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Mechanisches Verbinden mit Fokus auf die neue DIN EN 1090-2 Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner Dr.-Ing. Dominik Jungbluth Institut für Metall- und Leichtbau Universität Duisburg-Essen iforum Stahlbaufertigung Die neue DIN EN 1090-2 11. Juli 2018 München

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Mechanisches Verbindenmit Fokus auf die neue DIN EN 1090-2

Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner

Dr.-Ing. Dominik Jungbluth

Institut für Metall- und Leichtbau Universität Duisburg-Essen

iforum Stahlbaufertigung

Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

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Inhalt

Schraubenkategorien nach Eurocode 3

Nicht vorgespannte geschraubte Verbindungen

nach EN 15048

Vorgespannte geschraubte Verbindungen nach

EN 14399

Ausführung geschraubter Verbindungen Ausführungsregeln

Vorspannen von geschraubten Verbindungen

Gebrauchseignung

Vorspannen von Garnituren aus nichtrostendem

Stahl

Gleitfeste Verbindungen – Bestimmung der

Haftreibungszahl Nichtrostender Stahl

ZusammenfassungPrüfung einer

GV-Verbindung nach

DIN EN 1090-2, Anhang G

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Schraubenkategorien und Zielebenen des Vorspannens

Schraubenkategorien nach DIN EN 1993-1-8

Zielebene ITragsicherheitsrelevantes Vorspannen

Zielebene IIGebrauchstauglichkeitsrelevantes Vorspannen

Kategorien B, C und E nach

DIN EN 1993-1-8

Vorspannungsfrei bemessene Kategorien A (und D) nach

DIN EN 1993-1-8, die zur qualitativen Verbesserung der

Gebrauchstauglichkeit dennoch vorgespannt werden

Schlupfminimierung

Verformungssteifigkeit

Kategorie AScher-/Lochleibungs-

verbindungFK 4.6 bis 10.9

Kategorie BCGleitfeste Verbindung

im GZG GZTFK 8.8 und 10.9

Kategorie DNicht vorgespannte

ZugverbindungFK 4.6 bis 10.9

Kategorie EVorgespannte

ZugverbindungFK 8.8 und 10.9

Zugverbindungen

Scherverbindungen

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Verspannungsdreieck inkl. äußere Zugkraft

nach Kloos/Thomala (2007)

FA > 0 (Zugkraft)

FM Montagevorspannkraft FA Axiale Betriebskraft

FKR Restklemmkraft FS Schraubenkraft

FSA Schraubenzusatzkraft FPA Plattenzusatzkraft

fSM Verlängerung der Schraube durch FM fSA Verlängerung der Schraube durch FSA

fPM Verkürzung der verspannten Teile um FPM fges summarische Längenänderung

ges SM PMf f f

ges SM SA PM PA f f f (f f )

Montagezustand BetriebszustandMontagezustand Betriebszustand

Kloos, K.-H., Thomala, W. (2007), Schraubenverbindungen - Grundlagen, Berechnung, Eigenschaften, Handhabung, 5. Auflage, Springer Verlag, 2007

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DIN EN 1090-2 – Ausführung von Stahlbauten

Befindet sich derzeit in Überarbeitung

Voraussichtliche Veröffentlichung

der finalen Fassung: 2018

FprEN 1090-2:2017

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Schraubengarnituren

Nicht vorgespannte

Schraubenverbindungen

Vorgespannte

Schraubenverbindungen

DIN EN 15048-1 DIN EN 14399-1

Harmonisierte Schirm-Produktnorm Harmonisierte Schirm-Produktnorm

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Nicht vorgespannte geschraubte Verbindungen

nach DIN EN 15048

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DIN EN 15048-1

Nicht vorgespannte Schraubenverbindungen

Schirm-Produktnorm Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen

Anforderungen an Garnituren aus Schrauben, Muttern und

Scheiben, ohne auf einzelne spezielle Produkte einzugehen.

Maße und Toleranzen sind in einer

europäischen oder internationalen

Produktnorm beschrieben

in Garnituren lieferbar

Bestandener Garniturenzugversuch

nach DIN EN 15048-2

CE-Kennzeichnung

Zusatzkennzeichen „SB“ (Structural

Bolting) auf Schrauben und Muttern

Zentrale Forderungen

M12 – M36

Neu: Verwendung < M12 explizit für

Stahl ausgeschlossen!

Verwendung > M39 zugelassen

Festigkeitsklassen

Schrauben: 4.6, 5.6, 8.8, 10.9

Muttern: 4, 5, 6, 8, 10, 12

Scheiben:

Härteklasse HV 100, 200, 300

Beschränkungen

ISO 4014/4017 Schrauben M8/M10 nicht

mehr mit CE-Kennzeichnen einsetzbar und

auch nicht mit Ü-Zeichen, da Produktnorm

nicht in T C2 der MVV TB!

© A

ndre

ws F

aste

ners

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Garnituren für nicht vorgespannte Schraubenverbindungen

Schrauben < M12 ( M6)

M12 zu stringente Untergrenze für den „normalen“ Stahlbau

Schraubengarnituren M6, M8 und M10 nach ISO 4014 ff sind technisch und

sicherheitsmäßig ohne Zweifel durch DIN EN 1993-1-8 und DIN EN 1090-2

abgedeckt

Ausnahme: Zugbeanspruchung (wegen des maximalen Nennlochspiels)

Empfehlung M6 M8 M10

Nennlochspiel max Dd = 0,5 mm

Lochtoleranz H13 nach DIN EN ISO 286-2 (statt pauschal 0,5 mm)

Ausnutzung

Zugtragfähigkeit30% 70% 70%

Zugtragfähigkeit bei

Feuerverzinkung(tZn nicht zulässig) 60% 60%

Gewindeeingriff reicht aufgrund des Gewindeübermaßes der Mutter oder Gewindeuntermaßes der Schraube (wegen

Feuerverzinkung) nicht aus, um die vollen Prüf- und Mindestbruchkräfte nach DIN EN ISO 898-1/ zu erreichen.

Prüf- und Mindestbruchkräfte werden in DIN EN ISO 10684 für M8 und M10 um bis zu 10 % niedriger vorgegeben.

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Sechskantschrauben nach DIN EN 15048-1

Auswahl von in Deutschland einsetzbaren Sechskantschrauben

für Stahlbauverbindungen nach DIN EN 15048-1

Vereinfachte

BezeichnungProduktnorm Gewindelänge

Schaft-

durch-

messer

Schlüssel-

weite

Produkt-

klasseFK

Standard-

Metallbau-

schrauben

EN ISO 4014 mittellang:

b (2,22,5)d

normal:

dSch = dnormal:

s (1,51,6)d

A/B1)

5.6

8.8

10.9

EN ISO 4016 C 4.6

EN ISO 4017 lang:

b lnormal:

dSch = dnormal:

s (1,51,6)d

A/B1)

5.6

8.8

10.9

EN ISO 4018 C 4.6

Deutsche

Stahlbau-

schrauben

DIN 7990besonders kurz:

b (1,21,6)d

normal:

dSch = dnormal:

s (1,51,6)dC

4.6

5.6

DIN 7968besonders kurz:

b (1,21,5)d

Pass-:

dSch = d+1normal:

s (1,51,6)dC 5.6

1) M24 / > M24

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Typische Standard-Metallbaugarnituren

