Schrauben (Stud-Bolts)

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Schrauben (Stud-Bolts)
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Die Montage von Schrauben in Flanschverbindungen
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Die richtige Montage von Schraubenverbindungen in Anlagen hat in der letzten Zeit immer mehr an Bedeutung zugenommen. Es ist das Ziel
der Anlagenbetreiber eine hohe Betriebssicherheit und eine Reduzierung von Störfällen zu erreichen. Die EN 13555 und die DIN 28090/28091 für
die Dichtungen teilt die Dichtwerkstoffe in verschiedene Leckageklassen ein. Hierzu muß der Dichtwerkstoff mit einer Mindestflächenpressung
versehen werden, um die gewünschte Dichtigkeit zu erreichen. Dieses Schaubild soll einige wichtige Informationen zu Schrauben geben. Die
Bauteilefestigkeit der Flanschen und Dichtungen ist zu beachten.
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Die Anwendungsgrenzen
Darstellung der Reibungsanteile bei der Montage von Schrauben
Die Schraube funktioniert in einer Flanschverbindung wie eine Feder. Sie muß eine Mindestdehnung
erfahren um spannen zu können, darf aber auch nicht überdehnt (plastisch verformt) werden.
Schrauben sollten eine Mindestdehnung von 50% ihrer Streckgrenze erfahren, um sicher außerhalb
von Reibungseinflüssen montieren zu können und gegen eigenständiges Losdrehen gesichert zu sein.
Die Streufehler aus dem Montageverfahren reduzieren die Anwendungsgrenzen. Die Spannungen, die
man mit den Schrauben erreichen kann, sind abhängig von dem Werkstoff und der Form der Schraube.
Eine Streckgrenzauslastung von 70% ist anzustreben.
in Abhängigkeit von der Reibung
%
100
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90
80
Kopfreibungsanteil
70
Reibzahl 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
Spannung 100 31 17,5
11
9
8,5 8,25
8,1
8
Gewindereibungsanteil
0,1 32 37,5 41,5 41 40,75 40,5 40,25 40
Kopfreibungsanteil
0,1 37
45 47,5 50 50,75 51,25 51,65 52
60
50
40
Gewindereibungsanteil
30
20
10
0
0,00
Spannung
0,05
0,10
0,15
0,20
Reibzahl
0,25
0,30
0,35
übliches Reibungsfeld, w ie
z.B. in der
Automobilindustrie gefordert
Streuung der unterschiedlichen Anzugsverfahren für Schrauben
in Anlehnung an die VDI 2230
40%
20%
20%
40%
60%
Die Reibung
Die Schrauben sollten zur Montage mit geeigneten Fetten versehen werden, um die Einflüsse der Reibung
zu minimieren. Durch die Fettung können Reibzahlen 0,10 - 0,12 erreicht werden. Das nebenstehende
Diagramm zeigt, wie wichtig dieses ist.
Fett gehört an Schrauben- und Mutterngewinde und nicht auf die Dichtung!
Streufehler im Montageverfahren
60%
+
-
0,40
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maximale Streuung
Mindeststreuung
Vorspannkraft
gesteuertes
Anziehverfahren
Streckgrenz- o.
Drehwinkelgest. Anziehverf.
Drehmoment
gesteuertes
Anziehverfahren
Impulsoder
Schlagschrauber
Verschiedene Montageverfahren haben sehr unterschiedliche Streufehler. Es ist davon auszugehen,
dass bei Standardflanschverbindungen eine Montage mit Drehmomentschlüsseln ausreichend ist. In
einigen Fällen kann man in der Anlage nicht mit dem Drehmomentschlüssel an die Schraubverbindung.
Dies ist ein klarer Fehler der Anlagenkonstrukteure. Eine dann erforderliche Freihandmontage sollte
mit einer Dichtung vorgenommen werden, die über genügend Anwendungssicherheit verfügt, wie z. B.
Kammprofildichtungen.
Nach DIN 2230 ist die Montagestreuung bei sehr erfahrenen Monteuren ca. +/- 60%!
Anzugsmomente für wichtige Schrauben bei Reibungszahl 0,12 und 70% Streckgrenze (Rp0,2) in Nm
Werkstoff
Stempelung
Streckgrenze N/mm²
Stud-Bolts
Schraubenbolzen
ASTM A193 B7
B7
724
689
5/8“UNC
3/4“UNC
102
200
350
97
190
330
7/8“UNC
1“UNC
1 1/8“ 8UN
555
830
1.200
1 1/4“8UN
1 3/8“ 8UN
1 1/2“ 8UN
552
ASTM A193 B8M
B8M
448
345
207
Umrechnung
über
Streckgrenze
1.000
29
57
100
141
277
481
160
235
340
767
1.140
1.649
1.660
2.220
2.910
1.030
470
1.060 640
1.390 830
2.291
3.070
4.019
1 5/8“8UN
1 3/4“ 8UN
1 7/8“ 8UN
3.740
4.700
5.800
1.070
1.340
1.650
5.170
6.460
7.990
2“8UN
2 1/4“ 8UN
2 1/2“ 8UN
7.000
10.100
13.900
2.010
2.900
4.000
9.730
14.000
19.250
1/2“UNC
420
630
740
Für andere Werkstoffe wird der Wert aus der Spalte Umrechnung-Streckgrenze ins Verhältnis gesetzt. Bei einigen Werkstoffen ist die
Abhängigkeit der Streckgrenze vom Werkstoffdurchmesser zu beachten.
z.B. 21CrMoV57, 1.7709 , Streckgrenze 550 N/mm², Bolzen 1“
1.140 x 0,550 = 627 Nm
1.140 x 0,440 = 502 Nm
z.B. 25CrMo4, 1.7218, Streckgrenze 440 N/mm², Bolzen 1“
Quelle: Grohmann, Wissenswertes über Edelstahlschrauben
Um das Setzen der Dichtung vorweg zu nehmen, kann die Schraube auch höher ausgelastet werden, wenn die Streckgrenze nicht
überschritten wird. Die in den Werkstoffnormen angegebene Mindeststreckgrenze wird in den tatsächlich gelieferten Stählen um
ca. 20% überschritten.
© Peter Thomsen, flangevalid, Stand Februar 2012
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