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Großes Potential bei Schraub- verbindungen zur Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung Patrick Junkers – HYTORC – Barbarino & Kilp GmbH – Krailling bei München
6. Offshoretage in Heiligendamm vom 21. bis 22. März 2019
28.02.2019 2
Welche Schraubverbindungen werden in der Windkraft verwendet ?
HV - Schraubgarnituren
Hochfeste vorspannbare Schraubgarnituren
(Garnitur = Schraubbolzen + Mutter + U-Scheiben)
mit Korrosionsschutz i.d.R. Feuerverzinkung (tZn)
Festigkeitsklasse 10.9 mit Gewindetoleranz 6g + tZn
HV-Muttern Festigkeitsklasse 10 mit 6AZ Gewindeübermaß.
Werksseitig unter Prozessbedingungen mit einem
Schmiermittel auf Basis MoS2 beschichtet.
Das Innengewinde von HV-Muttern ist nicht feuerverzinkt und
lediglich durch die aufgebrachte Schmierung vor Korrosion
geschützt.
HV-Unterlegscheiben: Härteklasse 300HV – 370HV
mit Fase.
28.02.2019 3
Regelung von HV-Garnituren
Produkt HV-Garnituren
Abmessungen M12 – M36
DIN EN 14399-4 HV-Schraube und Mutter
DIN EN 14399-6 HV-Unterlegscheibe
Aktuelle Version 04 / 2015
Abmessungen M39 – M72
DASt-Richtlinie 021
in Anlehnung an die DIN EN 14399-1 planmäßig vorgespannte
Schraubverbindungen H = High Strenght akt. Version 09 / 2013
Bemessung nach DIN EN 1993-1-8 bzw. DIN EN 1993-1-8 / NA
Ausführung / Montage nach DIN EN 1090-2
(Ausführung von Stahltragwerken vorm. DIN 18800-7
jetzt Aufspaltung DIN EN 1090-1 und DIN EN 1090-2)
Warum sind Schraubgarnituren stets nur von einem und demselben Hersteller zu verbauen ?
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Anlieferungszustand von HV-Garnituren (k-Klasse K1 = 0,1 – 0,16)
Die k-Klasse beschreibt die Qualität der Schmierung im Anlieferungs-
zustand der vorspannbaren Schraubengarnitur ⇒ Auf ihrer Basis gewähr-
leistet der Schraubenhersteller, dass nach sachgemäßem Anziehen der
Garnitur die Schraube die gewünschte Vorspannkraft aufweist.
Da unterschiedliche Herstellungsverfahren und Schmierzustände sich
empfindlich auf die Reibwerte bzw. Vorspannkrafteigenschaften von
HV-Garnituren auswirken können, sind die Garnituren stets von einem und
dem selben Hersteller zu verbauen ! Eine zusätzliche Schmierung der
Einzelkomponenten der Garnitur durch den Anwender ist nicht zulässig !
Jegliche Änderungen des kalibrierten Anlieferungszustandes sowie
nicht sachgerechte Transport- und Lagerbedingungen führen
zu veränderten Eigenschaften und somit zu einer
möglichen undefinierten Reibung / Vorspannkraft.
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drehmomentgesteuertes Verschrauben Woher kommen die Anzugs-Drehmomente ?
Aber auch Schrauben-Hersteller geben Empfehlungen zum Anzugs-
Drehmoment, die dann als technisches Spezifikationsmerkmal
wirken.
drehmomentgesteuertes Verschrauben Woher kommen die Anzugs-Drehmomente ?
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Beispiel: Turmverschraubungen
Größe M36 = SW 60mm (HV)
Anziehmoment MA = 2.800 Nm
Regelvorspannkraft FV = 510 kN
( wird erreicht bei einer Reibzahl von ges.µ = 0,113 und
Schraubenauslastung: 70%)
Der Schrauben-Hersteller stellt sicher, dass für eine M36 mit 2.800 Nm
eine Vorspannung von 510 kN erreicht wird, und die Garnitur durch dieses
Moment nicht zerstört wird. Die Oberflächen sind feuerverzinkt und
geschmiert (K1). Anzugsmethode: Drehmomentverfahren gem. DIN
18800-7 jetzt DIN EN 1993-1-8-N/A
Warum können Schraubverbindungen versagen ? Faktor Mensch !