Schraube nach EN ISO 4014

Mutter nach EN ISO 4032

Scheibe nach EN ISO 7089

Scheibe nach EN ISO 7089

Schraube nach EN ISO 4017

Mutter nach EN ISO 4032

Mit Schaft Ohne Schaft

kleines Lagersortiment, da keine

enge Längenabstufung

in „normalen runden“ Löchern keine

Scheiben erforderlich

Wesentliche Vorteile

geringere Abschertragfähigkeit

(bei Gewinde in der Scherfuge)

etwas größere Verformungen in

Scher-/Lochleibungsverbindungen

(insbesondere bei Schrauben mit

durchgehendem Gewinde)

Wesentliche Nachteile

Standard-Metallbaugarnituren

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Deutsche Stahlbaugarnitur

verformungsärmere Scher-/

Lochleibungsverbindungen

(Kat. A nach DIN EN 1993-1-8)

Abschertragfähigkeit entspricht dem

höheren Wert für Schaft in der

Scherfuge

seit Jahrzehnten im deutschen

Stahlbau eingeführt

Wesentliche Vorteile

feine Klemmlängenabstufung in

5-mm-Stufen

(aufgrund der kurzen Gewindelänge erf.)

dickere Scheibe unter der Mutter

(aufgrund der kurzen Gewindelänge aus

geometrischen Gründen erforderlich, damit die

Mutter das Klemmpaket verspannt und nicht

gegen den Gewindeauslauf angezogen wird)

Wesentliche Nachteile

Schraube nach DIN 7990

Mutter nach DIN EN ISO 4032oder DIN EN ISO 4034 nach Wahl des Herstellers

Scheibe nach DIN 7989-1oder DIN 7989-2 nach Wahldes Herstellers

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Kennzeichnung

Schraubengarnituren nach DIN EN 15048-1

e

s

MutterSchraube

XYZ

4.6 SB

Hersteller

XYZ

5 SB

Scheibe

Ohne

Kennzeichnung

d2

d1

Hersteller

© Andrews Fasteners

Deutsche Stahlbauschraube

noch ohne „SB“

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Vorgespannte geschraubte Verbindungen

nach DIN EN 14399

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DIN EN 14399-1Vorgespannte Schraubenverbindungen

Schirm-Produktnorm

Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen Anforderungen an Garnituren

aus Schrauben, Muttern und Scheiben ähnlich wie DIN EN 15048-1.

Verweist auf Normenteile DIN EN 14399-3 bis -10 (Systeme HR, HV, HVP, HRC, DTI).

Dennoch: System HR und HV sind nur Beispiele für geeignete Garnituren, da:

„Beispiele für Komponenten, die die Anforderungen dieses Dokumentes erfüllen, sind

in den Normen EN 14399-3, EN 14399-4, … festgelegt.“ [DIN EN 14399-1:2006-06]

Vorspannen von Standard-Metallbauschrauben FK 8.8 nach DIN EN ISO 4014 und 4017

möglich!

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Vorspannbare Sechskantschrauben

In Deutschland für planmäßig vorgespannte Stahlbauverbindungen auf der Grundlage

von DIN EN 14399-1, zusammen mit DIN EN 1993-1-8/NA, einsetzbare Sechskant-

schrauben

Vereinfachte

BezeichnungProduktnorm Gewindelänge

Schaft-

durch-

messer

Schlüssel-

weite

Produkt-

klasseFK

Vorspannbare

Spezial-

schrauben „H“

EN 14399-4

„HV“

kurz:

b (1,41,9)d normal:

dSch = dgroß:

s (1,61,7)dB 10.9

EN 14399-8

„HVP“

besonders kurz:

b (1,21,5)d Pass-:

dSch = d+1groß:

s (1,61,7)dB 10.9

EN 14399-3

„HR“

mittellang:

b (2,23,3)dnormal:

dSch = d

groß:

s (1,61,7)dB

8.8

10.9

Vorspannbare

Standard-

Metallbau-

schrauben

EN 14399-1

+ EN ISO 4014

mittellang:

b (2,22,5)dnormal:

dSch = d

normal:

s (1,51,6)dA/B1) 8.8

EN 14399-1

+ EN ISO 4017

lang:

b lnormal:

dSch = d

normal:

s (1,51,6)dA/B1) 8.8

1) M24 / > M24

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Vorspannbare Spezialschrauben „H“

Schraube nachDIN EN 14399-4

Scheibe nach DIN EN 14399-6

Scheibe nach DIN EN 14399-6 oderDIN EN 14399-5

Mutter nach DIN EN 14399-4System HV

HV-Garnituren M24

schwarz und leicht geölt feuerverzinkt und mit geschmierter

(molykotisierter) Mutter

Nach DIN EN 14399-4:2015-04

nur noch Scheiben mit Fase

zulässig!

Klemmlänge St

Paketdicke ts2für die Ausführung mit zwei

Scheiben, ehemals lk

ts2

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HV-/HR-System

kurze Gewindelänge

deshalb enge Klemmlängen-

abstufung

Nachteil: teure Lagerhaltung

und Fehleranfälligkeit beim Einbau

Garnitur erreicht ihr duktiles

Verformungsvermögen durch

plastische Verformung der

gepaarten Gewinde

System HV (10.9)DIN EN 14399-4

System HR (8.8/10.9)DIN EN 14399-3

größere Gewindelänge als

HV-Schrauben

Vorteil: weniger enge Klemm-

längenabstufung als bei HV-

Schrauben!

Höhe der HR-Mutter ist größer

als die der HV-Mutter

Garnitur erreicht ihr duktiles

Verformungsvermögen durch

plastische Verlängerung der

Schraube

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Korrosionsschutz – zusätzliche Kennzeichnung

Feuerverzinkte Schrauben

unterschnitten mit 6az U

hinter FK

z. B. 8.8U, 10.9U

Feuerverzinkte Muttern

überschnitten mit 6AZ Z

hinter FK

z. B. 8Z, 10Z

Paarung ungekennzeichneter feuerverzinkter Schrauben und Muttern

Gewindeüberschneidung, deshalb Verschrauben unmöglich

Kombination feuerverzinkter Schrauben der Kennzeichnung U mit feuerverzinkten

Muttern der Kennzeichnung Z Reduktion der Abstreiftragfähigkeit

Verboten

1. Sonderregelung

Verpackung und Lieferung

feuerverzinkter Schrauben und

zugehöriger Muttern in einem

versiegelten Behälter

zusätzliche Kennzeichnung

entbehrlich

2. Sonderregelung

Feuerverzinkte HR- und HV-Garnituren(DIN EN 14399-3 und -4)

Kompensation der Zinkschichtdicke

mit der Mutter

verzinkte HV-/HR-Schrauben:

Normaltoleranz 6g

verzinkte HV-/HR-Muttern:

Gewindeübermaß 6AZ

zusätzliche Kennzeichnung

entbehrlich

3. Sonderregelung

Deutsche Stahlbauschrauben

(DIN 7990 und DIN 7968)

Kompensation der Zink-

schichtdicke mit Schraube

verzinkte deutsche Stahlbau-

schrauben:

Gewindeuntermaß 6az

zusätzliche Kennzeichnung

entbehrlich

Feuerverzinkung

Kennzeichnung tZn

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Erforderliche Prüfbescheinigungen nach

FprEN 1090-2:2017

Prüfbescheinigungen für metallische Erzeugnisse nach FprEN 1090-2:2017

Konstruktionsmaterialien Prüfbescheinigungen

Schraubengarnituren nach Reihe EN 14399 3.1 d,e

Schraubengarnituren nach Reihe EN 15048 2.1

Schraubenf, Mutternf oder Scheibenf 2.1

d Wenn Garnituren mit einer Fertigungs-Chargennummer gekennzeichnet sind und der Hersteller die gemessenen

charakteristischen Werte von den Aufzeichnungen der internen (werkseigenen) Produktionskontrolle auf Basis dieser Nummer

rückverfolgen kann, darf auf die Prüfbescheinigung 3.1 nach EN 10204 verzichtet werden.

e Die Prüfbescheinigungen müssen die Ergebnisse der Eignungsprüfungen enthalten.

f Gilt, wenn Schrauben, Muttern oder Scheiben zur Verwendung in nicht vorgespannten Schraubverbindungen und nicht als

Komponente von Schraubengarnituren nach den Normenreihen EN 14399 oder EN 15048 bereitgestellt werden.

