 muss der erste Anziehschritt vor demMarkieren unter Verwendung der gleichen Anziehbe-dingungen wie zum Erreichen des 75 %-Zustandes überprüftwerden. ± 10 % Genauigkeit des Anziehgerätesausreichend.

Eine Schraube, die sich beim Aufbringen des Kontrollan-ziehmoments um mehr als 15° weiterdreht, wird alsfehlerhaft bewertet und muss erneut angezogen werden..

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Kontrolle während und nach dem Anziehen zusätzlich beim kombinierten Vorspannverfahren:Vor Beginn des zweiten Anziehschritts müssen die Markierungen allerMuttern relativ zu den Schraubengewinden einer Sichtprüfungunterzogen werden. Fehlende Markierungen sind zu ergänzen.

Nach dem zweiten Anziehschritt müssen die Markierungen anhand derfolgenden Anforderungen kontrolliert werden:

a) ist der Drehwinkel um mehr als 15° kleiner als der festgelegte Wert, muss der Drehwinkel korrigiert werden;

b) ist der Drehwinkel um mehr als 30° über dem festgelegten Wert, oder tritt Schrauben- oder Mutternversagen auf, muss die Garnitur durch eine neue ersetzt werden.

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