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I) fehlendes Prozessverständnis aufgrund mangelhafter oder
fehlender Qualifikation
II) Auswahlfehler (bei der Programmwahl) aufgrund unvollständiger
Tätigkeitsbeschreibung
III) Falsches Richtlinienverständnis aufgrund unklarer
Verantwortlichkeit
IV) Mangelhafte Sensibilisierung der Mitarbeiter durch
Führungskräfte
Warum können Schraubverbindungen versagen ? Faktor Technik !
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I) Falsche Auslegung und Berechnung der Schraubvebindung
II) Geringe Festigkeit der Mutter oder Schraube (Schraubenqualität)
III) Zu großes Gewindespiel
IV) Leichte Schrägstellung der Auflagefläche der Mutter
V) Abstützprobleme beim Verschrauben
V) Die Reibzahl ist zu gering oder zu hoch
- durch unzulässige zusätzliche Schmierung der
Einzelkomponenten
- durch fehlerhafte Aufbringung der Schmierung durch
den Schrauben-Hersteller
- wenn Schraubengarnituren feucht / nass werden
Schmierstoffe neigen dazu Wasser aufzunehmen
- durch unsachgemäßen Transport und Lagerung
der Schraubverbindungen
Fazit: Die Herstellung einer Schraubverbindung, sprich das Verschrauben ist ein komplexer Prozess ! Ishikawa
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Zitat vom VDI – Oktober 2015
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„Allerdings
werden „bereits heute und mit vorgezeichneter Gewissheit auch in Zukunft
die hohen Ansprüche an die Schraubtechnik hinsichtlich der
Prozessfähigkeit und der rechtlichen Absicherung noch steigen.
Dem Entwickler wird bereits in der Planungsphase die Verantwortung für
die richtige Auswahl der für seine Anforderungen geeigneten
Verbindungstechnik übertragen.
Diese Auswahl hat unmittelbare Auswirkungen auf die zu verwendende
Technik, die Prozessabsicherung, die Qualitätsüberwachung sowie auf die
finale Produkthaftung und dies alles unter dem Druck der Wirtschaftlichkeit“
Seit 01.02.2015: Richtlinie VDI/VDE-2862-Blatt 2
28.02.2019 11
VDI/VDE 2862-Blatt 2: Mindestanforderungen zum Einsatz von
Schraubsystemen und –werkzeugen: Anwendungen im Anlagen- und
Maschinenbau sowie für Flanschverbin-dungen an drucktragenden
Bauteilen. Diese hat zwei „Kernaussagen“
„Kernaussage“ 1:
Der Anwender muss lt. Richtlinie VDI/VDE 2862 Blatt 1 und Blatt 2 seine
Schraubverbindungen nach drei Risikoklassen bewerten.
Kategorie A: Hohe Risikobewertung, Gefahr für Leib und Leben oder
Umwelt
Kategorie B: Mittlere Risikobewertung, Funktionsstörung / Anlagenstillstand
Kategorie C: Niedrige Risikobewertung, Unkritisch
Seit 01.02.2015: Richtlinie VDI/VDE-2862-Blatt 2
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„Kernaussage“ 2: Bei Risikoklasse A gilt folgende Mindestanforderung
an das Schraubsystem:
Direkt gemessene Steuergröße (Drehmoment, Drehwinkel, Längung,…)
Direkt gemessene Kontrollgröße (Drehmoment, Drehwinkel, Längung,)
Steuergröße und Kontrollgröße dürfen nicht gleich sein
Bereitstellung der Ergebnisse zur Weiterverarbeitung und die
Schraubsystemselbsttestfähigkeit
Redundanter Aufbau zum Erfassen der Steuer- und/oder Kontrollgröße
Alternativ kann bei diesem Punkt eine Plausibilitätskontrolle angewendet
werden
Seit 01.02.2015: Richtlinie VDI/VDE-2862-Blatt 2
28.02.2019 13
„Kernaussage“ 2 ( Fortsetzung):
Bei Risikoklasse B gilt folgende Mindestanforderung an das
Schraubsystem:
Direkt oder indirekt gemessene Steuergröße (Druck, Drehmoment,
Drehwinkel,…)
Direkt oder Indirekt gemessene Kontrollgröße (Druck, Drehmoment,
Drehwinkel,…)
Steuergröße und Kontrollgröße sind erforderlich
Bereitstellung der Ergebnisse zur Weiterverarbeitung
Bei Risikoklasse C gilt folgende Mindestanforderung an das
Schraubsystem:
Direkt oder indirekt gemessene Steuergröße (Druck,
Drehmoment, Drehwinkel,…)
Fazit: Schraubverbindungen mindestens drehmo-mentgesteuert – drehwinkelüberwacht anziehen DGD
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Eigenschaften vom hydraulischen Verschraubungsverfahren:
Drehmoment gesteuert – Drehwinkel überwacht (DGD)
(1) Im DGD-Verfahren gibt es den Steuerwert Sollmoment.