Werksbescheinigung 2.1

Bestätigung des Herstellers, dass die gelieferten

Erzeugnisse den Anforderungen der Bestellung

entsprechen, ohne Angabe von Prüfergebnissen.

Abnahmeprüfzeugnis 3.1

Bestätigung durch den vom Hersteller unabhängigen

Abnahmebeauftragten, dass die gelieferten Erzeugnisse die

in der Bestellung festgelegten Anforderungen erfüllen; unter

Angabe von Ergebnissen spezifischer Prüfung.

Nach EN 14399-2, u. a. k-Klasse!

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HerstellungsloskennzeichnungFertigungs-Chargennummer Seriennummer

13 A1 * *

*

49

Hersteller FRIEDBERG FUCHS PEINER

Loskennzeichnung/

Seriennummer

13K

(K Fertigungsjahr)A1 49

Festigkeitsklasse 10.9 10.9 10.9

Produktkennzeichen HV HV HV

Eindeutige Zuordnung zum Abnahmeprüfzeugnis 3.1 (derzeit) über Kombination:

Seriennummer (Dies ist bisher eine freiwillige Angabe der deutschen Schraubenhersteller.)

Durchmesser der Schraube

Länge der Schraube

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Ausführung

geschraubter Verbindungen

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Schraubenlöcher

M36!

FprEN 1090-2:2017, 6.6

Empfehlung: nicht bei zugbeanspruchten Verbindungen der Kategorie D!

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Schraubenlöcher

Lochherstellung

Bohren

Stanzen

Thermisches Schneidenz. B. Laser- und Plasmaschneiden

Stanzen nur zulässig für t 1,4 dL

Allgemein nicht zulässig für:

zyklische oder seismische

Beanspruchungen,

Überlappverbindung mit

Schrauben oberhalb der

Festigkeitsklasse 8.8,

gleitfeste Verbindung

Maße der Löcher

Toleranzen normale Schrauben

Bezogen aufToleranz

[mm]

Lochdurchmesser 0,5

Loch-Ovalisierung 1,0 (Toleranzkl. 1)

12

13

15

14

a) b)

Tolerierte Ist-Löcher für eine Schraube M12

Regel-Nennlochspiel Dd = 1 mm

Lochtoleranz -0,5 mm

Ovalitätstoleranz +1 mm

Sonder-Nennlochspiel Dd = 2 mm

Lochtoleranz +0,5 mm

Ovalitätstoleranz -1 mm

FprEN 1090-2:2017, 6.6

Nennlochspiel

Schraube Dd [mm]

M12 u. M14 1

M16 bis M24 2

M27 M36 3

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Festlegung der Garnituren

Üa außen

innen

Mutter

Schraube

Üi

Mindest-Gewindeüberstand Üa

Mindest-Gewindelänge b bzw. Üi

Mindest-Schaftlänge ls

gilt nur für Scher-/Lochleibungsverbindungen

mit A = ASch

Länge des Schraubenschaftes muss so groß

sein, dass die maßgebende Scherfuge innerhalb

des gewindefreien Teils zu liegen kommt.

gilt für alle nicht vorgespannten und

vorgespannten Verbindungen

Üa 1 Gewindegang (nach dem Anziehen)

für nicht vorgespannte Verbindungen:

Üi 1 Gewindegang (nach dem Anziehen)

für vorgespannte HV-Verbindungen

Üi 2 Gewindegänge (nach dem Anziehen)

für vorgespannte HR-Verbindungen

Üi 4 Gewindegänge (nach dem Anziehen)

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Handfestes Anziehen

Nach DIN EN 1090-2 ist jede Garnitur mindestens handfest anzuziehen!

Empfohlene „Handfest“-Anziehmomente (unabhängig von FK)

Schraube M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 M36

MA,handfest

[Nm]15 35 60 90 110 165 220 350

Werte sind so gewählt, dass sie in einer leicht geölten schwarzen Schraubengarnitur

knapp 10 % der Mindestvorspannkraft Fp,C für eine 10.9-HV-Schraube erzeugen.

Beanspruchung einer 4.6-Schraube im Spannungsquerschnitt des Gewindes zu ca. 25

bis 30 % der Streckgrenze.

Überbeanspruchung der Schrauben durch handfestes Anziehen ausgeschlossen.

Nach DIN EN 1090-2 ist eine Schraubengruppe ausgehend vom Bereich der

höchsten Steifigkeit hin zum Bereich der geringsten Steifigkeit anzuziehen.

„Flächige Anlage“ des Anschlusses ohne innere lokale Zwängungen.

Die in der Praxis verbreitete Regel, größere Anschlüsse „von der Mitte nach außen

fortschreitend“ anzuziehen, greift in manchen Fällen zu kurz, da der Bereich der

höchsten Steifigkeit nicht immer in der Mitte liegt.

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Mutternsicherung – nicht vorgespannte Verbindungen

FprEN 1090-2:2017, 8.2.1

„Es muss festgelegt werden, ob zur Mutternsicherung zusätzlich zum Anziehen andere

Maßnahmen oder Hilfsmittel zu verwenden sind.

Bei Schraubenverbindungen, die einer erheblichen Schwingungsbeanspruchung ausgesetzt

sind, wie z. B. bei Lagergestellen, und ein geringes Verhältnis der Klemmlänge zum

Schraubendurchmesser besitzen, muss ein Sicherungselement verwendet werden.

Sofern nicht anders festgelegt, erfordern vorgespannte Garnituren keine zusätzlichen

Sicherungselemente.“

gegen selbsttätiges Losdrehen

Ungeeignet Bedingt geeignet Geeignet

Alle federnden

Sicherungselemente wie

Palmuttern

Federringe

Spannscheiben

Nur als Verliersicherung

Alle klemmenden

Sicherungselemente wie

Sechskantmuttern mit

Klemmteil

Als echte Losdrehsicherung

Alle sperrenden

Sicherungselemente wie

Sperrzahnmuttern

Keilsicherungs-

scheiben

Alle klebenden

Sicherungselemente wie

Loctite

Klebebeschichtete

Gewinde

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Vorspannkraftniveaus – DIN EN 1090-2

Vorspannkraft

Sofern nichts anderes festgelegt wird, ist für den Nennwert der Mindestvorspannkraft

Fp,C anzusetzen:

wobei fub die Nennfestigkeit des Schraubenwerkstoffs und As die Spannungsquerschnittsfläche der Schraube ist, wie in EN

1993-1-8 … festgelegt.

