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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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Schraubengarnituren
Nicht vorgespannte
Schraubenverbindungen
Vorgespannte
Schraubenverbindungen
DIN EN 15048-1 DIN EN 14399-1
Harmonisierte Schirm-Produktnorm Harmonisierte Schirm-Produktnorm
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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Nicht vorgespannte geschraubte Verbindungen
nach DIN EN 15048
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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth14 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Vorgespannte geschraubte Verbindungen
nach DIN EN 14399
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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth15 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth18 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth19 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth20 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth21 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth22 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Ausführung
geschraubter Verbindungen
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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth23 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Schraubenlöcher
M36!
FprEN 1090-2:2017, 6.6
Empfehlung: nicht bei zugbeanspruchten Verbindungen der Kategorie D!
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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth24 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth25 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth26 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth27 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth28 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth29 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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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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
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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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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth50 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Vorspannen von
Garnituren aus nichtrostendem Stahl
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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth51 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth52 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth53 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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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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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Verfahrensprüfung
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Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
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
2F bi bm
1s F F
n 1
mit
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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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth74 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth75 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth76 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth77 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Andere geschraubte Verbindungen
Und so auch nicht…
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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth78 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
Die neue DIN EN 1090-211. Juli 2018 München
Andere geschraubte Verbindungen
Und so auch nicht…
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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth79 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth80 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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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Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner | Dr.-Ing. Dominik Jungbluth81 www.uni-due.de/imliforum Stahlbaufertigung
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]
Internet: www.uni-due.de/iml
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