(2)Die Kontrollgröße ist der erzielte Drehwinkelwert zum Prozessabschluss.
(3)Optional kann ein externer direkter Verfahrensparameter (externe
Zusatzelektronik) zur Prozessvalidierung mit eingebunden werden,
welcher über die Strom- oder Spannungsschnittstelle kontinuierlich
mitgemessen und als erreichter Maximalwert digital ausgegeben und
dokumentiert wird.
(4)Die Vorhub-/Rückhub- Steuerung läuft über das Sollmoment ab (der
Schrauberrückhub wird beim Erreichen des Sollmomentes oder am
Hubende eingeleitet)
Fazit: Schraubverbindungen mindestens drehmo-mentgesteuert – drehwinkelüberwacht anziehen DGD
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Eigenschaften vom hydraulischen Verschraubungsverfahren:
Drehmoment gesteuert – Drehwinkel überwacht (DGD)
(5) Der Spindelstillstand wird „direkt“ mittels Drehwinkelsensor beim Erreichen
des Sollmoments gemessen und der Schraubprozess beendet.
(6) Zur IO/NIO-Erkennung wird nach Abschluss der Verschraubung geprüft,
ob das parametrierte Drehmomentfenster und das Drehwinkelfenster erreicht
wurde. Zur Prozessvalidierung sind der Dokumentation die Drehwinkel- und
Momentenwerte und der grafische Anzugsverlauf hinterlegt.
(7) Die Prozessfähigkeit beginnt bei einem Drehmomentwertäquivalent
>100Bar (>14% vom Endmoment des Werkzeugs).
Hinweis: Bei der DGD-Standardausführung werden die Kate-
gorien A, B und C nach VDI / VDE-2862-Blatt 2 erfüllt.
Fazit: Schraubverbindungen mindestens drehmo-mentgesteuert – drehwinkelüberwacht anziehen DGD
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Fazit: Auszug Protokoll drehmomentgesteuert – drehwinkelüberwacht anziehen DGD
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Wie wäre es aber mit Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung ?
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Kostengünstiger werden bei
gleichzeitiger Qualitätssteigerung ! Und hier gibt es ein großes bislang noch nicht ausgeschöpftes
Potential bei Schraubverbindungen durch Einsatz neuer mobiler,
baustellentauglicher und felderprobter intelligenter Verschraubungssysteme
Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung mit dem hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Verfahren SGA
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mobil mit der Prozess- und Dokumentationspumpe ECO2Touch in
Kombination mit hydraulischen Standard-Drehmomentschraubern
Hier nutzt man den Umstand, dass beim Anziehen von SV durch gegen-
seitiges Verdrehen von Mutter und Schraubenbolzen nicht nur eine
AXIALSPANNUNG, sondern auch eine TORSIONSSPANNUNG
infolge der Gewindereibung beansprucht wird.
Das Fließen des Schraubbolzens beginnt dann dort, wo die Vergleichs-
spannung aus Zug- und Torsion die Werkstoff-Fließgrenze erreicht.
Unmittelbar nach erfolgter Vorspannung federt der Torsionsanteil zu
50% im Schraubenbolzen zurück. Dadurch sinkt bei verbleibender
Vorspannkraft die Vergleichsspannung, und die Streckgrenz
gesteuerte vorgespannte Verbindung gewinnt wieder eine
elastische Verbindungsreserve.
Kosteneinsparung und Qualitätssteigerung mit dem hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Verfahren SGA
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Was bedeutet eigentlich Streckgrenze ?
28.02.2019 21
Ist im Kontext von Verschraubungen von „Streckgrenze“ die
Rede, ist an sich die Dehngrenze gemeint. Denn bei
technischen Werkstoffen wird statt der Streckgrenze in der
Regel die Rp0,2-Dehngrenze oder Elastizitätsgrenze Rp0,2
angegeben.