Dieses Vorspannkraftniveau muss für alle gleitfest vorgespannten Verbindungen und für alle

anderen vorgespannten Verbindungen angesetzt werden, falls nicht ein geringeres

Vorspannkraftniveau festgelegt wird. Im letztgenannten Fall müssen die

Schraubengarnituren, die Anziehverfahren, die Anziehparameter und die Kontrollanforderungen

ebenfalls festgelegt werden.

ANMERKUNG Vorspannung kann zur Gleitfestigkeit, für Verbindungen in erdbebengefährdeten Regionen, zur

Ermüdungsfestigkeit, für Ausführungszwecke oder als Qualitätssicherungsmaßnahme (z. B. für die Dauerhaftigkeit) genutzt

werden.

p,C ub sF 0,7 f A

FprEN 1090-2:2017, 8.5.1

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Vorspannkraftniveaus – DIN EN 1993-1-8 und NA

Vorspannkraft

Bei vorgespannten Schrauben, welche den Anforderungen entsprechen, ist in der

Regel der Bemessungswert der Vorspannkraft, Fp,Cd, wie folgt anzusetzen:

)1,1(

Af7,0F

7M

subCd,p

DIN EN 1993-1-8/NA, NDP zu 3.4.2(1)

Für die Vorspannanforderung für die Kategorien B und C mit der Vorspannkraft Fp,C und für

die Kategorie E mit der vollen Vorspannkraft ist das kombinierte Vorspannverfahren nach DIN

EN 1090-2 anzuwenden.

Für die Vorspannung als Qualitätssicherungsmaßnahme und für nicht voll vorgespannte

Verbindungen der Kategorie E darf eine Vorspannkraft von bis zu

angesetzt werden. Diese kann mit den Vorspannverfahren nach Anhang A des Nationalen

Anhangs aufgebracht werden.

Für die Sicherung der Garnitur gegenüber Lockern reicht in der Regel eine Vorspannung von

50 % von Fp,C* aus.

p,C yb sF * 0,7 f A

DIN EN 1993-1-8, 3.6

Ist prinzipiell auch ansetzbar für Verbindungen der Kat. B und C,

wenn Vorspannkraft in der Berechnung korrekt berücksichtigt wird!

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Kontaktflächen – Nicht gleitfeste Verbindungen

FprEN 1090-2, Anhang F.4

Beschichtete Kontaktflächen nur eine Fertigungsbeschichtung mit

max. Trockenschichtdicke 100 μm

Vorgespannte Verbindungen

VorspannkraftverlusteFprEN 1090-2, 8.5.1

Nur unzureichende Aussagen in FprEN 1090-2:

Mögliche Vorspannkraftverluste infolge z. B. Relaxieren oder Kriechen der Beschichtungen

werden bei den festgelegten Anziehverfahren implizit berücksichtigt, außer für dicke

Beschichtungen. Bei diesen darf der mögliche Vorspannkraftverlust nach Anhang I

beurteilt werden.

Bei dicken Oberflächenbeschichtungen ist festzulegen, ob Maßnahmen zum Ausgleich

eines möglichen nachträglichen Verlustes der Vorspannkraft erforderlich sind.

Empfehlung:

Bei Kategorie E-Verbindungen sollte Kriechen der Beschichtung beachtet werden.

Anhang I

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Kontaktflächen – Kriechen der Beschichtung

Entspricht der Regelung der DIN 18800-7

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Gebrauchseignungsprüfung

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Prüfung der Eignung zum Vorspannen – Anziehversuch

DIN EN 14399-2Hochfeste planmäßig vorspannbare Schraubenverbindungen für den Metallbau – Teil 2: Prüfung der

Eignung zum Vorspannen

Schraubenprüfstand

Maschinentisch

Elektromotor Getriebe Drehmoment- /Drehwinkelsensor

Steckschlüsseleinsatzmit Innensechskant

Vorspannkraft- /Gewindereibmoment-sensor

Basisgerät zurMesssignalverarbeitung

Elektrischer Anschlussdes Motors, Hauptschalter

und Not-Aus-Schalter

Linearführung

Ausgleichs-scheiben

SchraubeMutter u.Scheibe

Anziehprüfstand des IML Max. Drehmoment 15000 Nm

M10 bis M64

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Kenngrößen beim Anziehversuch

Anziehprüfstand des IML

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Anforderungen der Gebrauchseignungsprüfung

am Beispiel der Systeme HV und HR

Der individuelle Wert der Vorspannkraft muss während des Versuche 0,9 fub As

überschreiten

Der Weiterdrehwinkel der Mutter Dq2i, ausgehend vom erstmaligen Erreichen

von Fp,C muss mindestens Dq2i,min betragen, bevor ein Bruch der Schraube

eintritt oder die Vorspannkraft nach der Erreichen der maximalen Vorspannkraft

auf Fp,C absinkt: Dq2i ≥ Dq2i,min

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k-Faktor Gebrauchseignung zum Vorspannen nach

DIN EN 14399

k-Faktor

Mi Anziehdrehmoment

zugehörig zu Fp,C

d Nenndurchmesser

Fp,C Mindestvorspannkraft

Anforderungen an die Gebrauchseignung

Fbi max Individueller Wert der maximalen

Schraubenkraft

Dq2i Individueller Weiterdrehwinkel

(q2i – qpi )

Fb

Anziehdreh-

moment MDrehwinkel q

Fb

Fbi max

Fbj max

SchraubenkraftSchraubenkraft

Dq2i

Dq2j Dq2j min

Mi Mj

Fp,C

kj

ki

q2j min

min Fb max

Bruch

Lösen der

Verbindung

p,C

Mk

d F

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Kalibrierte Schmierung / k-Klasse

Fb

[kN]

M [Nm]Mi

0,7 f Aub s

k-Klasse

Beschreibt die Qualität der Schmierung im

Anlieferungszustand der Schraubengarnitur

Auf ihrer Basis gewährleistet der Hersteller, dass

nach sachgemäßen Anziehen der Garnitur die

Schraube die gewünschte Vorspannkraft

aufweist.

Nach DIN EN 14399-2 gilt:p,C

Mk

d F

Definition der k-Klassen nach EN 14399-1

Wortlaut EN 14399-1, Tabelle 6

Bemerkungenk-Klasse Zu liefernde Information

K0 Anforderung an den k-Faktor ---

K1 Bereich der individuellen Prüfwerte ki

Entspricht im Prinzip der traditionellen

deutschen Vorspanntechnologie

K2Mittelwert des k-Faktors km ,

Variationskoeffizient des k-Faktors Vk

Sehr kostenaufwendig

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Kalibrierte Schmierung / k-Klasse

Fb

[kN]

M [Nm]Mi

0,7 f Aub s

p,C

Mk

d F

Fp,C = 0,7 fub As

k-Klasse K2

anspruchsvollste k-Klasse

spezifischer km-Wert wird

für das jeweilige Los bei

jeder Lieferung vom

Hersteller mitgeliefert

für HV- u. HR-Systeme gilt

0,10 km 0,23

Vk 0,06

Hersteller garantiert, dass

seine individuellen Prüf-

werte ki innerhalb eines

zulässigen Streubandes

liegen

keine Statistik für jedes Los

erforderlich

für HV- u. HR-Systeme gilt

0,10 ki 0,16

k-Klasse K1

einfachste k-Klasse

Hersteller stellt lediglich

sicher, dass Garnitur

überhaupt geschmiert ist

ohne quantitative Kali-

brierung

k-Klasse K0

In Gebrauchseignungsprüfung nach

DIN EN 14399-2 zu bestimmen

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Vorspannverfahren

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Vorspannverfahren (Anziehverfahren)

Mindestvorspannkraft Fp,C

Drehmoment-Vorspannverfahren

Kombiniertes Vorspannverfahren 1)

Vorspannkraftgesteuertes Anziehen

(z. B. Einsatz von DTI-Scheiben) 2)

Torsionsfestigkeitsgesteuertes

Anziehen (z. B. Anziehen von HRC-

Schrauben) 2)

{Streckgrenzengesteuertes Anziehen

(Maschinenbau)} 3)

{Ziehende Vorspannverfahren} 3)

Reduzierte Vorspannkraft Fp,C*

1) Einziges der beiden Normverfahren von DIN EN 1090-2,

das gemäß DIN EN 1993-1-8/NA in Deutschland

für die volle Vorspannkraft eingesetzt werden darf

2) Nur mit abZ oder ZiE einsetzbar

3) Nur mit Verfahrensprüfung einsetzbar

p,C ub SF 0,7 f A

„alte“ Regelvorspannkraft Fv

Modifiziertes Drehmoment-

Vorspannverfahren nach DIN EN

1993-1-8/NA

Modifiziertes Kombiniertes

Vorspannverfahren nach DIN EN

1993-1-8/NA

Drehimpuls-Vorspannverfahren nach

DIN EN 1993-1-8/NA

p,C yb SF * 0,7 f A

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Einfluss der Schmierung beim drehmomentgesteuerten

Anziehen

M16x100-HVMoS wie

hergestellt

Fp,C = 110 kN

Fp,C* = 100 kN

MA (Fp,C*) = 250 Nm (K1)

193 Nm MA (Fp,C) = f(km) 445 Nm (soll: K2, ist: K1)

p,C yb S p,CF * 0,7 f A 0,9 F p,C ub SF 0,7 f A

DIN EN 1090-2 DIN EN 1993-1-8/NAVorgehensweise

Anziehdrehmoment M

Vorspannkraft F

p,C

Mk

d F

ub S0,9 f A

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Kombiniertes Vorspannverfahren nach DIN EN 1090-2

F /Fb b,u

0,7

M [Nm]

M = 0,75 MA,KV r

~0,5

0,7

~0,8

~0,9

1,0

F /F [-]b b,u

q [°]q2q1

q

qA,kV

Dq1

Dq2

Mr

[-]

q

q

Streubreiteder individuellenVerbindungen

1. AnziehschrittVorspannkraft-Anziehmoment-Kurve

2. AnziehschrittVorspannkraft-Drehwinkel-Kurve

1. Anziehschritt:

Es wird drehmomentgesteuert auf ein Voranziehmoment MA,KV von 75% des Referenz-Anziehmomentes Mr angezogen.

2. Anziehschritt:

Es wird ein Weiterdrehwinkel q aufgebracht.

Klemmlänge δθ Δθ1 Δθ2

Σt < 2d 60° ≥ 90° ≥ 210°

2d ≤ Σt < 6d 90° ≥ 120° ≥ 240°

6d ≤ Σt <10d 120° ≥ 150° ≥ 270°

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Vorspannkraft-Drehwinkel-Diagramm

Kombiniertes

Vorspannverfahren

Mod. Drehmoment-

Vorspannverfahren

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Anziehverfahren, Anziehparameter und Anziehschritte

nach DIN EN 1090-2 und DIN EN 1993-1-8/NA

Anzieh-

verfahren

erf.

k-KlasseAnziehparameter

Anziehschritt

1. 2.

Drehmoment-

verfahrenK2

Mr,2 = km d Fp,C

Mr,test = Mm

Voranziehmoment

0,75 Mr,i

Anziehmoment

1,10 Mr,i

(1+1,65 Vk) Mr,2

Kombiniertes

Vorspann-

verfahren

K2

oder

K1

Mr,2 = km d Fp,C

Mr,1 = 0,13 d Fp,C

Mr,test = Mm

DqVoranziehmoment

0,75 Mr,i

Weiterdrehwinkel Dqabhängig von der Klemmlänge

St der zu verbindenden Teile

Verfahren mit

direktem

Kraftanzeiger

K2, K1

oder K0

Dicke der Fühllehre:

0,4 mm oder 0,25 mm abhängig

von Konfiguration

„handfester”

Zustand bis zur

beginnenden

Verformung der

Überstände

Anzahl der Sperrweiten

größer als die halbe

Anzahl der Überstände

Modifiziertes Drehmoment-Vorspannverfahren nach DIN EN 1993-1-8/NA

ist identisch mit traditionellem Drehmomentverfahren nach DIN 18800-7 !

Garnituren mit Schmierung nach k-Klasse K1 ausreichend

Anziehen mit gerundeten modifizierten Soll-Anziehmomenten MA,Soll*

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Prüfung von Schraubverbindungen

45 www.uni-due.de/iml

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Kontrolle nicht vorgespannter Verbindungen

„Alle Verbindungen mit nicht planmäßig vorgespannten mechanischen Verbindungs-

mitteln müssen einer Sichtprüfung unterzogen werden, nachdem sie am örtlich

ausgerichteten Tragwerk verschraubt wurden.“

DIN EN 1090-2, 12.5.1

Die Überprüfung erfolgt hinsichtlich eventueller Nichtkonformitäten. Diese können sein:

nicht eingebaute Schraubengarnituren,

falsch eingebaute Schraubengarnituren,

falsch herum eingebaute Garnituren,

fehlende Scheiben,

zu geringer Gewindeüberstand,

zu große Restspalte,

u.s.w.

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Kontrolle vorgespannter Verbindungen

„Alle Verbindungen mit planmäßig vorgespannten mechanischen Verbindungsmitteln

müssen vor dem Beginn des Vorspannens einer Sichtprüfung unterzogen werden,

nachdem sie am örtlich ausgerichteten Tragwerk verschraubt wurden.

Bei EXC2, EXC3 und EXC4 muss das Anziehverfahren überprüft werden. Erfolgt das

Anziehen mittels Drehmomentverfahren oder mittels kombiniertem Vorspannverfahren,

muss die Kalibrierbescheinigung für das Anziehgerät zum Nachweis der Genauigkeit nach

8.5.1 überprüft werden.“

FprEN 1090-2, 12.5.2.3

Handfest angezogen

± 4 % bei allen Anziehschritten der

Drehmomentverfahren

(bisher ± 5 % nach DIN 18800-7)

± 10 % beim ersten Anziehschritt

des kombinierten

Vorspannverfahrens

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Kontrolle vorgespannter Verbindungen

FprEN 1090-2, 12.5.2.4

Gesamtanzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden Garnituren

Ausführungs-

klasse

Drehmomentverfahren

1. 2.Anziehschritt (1) Anziehschritt

Kombiniertes Verfahren

1. 2.Anziehschritt (1) Anziehschritt

DTI

EXC 2 - 5 % - 5 % 5 %

EXC 3/4 - 10 % 5 % 10 % 10 %

(1) Der erste Anziehschritt muss durch Sichtprüfung der Verbindungen überprüft werden, um sicherzustellen, dass diese

vollständig zusammengezogen sind.