Fazit:
mit einem prozesssicheren mobilen hydraulischen
streckgrenzgesteuerten Anzugsverfahren:
- können Schrauben niemals abgerissen werden
- hat man stets eine ausreichende elastische
Verbindungsreserve
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Zitat aus „Schraubenverbindungen“ 4. Auflage Springer-Verlag Heinrich Wiegand, Karl-Heinz Kloos und Wolfgang Thomala
Das überelastische Anziehen von Schraubenverbindungen mit
Hilfe von streckgrenzüberschreitenden Montageverfahren
gestattet die optimale Ausnutzung der Schraube beim
Anziehen und führt zu maximal möglichen Montagevor-
spannkräften (Kapitel 8 ).
Da hochfeste Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 bis 12.9
ausreichende Zähigkeitseigenschaften besitzen, können sie
im Allgemeinen gefahrlos in den teilplastischen
Verformungsbereich vorgespannt werden.
Die Betriebshaltbarkeit der Verbindung wird nicht negativ
beeinträchtigt, sondern deutlich verbessert !!!
Oder anders ausgedrückt ( Quelle: Schraubfachausbildung DSV)
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Bei überelastischer Montage wie dem hydraulischen streckgrenz-
gesteuerten Verschrauben wird die Fließgrenze der Schraube
bewusst überschritten. Wichtig sind zwei Besonderheiten:
Durch Setzkraftverluste wird die Verbindung trotzdem elastisch
betrieben ( Rückfederung; oft kritisch eingeschätzt, falls keine
Erfahrung mit überelastischer Montage existiert – aber mittlerweile
seit Jahren etabliert )
Durch Torsionsspannungsrückgang im Betrieb entsteht eine
angehobene Fließgrenze, d.h. es entstehen neue Belastungs-
reserven ( daher ist eine überelastisch montierte Schraube
absolut betriebssicher)
Mit dem mobilen hydraulischen streckgrenzgesteuer-ten Schraubverfahren (SGA) können / kann
28.02.2019 24
- Schraubverbindungen von vornherein kleiner dimensioniert werden.
- Die Anzahl und Durchmesser der Schraubverbindungen reduziert
werden
- Standard HV-Schraubverbindungen weiterhin verwendet werden.
Fazit: Es sind also keine Sonderschrauben notwendig.
- Standard HV-Schraubgarnituren können wiederverwendet und
von verschiedenen Herstellern miteinander vermischt werden.
- Die Dauerschwingfestigkeit der Verbindung erhöht werden.
- Von Zertifizierern und Prüfbehörden anerkannt verschraubt werden.
- Richtlinien konform verschraubt werden ( ISO; VDI-2862-2 etc.).
- Mit einer absoluten Qualitätskontrolle dokumentiert verschraubt
werden.
- Bereits vorhandene hydraulische Standard-Drehmomentschrauber
verwendet werden.
Fazit: Mit dem mobilen hydraulischen streckgrenzge-steuerten Schraubverfahren (SGA) lassen sich:
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Im Zusammenspiel mit einer fachgerecht dauerfesten Auslegung der Verbindungs-
elemente können: ganze Komponenten insgesamt kleiner, schlanker und leichter
konstruiert und somit von vornherein deutlich kostengünstiger hergestellt werden.
ist der Weg zur wartungsarmen / -freien Standard-Schraubverbindung mit
Standard-Werkzeugen möglich.
Der Zweck von Schraubverbindungen wird sicher gestellt: Nämlich zwei oder
mehrere Komponenten so zu verbinden, dass diese sich unter allen vorkommenden
Betriebskräften stets wie ein Teil verhalten !
Selbst lackierte Bauteile lassen sich mit dem STRECKGRENZ gesteuerten Anzugs-
verfahren (SGA) prozesssicher Verschrauben !!! Denn:
- Es wird stets eine Vorspannkraft in ausreichender Höhe prozesssicher erzeugt
- Es entsteht ein Kraftfluss in der lackierten Verbindung
- Ein mögliches Gleiten in der Trennfuge wird von vornherein
durch den erzeugten Reibschluss vermieden
Wie funktioniert hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) in der Praxis ?