Bei nicht vorwiegend ruhend beanspruchten Verbindungen müssen mindestens 10 %,

bei vorwiegend ruhend beanspruchten Verbindungen mindestens 5 % der Garnituren

des ausgeführten Anschlusses überprüft werden (bei Anschlüssen mit weniger als 20

Schrauben mindestens zwei Verbindungen bzw. eine Verbindung).

DIN 18800-7, Element (1221)DIN 18800-7

Prüfumfang vergleichbar

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Kontrolle vorgespannter Verbindungen

FprEN 1090-2, 12.5.2.4

Gesamtanzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden Garnituren

Sofern nichts anderes festgelegt wird, muss die Kontrolle mit Hilfe eines sequentiellen

Stichprobenplans nach Anhang M für eine ausreichende Anzahl an Garnituren durchgeführt

werden, bis hinsichtlich der entsprechenden Prüfkriterien entweder die Annahme- oder die

Rückweisungsbedingungen (es sei denn, es wurden sämtliche Garnituren geprüft) für den

maßgebenden sequentiellen Typ erfüllt sind. Die sequentiellen Typen müssen folgendermaßen

sein:

EXC2 und EXC3: sequentieller Typ A ;

EXC4: sequentieller Typ B.

Sequentieller Typ A

Mindestanzahl: 5 Maximalanzahl: 16

Anzahl fehlerhafter Verbindungsmittel

Anzahl kontrollierter

Verbindungsmittel

Unbestimmtheitsbereich

Rückweisungsbereich

Annahmebereich

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Vorspannen von

Garnituren aus nichtrostendem Stahl

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Überarbeitung der EN ISO 3506

Überarbeitung der EN ISO 3506-1 und -2 Mechanische Eigenschaften für Schrauben und Muttern

neu

z. B. austenitische Schrauben

Bumax 88 A4, fub = 800 MPa, fyb = 640 MPa

Bumax 109 A4, fub = 1000 MPa, fyb = 900 MPa

auch erhältlich als Duplex-Schrauben

Auch verfügbar:

Hochfeste nichtrostende Schrauben vergleichbar mit hochfesten Kohlenstoffschrauben

fub = 800 MPa

fyb = 600 MPa

fub = 1000 MPa

fyb = 800 MPa

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

DIN EN 15048-1Nicht vorgespannte Schraubenverbindungen

Schirm-Produktnorm Fixiert alle aus der Sicht des Stahlbaus wichtigen technischen Anforderungen an Garnituren

aus Schrauben, Muttern und Scheiben, ohne auf einzelne spezielle Produkte einzugehen.

Maße und Toleranzen sind in

einer europäischen oder

internationalen Produktnorm

beschrieben

in Garnituren lieferbar

CE-Kennzeichnung

Zusatzkennzeichen „SB“

(Structural Bolting) auf

Schrauben und Muttern

Zentrale Forderungen

M12 – M36

Nichtrostender austenitischer Stahl

Festigkeitsklassen 50, 70, 80 (nach EN ISO 3506-1/-2)

Kein Duplex-Stahl

Beschränkungen hier nur mit Bezug auf nichtrostenden Stahl

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Kennzeichnung

Schraubengarnituren nach DIN EN 15048-2

e

s

MutterSchraube

XYZ

Hersteller

XYZ

Scheibe

Ohne

Kennzeichnung

d2

d1

Hersteller

Garnituren aus nichtrostendem Stahl

© Bumax

Werkstoffsorte

und

Festigkeitsklasse

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Allgemeines zur Ausführung

Gute Praxis: Anordnung von Scheiben unter

dem Schraubenkopf und unter der Mutter

Korrosionswiderstand der Schrauben sollte

mindestens genauso gut sein wie der

Korrosionswiderstand der zu verbindenden

Teile

z. B. zur Verschraubung von

nichtrostendem Stahl 1.4401 sollten A4-

Schrauben oder besser verwendet

werden (siehe auch Werkstoffauswahl)

Schraube nach EN ISO 4014

Mutter nach EN ISO 4032

Scheibe nach EN ISO 7089

Scheibe nach EN ISO 7089

Garnitur

Komponente Stahlsorte CRC Einschätzung

Schraube 1.4567 IIkeine ausreichende CRC

starke, die Tragfähigkeit

gefährdende Korrosion

Mutter 1.4301 II

Rechteck-

scheibe1.4404 III

Unterleg-

scheibe1.4529 V

richtige Auswahl

keine Korrosion

Falsche Werkstoffauswahl für Komponenten

einer Befestigung aus einem Straßentunnel

© Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung, Berlin

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Bumax LDX – M16x100 – Gleitmo 1952V

Bumax LDX – M16x100 – Molykote 1000 S

Anzieheigenschaften

bolt force-angle of rotation-curves bolt force-tightening torque-curves

Figure Fehler! Kein Text mit angegebener Formatvorlage im Dokument.-1: Comparison of BU_M16_LDX

tightening curves between gleitmo 1952V standard lubrication (black curves) and Molykote 1000 spray (yellow

curves)

Fp,C

Fp,C*

Fbi,max

Fp,C

Fp,C*

Fbi,max

Mit einer nicht kalibrierten Standardschmierung (Gleitmo 1952V), die ab Werk

appliziert wird, lassen sich die Schrauben zwar vorspannen, allerdings nicht gezielt

auf ein definiertes Vorspannkraftniveau

Darüber hinaus wird in der Regel die maximal erforderliche Vorspannkraft

Fbi,max ≥ 0.9·fub·As nicht erreicht

Allerdings: mit einer geeigneten Schmierung, z. B. Molykote 1000 S, lassen

sich die Vorspanneigenschaften deutlich verbessern!

FressenISO 4017 Schraubenkraft-Drehwinkel-Kurven Schraubenkraft-Drehmoment-Kurven

Sch

rau

ben

kra

ft [k

N]

Sch

rau

ben

kra

ft [k

N]

Drehwinkel (aufsummiert) [°] Drehmoment [Nm]

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Fressen / Kaltverschweißen bei hohen

Vorspannkräften

Fressen tritt in der Regel erst bei vergleichsweise hohen Vorspannkräften auf.

Fresserscheinungen lassen sich durch Peaks in den Anziehdrehmoment-

Drehwinkel-Kurven anhand von unregelmäßigen Kurvenverläufen erkennen.

Drehwinkel (aufsummiert) [°]

Schra

ubenkra

ft [kN

]

Dre

hm

om

ent [N

m]

Fressen beim Anziehen in

den plastischen Bereich, hier

nach Überschreiten von Fbi,max

Fp,C = 137.2 kN

886 Nm

195 kN

237 °

Fp,C* = 109.7 kN

Fp,C = 137.2 kN

Fbi,max ≥ 176.4 kN

Ausgeprägter „zackiger“ Verlauf infolge Fressen

Molykote® 1000 Spray

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Empfehlungen zum Vermeiden von Fressen

Geeignete Roll- oder Schneidwerkzeuge,

Härteunterschied von ≥ 50 HV zwischen den Kontaktflächen,

gerollte Schraubengewinde größere Oberflächenhärte als Muttern

gegebenenfalls Mutter eine Festigkeitsklasse niedriger wählen als Schraube;

Unterschiedliche Sorten von nichtrostendem Stahl verwenden, die sich hinsichtlich

Zusammensetzung, Vergütungsgefüge und Härte voneinander unterscheiden:

z. B. folgende Kombinationen von Schraube und Mutter: A2-C4, A4-C4 oder A2-A4,

Geeignetes Schmiermittel, das Fressen hemmt, wie z. B. eine aufgesprühte PTFE-

Trockenschicht,

Niedrige Drehzahlen während der Montage,

Leichtgängige Gewinde,

Elastisches Anziehen

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Oberflächenpressung – ISO 4014, FK 8.8 vs. HV 10.9

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Oberflächenpressung – ISO 4014, FK 8.8 vs. 10.9

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Relaxationsversuche - Vorspannkraftverluste

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1E-09 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10

loss o

f p

relo

ad

[%

]

Log (time) [a]

SS28_P03-04_B09

SS28_P05-06_B10

SS28_P07-08_B11

SS28_P09-10_B12

50

7.7 %

8.1 %

7.1 %

7.8 %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1E-09 0,0000001 0,00001 0,001 0,1 10

loss o

f p

relo

ad

[%

]

Log (time) [a]

SS28_P01-02_B05

SS28_P01-02_B06

SS28_P01-02_B07

SS28_P01-02_B08

50

7.3 % 7.1 %

7.7 % 8.6 %

Bumax 109 – M16x100 – Fp,C = 109.9 kN

Duplex EN 1.4462 300x150x8 mm plates

Bumax 109 – M16x100 – Fp,C = 109.9 kN

Duplex EN 1.4462 75x75x8 mm plates

Höchste Vorspannkraft-Verlustrate

Versuchsbeginn, danach abnehmend

Kriech-/Relaxationsverhalten

vergleichbar mit HV-Schrauben

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Gleitfeste Verbindungen

Bestimmung der Haftreibungszahl nach

Anhang G der E DIN EN 1090-2

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Gleitfeste Verbindungen …

Fv,b

Vorgesp.

Kat. A

Passschrauben

Scher-/Lochleibungs-

tragwirkung Kat. A

Geringfügiger Schlupf bei Passschrauben

Großer Schlupf bei normalen Schrauben

2 Fv,b 2 Fv,b

Verformungen δ

Gewinde der

Schraube in der

Scherfuge

Normale Schrauben

Gleitfeste

Verbindungen

Kat. B/C

Kat. B/C Schaft der

Schraube in der

Scherfuge

© CTeam

…werden benötigt, wenn

Verformungen in den geschraubten Verbindungen minimiert werden müssen

entweder aus Gründen der Gebrauchstauglichkeit oder Tragfähigkeit.

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Gleitfeste Verbindungen nach

DIN EN 1993-1-8 und DIN EN 1090-2

OberflächenbehandlungGleitflächen-

klasse

Haftreibungs-

zahl m

Oberflächen mit Kugeln oder kantigem Strahlmittel gestrahlt, loser Rost entfernt, nicht körnig. A 0.5

Oberflächen feuerverzinkt nach EN ISO 1461, gesweept und mit Alkali-Zink-Silikat-Beschichtung mit

einer Nenndicke von 60 μm.B 0.4

Oberflächen mit Kugeln oder kantigem Strahlmittel gestrahlt:

a) mit Alkali-Zink-Silikat-Beschichtung mit einer Nenndicke von 60 μm;

b) thermisch spritzaluminiert oder spritzverzinkt oder beides kombiniert auf eine Nenndicke von nicht

mehr als 80 µm.

B 0.4

Oberflächen feuerverzinkt nach EN ISO 1461 und gesweept (oder gleichwertiger Abrasionsprozess) C 0.35

Oberflächen mittels Drahtbürsten oder Flammstrahlen gereinigt, loser Rost entfernt C 0.3

Oberflächen im Walzzustand D 0.2

Fv,Ed(,ser)

Fv,Ed(,ser)

FS,Rd(,ser)

FS,Rd(,ser)

Ft,Ed(,ser)

Ft,Ed(,ser)

s t,Eds,Rd

M

p,C

3

k n 0,8 FF

( 1,25)

F

mFp,C

FprEN 1090-2, 8.4

Gleitfeste Verbindungen - Kategorien BCGleitfest im GZG – Kat. B und GZT – Kat. C - Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9

Grenzzustand der

Tragfähigkeit

Beiwert für Lochdetail ks

Normales Lochspiel: ks = 1,0

Anzahl der Gleitfugen

Haftreibungszahl m

Vorspannkraft Fp,C

Externe Zugkraft Ft,Ed

Teilsicherheistbeiwert M3

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

DIN EN 1090-2, Anhang G

Prüfung einer

GV-Verbindung nach

DIN EN 1090-2, Anhang G

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Nichtrostender Stahl

Statische Versuche mit Bumax 88/109-Schrauben (EN ISO 4017)

Austenit (1.4404) - A

Duplex (1.4462) - D

Lean-Duplex (1.4162) - LD

Ferrit (1.4003) - F

Austenitische Schrauben

M16, FK 8.8/10.9 (Bumax 88/109)

8.8

1D

SB

GB0.5

1D

Shot Blasted (SB)

Grit Blasted (GB)

0.5

© TU Delft

GB

SB

1D

Statische Versuche

Kriechversuch

Erweiterte Kriechversuche

Bumax 88 Bumax 109

Bleche aus nichtrostendem Stahl Typische Oberflächenbeschaffenheiten

© IML

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

(Vorläufige) Haftreibungszahlen für nichtrostenden Stahl

Gleitflächen-

klasseStahlsorte

Oberflächenbehandlung Haftreibungs-

zahl

m [-]Oberfläche Rz [μm]

A++

Duplex 1.4462/

Lean Duplex

1.4162

Aluminium Spray MetalizedGemessene Trockenschichtdicke (DFT)

100 mm 20 mm

≥ 40

(vor Beschichung)0,7

A+

Austenitic

1.4404/

Ferritic 1.4003

Aluminium Spray MetalizedGemessene Trockenschichtdicke (DFT)

100 mm 20 mm

≥ 40

(vor Beschichung)0,6

ADuplex 1.4462

Strahlen (kantiges Strahlgut)≥ 50

0,5Ferritic 1.4003 ≥ 45

B

Austenitic

1.4404Strahlen (kantiges Strahlgut)

≥ 45

0,4Lean Duplex

1.4162≥ 40

C - - - 0,3

DAustenitic

1.4404Strahlen (rundes Strahlgut) ≥ 35 0,2

EAustenitic

1.4404Wie hergestellt ≥ 25 0,15

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Nicht genormter

Verschraubungsfall

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Erfordernis einer Verfahrensprüfung

… immer dann erforderlich, wenn die Regelungen der DIN EN 1090-2 nicht mehr greifen und

anderweitige Regelungen in Normen/Richtlinien nicht zur Verfügung stehen.

Dies ist u. a. dann der Fall, wenn eine geschraubte Verbindung

(a) nicht mutterseitig, sondern kopfseitig angezogen werden soll,

(b) Komponenten verschraubt werden sollen, die nicht als klassische Garnitur nach den

Teilen der DIN EN 14399, z. B. HV-Schrauben nach DIN EN 14399-4, ihre Eignung zum

Vorspannen nach DIN EN 14399-2 nachgewiesen haben und nicht mit einer kalibrierten

Schmierung versehen sind,

(c) auf Vorspannkraftniveaus angezogen werden sollen, für die weder in DIN EN 1090-2

noch in DIN EN 1993-1-8/NA die Anziehparameter definiert sind oder

(d) für einige oder alle Komponenten der geschraubten Verbindungen

Mehrfachverwendungen vorgesehen sind.