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Um Standard HV-Schraubverbindungen prozesssicher Streckgrenzen
gesteuert im Feld anzuziehen und um allen Anforderungen nach VDI/VDE
2862-Blatt 2 im Sinne von Industrie 4.0 gerecht zu werden besteht ein
mobiles, praxistaugliches hydraulisches Verschraubungssystem aus einer
Prozess- und Dokumentationspumpe in Kombination mit Standard
hydraulischen Drehmomentschraubern mit Drehwinkelsensoren zur
Erfassung, Analyse und Kontrolle sämtlicher Schraubvorgänge.
Wie funktioniert hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) in der Praxis ?
28.02.2019 27
Mobiles felderprobtes Streckgrenzen gesteuerte Anziehen mit
hydraulischen Standard Vierkant- und Wechselkassetten-
Drehmomentschraubern ab 60 Nm bis 190.000 Nm mit abnehmbaren
Drehwinkel-Sensoren (wegen der Prozesssicherheit ) UND …..
Wie funktioniert hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) in der Praxis ?
28.02.2019 28
…..in Kombination mit der Prozess- und Dokumentationspumpe
ECO2Touch / 230 Volt bzw. 400 Volt
+ =
Standard-Eco-Pumpe Touch-Control-Unit ECO2Touch-Pumpe
Hinweis: Eine bereits vorhandene Standard-ECO-Pumpe / 230 Volt /
400 Volt, kann ohne Probleme später auf eine Prozess- und
Dokumentationspumpe ECO2Touch umgerüstet werden !
Wie funktioniert hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) in der Praxis ?
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Mögliche Anzieh- und Analyseverfahren
(1)drehmomentgesteuertes Anziehen (*indirekt!)
(2)drehmomentgest. drehwinkelüberw. Anziehen
(3)drehmomentgest. streckgrenzüberw. Anziehen
(4)Drehmoment-Drehwinkelgesteuertes Anziehen
(5)vorspannkraftgesteuertes Anziehen (*indirekt!)
(6)streckgrenzgesteuertes Anziehen
(7)streckgrenzgesteuertes drew. überw. Anziehen
(8)externe Prozesssteuerung mit Drucksteuerung
mit Standard Industrieschnittstelle 0..10V / 0..20mA
- Sequenzer (Verkettung von Schraubprogrammen)
- Drehmoment-Analysetool
* Standardausführung - Erweiterbarkeit ist gegeben
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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WEA-Onshore-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm mit
HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-20 MXT
streckgrenzgesteuert angezogen !
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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Ausschnitt:
Flanschverschraubung vier Stück WEA-Schraubverbindungen M72
für Offshore-Windkraftanlagen
28.02.2019 32
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
WEA-Onshore-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm mit
HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-20 MXT
streckgrenzgesteuert angezogen ! Bei dieser SV wurde ein
Drehomoment: 18.805 Nm benötigt. Die lineare
Steigung betrug hier: 147,5 N pro Grad
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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2
5
6
Gesamtprotokoll aller streckgrenzgesteuert angezogenen Onshore
WEA-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm.
ALLE angezogenen SV waren in der Streckgrenze vor Rp0,2
Streckgrenze OK
Streckgrenze OK
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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WindEnergy-Hamburg 2018: Testbock-Verschraubung fünf Stück WEA-
Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuerverzinkt für
Windkraftanlagen stets wiederverwendet
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben
Testbock-Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV
feuerverzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
28.02.2019 36
WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-
Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-
verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
28.02.2019 37
WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-
Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-
verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet
Gesamtübersicht aller vier hydraulisch streckgrenzgesteuerter Schraubenverläufe
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-
Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-
verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet
statistische SGA-Auswertung der von Schraube zu Schraube einzeln aufgebrachten Drehmomente
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
28.02.2019 39
WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-
Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-
verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet
statistische SGA-Auswertung der von Schraube zu Schraube einzeln aufgebrachten Drehwinkel
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
28.02.2019 40
WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-
Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-
verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet
statistische SGA-Auswertung der von Schraube zu Schraube einzeln aufgebrachten linearen Steigungen
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
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WindEnergy-Hamburg 2018: streckgrenzgesteuertes Verschrauben Testbock-
Verschraubung fünf Stück WEA-Schraubverbindungen M42-10.9 HV feuer-
verzinkt für Windkraftanlagen stets wiederverwendet Schrauben-Nr: 1 2 3 4 5
L0 287,55mm 287,75mm 287,24mm 287,26mm 287,48mm
L1 287,71mm 287,92mm 287,38mm 287,58mm 287,69mm
L2 287,86mm 288,10mm 287,56mm 287,65mm 287,52mm
L3 288,02mm 288,25mm 287,74mm 287,75mm 287,54mm
L4 288,18mm 288,35mm 287,94mm 287,90mm 288,71mm
L5 288,20mm 288,45mm 288,16mm 287,92mm 288,80mm
L6 288,27mm 288,64mm 288,41mm 288,01mm
L7 288,50mm 288,69mm 288,21mm
L8 288,61mm 288,45mm
L9 288,87mm
hydraulishes streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA) Praxisbeispiel
28.02.2019 42
und als „Schmankerl“ - prozesssicheres Verschrauben
ohne Reaktionsarm und Gegenhalteschlüssel dank
verdrehsicherer Unterlegscheiben
Vorteile des hydraulischen streckgrenzgesteuerten Anziehverfahrens (SGA)
28.02.2019 43
Anziehfaktor αA = 1,0 Zitat VDI2230: Die Vorspannkraftstreuung wird wesentlich
bestimmt durch die Streuung der Streckgrenze im verbauten Schraubenlos. Die
Schrauben werden hier für FMmin dimensioniert; eine Auslegung der Schrauben für
FMmax mit dem Anziehfaktor αA entfällt deshalb für diese Anziehmethode.
Max. Vorspannkraft: Die Schraube erreicht beim Anziehen auf Grund der Belastung
auf Zug und Torsion ihre individuelle Streckgrenze. Durch den Wegfall der Torsions-
belastung beim beenden des Anziehvorgangs wird eine Vorspannkraft von ca. 90% von
Rp0,2 erreicht.
Reibwertunabhängig: Unabhängig von der Reibung wird jede Schraube bis zur
Streckgrenze belastet. Unterschiedliche Reibbeiwerte führen lediglich zu einer
Veränderung der Torsionsbelastung in der Schraube und damit nur zu einer
Vorspannkraftstreuung kleiner± 5%
Keine Sonderschrauben: Das Anziehverfahren kann sowohl am Schrauben-
kopf, als auch an der Mutter angewendet werden.
Vorteile des hydraulischen streckgrenzgesteuerten Anziehverfahrens (SGA)
28.02.2019 44
Wiederverwendbar : Da das Verfahren sicher vor Rp0,2 abschaltet, können die
Verbindungselemente wiederverwendet werden.
Verschiedene Hersteller: Schrauben und Muttern von verschiedenen Herstellern
können problemlos vermischt werden, da jede Schraube auf ihre individuelle
Streckgrenze angezogen wird, gibt es keine Einschränkungen bei der Wahl der
Lieferanten.
Geringste Setzverluste: Da sich alle Bauteile ständig im Kraftfluss befinden und eine
besonders hohe Vorspannkraft erreicht wird, hat dieses Verfahren die geringsten
Setzverluste.
Anerkanntes Verfahren: Das streckgrenzgesteuerte Anziehen wird seit Jahrzenten
eingesetzt – beispielsweise im PKW und Nutzfahrzeugbau
Erfüllt VDI 2862: Erfüllt die Anforderungen der VDI 2862 für alle Verschraubungen.
Vorteile des hydraulischen streckgrenzgesteuerten Anziehverfahrens (SGA)
28.02.2019 45
Dokumentation: Jeder Schraubvorgang wird über Drehmoment
und Drehwinkel dokumentiert
Qualitätskontrolle: Da nicht nur die Schraube sondern die gesamte Verbindung
beim Anziehen „vermessen“ wird, werden Abweichungen in der Qualität sofort
erkannt.
Dauerschwingfestigkeit: Auf Grund des hohen Vorspannkraftniveaus erhöht sich
auch die Dauerschwingfestigkeit der Verbindung.
Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):
28.02.2019 46
Warum sollte ein Konstrukteur überhaupt das SGA-Verfahren betrachten ?
Das hydraulische streckgrenzgesteuerte Anziehen ist ein Verfahren, das mit dem
Drehmoment-Drehwinkel-Gradienten einen besseren Indikator für die Verspann-
höhe als das Drehmoment nutzt. Daher ist das SGA-Verfahren erheblich genauer,
auch bei schwierigen Schraubfällen.