Praxis Vielzahl solcher Varianten

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Verfahrensprüfung bei:

Verwendung von Einzelkomponenten einer CE-gekennzeichneten Garnitur,

Zu einer Garnitur abweichenden Rahmenbedingungen im geplanten Einsatz.

Erfordernis einer Verfahrensprüfung

Abweichende

Schmierung

Kopfseitiger

Anzug

Sack- und Durchgangslöcher

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Verfahrensprüfung

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Kriterien zur Festlegung geeigneter Anziehparameter

Nr. Grenzkriterium

1Die niedrigste individuelle Vorspannkraft Fb min eines Prüfloses soll um

mindestens 3 %1) größer sein als die gewählte Sollvorspannkraft FV.Fb min ≥ 1,03 FV

2Die 5 % Fraktile der Vorspannkräfte eines Prüflöses soll um mindestens

3 %1) größer sein als die gewählte Sollvorspannkraft FV.FRk,5% ≥ 1,03 FV

3Der Mittelwert der Vorspannkraft eines Prüfloses soll um mindestens

10 %2) größer sein als die gewählte Sollvorspannkraft FV.Fbm ≥ 1,1 FV

4Die 95 % Fraktile eines Prüfloses soll um mindestens 3 %3) kleiner sein

als die zulässige Montagevorspannkraft FMzul.FRk,95% ≤ 0,97 FMzul

5Die höchste individuelle Vorspannkraft Fb max eines Prüfloses soll um

mindestens 3 %3) kleiner sein als die zulässige Montagevorspannkraft

FMzul.Fb max ≤ 0,97 FMzul

1) Bei Ermittlung geeigneter Anziehparameter für Zielebene I des Vorspannens sind mindestens 3 % anzusetzen. Bei

Ermittlung geeigneter Anziehparameter für Zielebene II des Vorspannens kann von dem angegebenen Wert

begründet abgewichen werden.

2) Bei Ermittlung geeigneter Anziehparameter für Zielebene I des Vorspannens sind 10 % anzusetzen. Bei Ermittlung

geeigneter Anziehparameter für Zielebene II des Vorspannens kann von dem angegebenen Wert begründet

abgewichen werden.

3) Sowohl bei Ermittlung geeigneter Anziehparameter für Zielebene I des Vorspannens als auch für Zielebene II des

Vorspannens sind mindestens 3 % anzusetzen.

Hasselmann, U., Valtinat, G.: Geschraubte Verbindungen. In: Kuhlmann, U. (Hsg.): Stahlbau Kalender 2002. Berlin: Ernst & Sohn, S. 343–421.

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Bestimmung der Fraktilwerte

Bestimmung der 5% und 95 % Fraktilen nach DIN EN 1990

Fraktilwerte unter Berücksichtigung des Fraktilenfaktors kn

(unbekannter Variationskoeffizient):

Dabei ist

Fb,5% die 5%-Quantile der Schraubenkraft,

Fb,95% die 95%-Quantile der Schraubenkraft,

Fbi der individuelle Wert der Schraubenkraft in Beziehung zu den gewählten Anziehparamatern,

Fbm der Mittelwert der Fbi-Werte,

kn der Fraktilenfaktor nach DIN EN 1990, Tabelle D.1,

n die Anzahl der Prüfergebnisse,

sF die berechnete Standardabweichung der Fbi-Werte bei den gewählten Anziehparametern,

VF der berechnete Variationskoeffizient der Fbi-Werte bei den gewählten Anziehparametern.

b,5% bm n FF F 1 k V

b,95% bm n FF F 1 k V

bibm

FF

n

FF

bm

sV

F

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Elastische Grenze unter Berücksichtigung der Torsion

Vergleichsspannung aus Vorspannung und Schubspannung infolge Torsionsmoment

m

s y,bMzul

22

G0 2

A f F

d3 P1 3 1,155

2 d d

fy,b Streckgrenze der Schraube; Mindestwert

nach DIN EN ISO 898-1 [N/mm2],

As Spannungsquerschnitt des

Schraubengewindes [mm2],

P Steigung des Gewindes [mm],

mG Gewindereibung

d2 Flankendurchmesser des

Schraubengewindes [mm],

Nennspannungen

im Schraubenschaft

VDI 2230-1

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Auswertung von Anziehversuchen

unter Mehrfachverwendung des Innengewindes

Kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in HV-Muttern

Eine pauschalisierte Anwendung der hier exemplarisch

angegebenen Verhältniswerte auf andere Schraubfälle

ist weder zielführend noch zulässig!

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Auswertung von Anziehversuchen

unter Mehrfachverwendung des Innengewindes

Kopfseitiges Anziehen von HV-Schrauben in geschnittene Gewinde (Sackloch)

Eine pauschalisierte Anwendung der hier exemplarisch

angegebenen Verhältniswerte auf andere Schraubfälle

ist weder zielführend noch zulässig!

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Andere geschraubte Verbindungen

Nicht jede Verbindung mit Gewindeteilen, die keine Schraube/Mutter-Kombination

darstellt, ist deshalb schon eine „besondere Verbindung“, für die nach EN 1090-2

eine Verfahrensprüfung erforderlich wäre

Ankerschrauben, Gewindebolzen, Gewindestangen, Schraubmuffen, Spannschlösser,

Gewindelöcher, Sacklöcher usw. sind durch EN 1090-2 abgedeckt

So sollte es allerdings nicht sein …

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Andere geschraubte Verbindungen

Und so auch nicht…

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Andere geschraubte Verbindungen

Und so auch nicht…

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Zusammenfassung

Vorspannkraftniveaus Fp,C nach DIN EN 1090-2 möglich!

Kombiniertes Vorspannverfahren zwingend für Fp,C* < FV Fp,C

Modifiziertes Drehmoment-Vorspannverfahren für FV Fp,C*

Vorgespannte geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl prinzipiell

möglich bei geeigneter Einstellung der Parameter

Vorgespannte geschraubte Verbindungen aus nichtrostendem Stahl prinzipiell

möglich bei geeigneter Einstellung der Parameter

Haftreibungszahlen für gleitfeste Verbindungen sind unter Berücksichtigung der

Kriecheigenschaften zu ermitteln.

Gleitfeste Verbindungen aus nichtrostendem Stahl liefern ohne Beschichtung

für mit kantigem Strahlmittel gestrahlte Oberflächen (Grit Blasted – GB)

Haftreibungszahlen m 0,5

Der Charme einer Verfahrensprüfung liegt in der Möglichkeit, Lösungen für

alternative Verschraubungsfälle zu kreieren.

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Ausblick

Derzeit erfolgt die Erarbeitung einer neuen DASt-Richtlinie zum Anziehen von

geschraubten Verbindungen (M12-M36); voraussichtliche Veröffentlichung:

Herbst 2018

Hier auch Regelungen zum Prüfen und zur Kontrolle

Beschichtungen für geschraubte Verbindungen in ZTV-Ing und TL KOR –

Stahlbauten wird derzeit neu geregelt

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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit !

Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner

Dr.-Ing. Dominik JungbluthUniversität Duisburg-EssenFakultät Ingenieurwissenschaften

Abteilung Bauwissenschaften

Institut für Metall- und Leichtbau

Universitätsstr. 15

45141 Essen

Fon: 0201 183-2757

Fax: 0201 183-2710

E-Mail: [email protected]

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