Wenn das SGA-Verfahren richtig eingesetzt wird, gibt es bei den Schraubfällen, bei
denen es zur Anwendung kommt, keine Montageprobleme mehr. Die Gesamt-
kosten der Schraubfälle sinken.
Wieso kann man eine bereits streckgrenzgesteuert angezogene Schraubver-
bindung im Betrieb noch weiter belasten ?
Eine überelastisch angezogene Schraubverbindung setzt nach Wegnahme des
Verschraubungswerkzeuges sofort neue Belastungsreserven frei.
Trotz überelastisch montierter Schraube wird die Verbindung nur elastisch
betrieben.
Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):
28.02.2019 47
Welche Betriebslast kann die Schraube noch ertragen ?
Trotz überelastisch montierter Schraube wird die Verbindung nur elastisch
betrieben. Aufgrund diesem Mechanismus heraus können so hohe Betriebslasten
übertragen werden, dass die Trennfuge der Verbindung abhebt oder abgleitet,
wenn man eine duktile (Dultilität = plastische Verformbarkeit eines Materials) Schraubenver-
bindung mit Plastifizierungsmöglichkeit erstellt. Derart hohe Betriebslasten dürften
aber in der Realität nicht auftreten.
Bei einer dauerfest ausgelegten Schraubverbindung wird die Schraube durch Tor-
sionspannungsrückgang und Setzen im Betrieb nicht mehr so hoch belastet wie
sie bereits beim streckgrenzgesteuerten Anziehen bereits belastet worden ist.
Das bedeutet, dass die höchste Beanspruchung bereits bei der SGA-Montage und
nicht später im Betrieb auftritt.
Daher versagen dauerfest ausgelegte Schraubenverbindungen bei überelastischer
Montage (streckgrenzgesteuerter Montage ) nicht im Betrieb.
Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):
28.02.2019 48
Was passiert, wenn die Schraube im Betrieb überlastet wird, die Streckgrenze
also vielleicht wieder überschritten wird ?
Dann plastifiziert das Verbindungssystem etwas, deswegen sind duktile hochwer-
tige Schraubverbindungen nötig, und hilft sich anschliessend selbst durch weiteren
Vorspannkraftverlust. Der Schraube geht es danach wieder gut.
Kritisch wäre, wenn die Schraube über die Gleichmaßdehnung mit anschliessend
abnehmbarer Festigkeit plastifiziert würde. Den sich einstellenden Vorspannkraft-
verlust kann man auch messen und z.B. durch ein Monitoring-System überwachen
und als kritisches Ereignis sichern.
In der Praxis kommt die Weiterplastifizierung von Schrauben aber kaum vor, da
eine derartige Verbindung sowieso versagen würde und viel zu klein dimensioniert
wäre.
Insofern wird auch bei Überbeanspruchung in den meisten Fällen nie mehr die
Streckgrenze erreicht.
Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):
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Was passiert mit starken dynamischen Lasten ? – Stichwort Schwingfestigkeit ?
Bei dynamischen Lasten gelten auch bei überelastischer Montage die üblichen
Gefahrenmechanismen, insbesondere die Empfindlichkeit des Gewindegrundes
der Schraube für geometrische und werkstoffliche Abweichungen.
Vorspannkraftverluste sind hier positiv für die Schwingfestigkeit des Gesamtsys-
tems, wenn noch genügend Restvorspannkraft übrig bleibt, insbesondere wenn
Eigenspannungen im Spiel sind. Wie immer, muss man besonders bei
dynamischen Belastungen auf die Qualität der Verbindungselemente achten und
das Betriebsverhalten absichern – sowohl bei überelastischer als auch elastischer
Montage.
Die Praxis zeigt, dass die Schwingfestigkeit einer Schraubverbindung sehr stark
von der Gestaltung bestimmt wird, nicht nur von den Werkstoffeigenschaften der
beteiligten Bauteile. Deshalb kann man i.d.R. mit gestalterischen Maßnahmen viel
erreichen.
Hinweis: 9. Münchener Forum Verbindungstechnologie in München-Unterhaching vom 27. bis 28.11.2019
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Dort wird unter anderem die Thematik behandelt:
„Die Bedeutung überelastischer Montageverfahren für die
Dauerfestigkeit schwingend belasteter Schraubverbindungen“
Veranstalter:
HYTORC – Barbarino & Kilp GmbH
Kempchen Dichtungstechnik GmbH
F. REYHER Nchfg. GmbH & Co. KG
Schrauben-Verschrauben-Dichtungen
München-Unterhaching 27. bis 28.11.2019
www.vt-forum.de
Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):
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Welche Nachteile hat das hydraulisch streckgrenzgesteuerte Anzugsverfahren
gegenüber dem drehmomentgesteuerten Anziehen?
Für die Verbindungsqualität entstehen nur Vorteile; das streckgrenzgesteuerte
Montieren ist – wo einsetzbar – sicherer als das drehmomentgesteuerte
Verschrauben, da so eine viel bessere Regelgröße genutzt wird, nämlich die
Längung der einzelnen Schraube durch den Drehwinkelgradienten anstelle des
Drehmoments. Im Prinzip ist das Drehmoment bei unbekannter Reibung nur eine
bessere Schätzgröße für die Vorspannkraft, für die man früher keine Alternative
hatte.
Der Aufwand lohnt sich, da die streckgrenzgesteuerte Montage deutliche
Leistungszuwächse bei innovativen Produkten ermöglicht, die sonst nicht möglich
sind. Insofern gehört die streckgrenzgesteuerte Montage zu optimierten Produkten
der Zukunft.
Häufig gestellte Fragen zum hydraulischen streckgrenz-gesteuerten Anzugsverfahren (SGA):
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Welche Schraubverbindungen sollte man nicht streckgrenzgesteuert Anziehen ?
Das Limit bilden alle Schraubfälle, bei denen ein zunehmender Montage-Drehwinkel
nicht mit kontinuierlich zunehmender Schraubenverlängerung einhergehen muss.
Dies ist z.B. bei Plastifizierungen im Kraftfluss neben der Schraube der Fall, wie bei
weichen und niedrigfesten Bauteilwerkstoffen, die bei zunehmender Belastung eine
plötzliche oder stark zunehmende Verformung hervorrufen. Auf diese Weise würde eine
u.U. Fehlinterpretation des Schraubgeräts ausgelöst und ein vermeintliches streck-
grenzgesteuertes Abschalten ohne Erreichen der Schraubenstreckgrenze erzeugt.
Problematisch können hier weiche Dichtungen im Krafthauptschluss sein, wie sie bei
Flanschverbindungen in der Prozessindustrie eingesetzt werden.
Insgesamt ist also auf die Qualität der verschraubten Bauteile einschließlich der werk-
stofflichen Schraubenduktilität zu achten.
Literaturverzeichnis
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März 2019 Literaturhinweise
Februar 2019 Prof. Dr. Christoph Friedrich Universität Siegen - Interview in der HY/NRW-08
Januar 2019 Dipl.-Ing. Ulrich Oehms / HYTORC-Seis GmbH - Dörth
Fachbericht zum streckgrenzgesteuerten Montageverfahren
September 2018 HY-Wind Sonderausgabe zur Windenergy-Hamburg 2018
08.03.2018 DI; KR; PJ: Tagungsband 26. Kranfachtagung-2018 Technische Universität Dresden März 2018
2018 Deutscher Schraubenverband e.V. / Hagen Ausbildung zum Schraubfachingenieur
07.12.2017 Dr.-Ing. Selcuk Güres / August Friedberg GmbH - 8. Münchener Forum Verbindungstechnik
November 2015 VDI-Richtlinie 2230 Blatt 1: Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen
Februar 2015 VDI/VDE 2862 Blatt 2 Mindestanforderungen zum Einsatz von Schraubsystemen und –werkzeugen / Anwendungen im Anlagen- und
Maschinenbau sowie für Flanschverbindungen an drucktragenden Bauteilen,
2014 Isele, D. et al, Verhalten von Lackschichten in Schraubenverb., Schraubmontage 2014, VDI-Berichte Nr. 2219, 2014, S. 17-18
2014 Holger Junkers, nicht veröffentlichte Schulungsunterlagen zum Smarttorc System, München, 2014, JUKO Technik GmbH
29.06.2012 Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt Ingenieurbüro Prof. Schmidt & Partner, Essen
Arbeitstagung 2012 Vereinigung für Prüfingenieure für Bautechnik
Februar 2007 Wiegand Kloos und Thomala – Springer Verlag: Schraubverbindungen 5. Auflage
2002 Dr.-Ing. Uwe Hasselmann / G. Valtinat - Stahlbaukalender „Geschraubte Verbindungen“
Verlag Ernst & Sohn
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