Benutzer:Wagtho/Entwurf

Spannelemente mit Vielfachschrauben (SVS) ermöglichen hohe Vorspannkräfte mit Hilfe einfacher Handwerkzeuge. Durch das Anziehen der Druckschrauben wird der Druck im Mutterkörper gleichmässig verteilt. Das torsionsfreie Spannen und Lösen einer Schraubenverbindung verlängert deren Lebensdauer enorm^[1]. SVS lassen sich in Verbindungen mit Bolzendurchmesser 16mm bis über 2'000mm einsetzen.

Grundzüge des Systems

Ein Anziehen der Druckschrauben hat zur Folge, dass die Druckscheibe auf das Gegenstück gepresst wird. Dadurch wird der Mutterkörper in die entgegengesetze Richtung gedrückt und gleichzeitig der Bolzen gespannt.

Spannelemente mit Vielfachschrauben (SVS) werden unter den Namen Superbolt vertrieben. Ihr Hauptvorteil liegt darin, dass die zur Vorspannung benötigte Kraft auf die einzelnen Druckschrauben verteilt wird. Gerade bei grossen Verschraubungen ist es oft schwierig, die benötigte Kraft aufzubringen, um die Verbindung zu spannen. Die grösste Schraube, die man üblicherweise noch von Hand anziehen kann, ist 20 mm dick, denn die benötigte Kraft steigt in der dritten Potenz zum Durchmesser. Mit Spannelementen mit Vielfachschrauben kann die Kraft verteilt werden. Durch das eindrehen der Druckschrauben wird der Druck auf den Mutterkörper und somit auf das Schraubengewinde erhöht. Die benötigte Vorspannkraft wird durch das entsprechende Drehmoment, mit dem die Druckschrauben angezogen werden, reguliert.^[2]

Arten von SVS

SVS in Form einer Mutter
- Spannmuttern ersetzen herkömmliche Schraubenmuttern (Sechskantmuttern o.ä.). Sie sind die häufigste Form von SVS.
SVS in Form einer Schraube
- Bei der Spannschraube dient der Schraubenkopf als spannendes Element. Die Druckschrauben im Mutterkranz berühren beinahe den Bolzenschaft, weshalb sie meist einen kleineren Durchmesser haben als vergleichbare Spannmuttern. Spannschrauben können deshalb auch bei bescheidenen Platzverhältnissen grosse Vorspannkräfte erwirken.

Vorteile

SVS bieten vor allem für grosse Verschraubungen Vorteile. Sie bieten Sicherheit in Montage, Betrieb und Wartung, die Montagezeit kann deutlich verkürzt werden und sie sind vielseitig einsetzbar.

Sicherheit

Montage

Das SVS-System gilt in der Montage als sicher, zumal lediglich Handwerkzeug in Form eines Drehmomentschlüssels oder elektronisch bzw. hydraulisch unterstütztes Handwerkzeug eingesetzt wird. Andere Methoden, insbesondere thermisches oder hydraulisches Recken, beinhalten Risiken aufgrund der eingesetzten Temperatur resp. Wäremquelle, Elektrizität und hydraulischen Flüssigkeiten.

Betrieb

Wirken auf eine Schraubenverbindung dynamische Kräfte, so können diese ein Lösen der Verbindung bewirken. Setzen und Lockern von Schraubenverbindungen werden mit SVS durch die erzeugten Klemmkräfte effizient vorgebeugt^[3].

Wartung

Beim Spannen der Druckschrauben erzeugte Klemmkräfte verringern diesen Effekt, weshalb Wartungsarbeiten aufgrund wegfliegender Teile unwahrscheinlich ist.

Montagezeit

Obwohl bei der Montage von SVS insgesamt mehr einzelne Schrauben angezogen werden müssen, fällt die Bilanz der gesamten Montagezeit durchaus positiv aus. Durch das Spannen der Druckschrauben muss kein allzu grosses Drehmoment aufgebracht werden. Das benötigte Drehmoment steigt exponentiell zum Wachstum des Durchmessers. Zudem werden zur Montage keinerlei schwere Geräte benötigt, um die Schrauben zu spannen. Der Einsatz von hydraulischen Drehmomentschraubern verkürzt zusätzlich die Montagezeit. Ausserdem können ab einem gewissen Durchmesser der Verschraubung resp. der Anwendung mehrere Monteure gleichzeitig spannen, es wird ja kein teures Spezialwerkzeug benötigt. Alternative nichttordierende Spannmethoden können sehr lange dauern. Beim thermischen Rekken beispielsweise wird der Schraubenbolzen erwärmt und somit gedehnt. Die entstehenden Spann- und Klemmkräfte können erst nach dem Herunterkühlen der Teile gemessen werden. Falls die Vorspannkraft nicht den gewünschten Wert erreicht, muss die Prozedur wiederholt werden.

Vielseitigkeit

SVS können selbst bei engen Platzverhältnissen montiert werden, da sie keine grossen Spezialwerkzeuge verlangen.
SVS können auf beinahe jede Schraubenverbindung konstruert und angepasst werden. Es gibt aus praktischen Gründen eine Untergrenze was den Durchmesser betrifft. Gegen oben sind auch extreme grössen realisierbar (32" Schraubendurchmesser). Werden die richtigen Materialien verwendet, eignen sich SVS auch für Anwendungen in extremen Temperaturbereichen. Aufgrund teilweise aufwändiger Montagemethoden eignen sie sich besonders für grosse Durchmesser.

weitere Vorteile

Materialverschleiß beispielsweise durch Fressen kann wegen des nichttordierenden Spannvorgangs ausgeschlossen werden.
In vielen Anwendungen unterstützt die Elastizität den Zusammenhalt einer Schraubenverbindung. Tests haben bewiesen, dass die Turbinen-Spannmutter die Elastizität eines durchschnittlichen Spannsystems

Nachteile

SVS sind vermutlich nicht kosteneffizient für Verschraubungen mit einem Durchmesser von unter 1", tiefen Vorspannkräften oder für Anlagen mit vielen Verschraubungen, die hinsichtlich häufiger Wartung auf ein spezifisches Verschraubungsverfahren konzipiert wurden.

Anwendungen

Pressen

bei grössere Verschraubungen beispielsweise an Stahlpressen eignen sich Spannelemente mit Vielfachschrauben vor allem wegen der Montage mit Handwekzeugen. Bei anspruchsvollen Säulenverschraubungen erleichtert eine Montagehilfe das Anbringen der Mutter und soll ein Setzen und Fressen verhindern.

Bergbau

Anwendungen im Bergbau verlangen oft nach grossen Vorspannkräften. Bohrerverbindungen sind hoch dynamisch belastet, was zum selbsttätigen Lösen führen kann. SVS können diese Verbindungen, wie an Baggerauslegern, Zahnkränzen, Rahmen, Hubmotoren, Baggerschaufeln, Bagger Lagerdeckeln und Getrieben, aufrecht erhalten, weil rein axial ohne Verdrehung des Bolzens vorgespannt wird. Einige Anwendungen, wie Zahnkränze, verlangen nach kurzen Bolzen, sprich Klemmlängen. SVS sind bestens für diese Anwendungen geeignet, da sie eine zusätzliche Elastizität in die Schraubenverbindung einbringen.

Wasserkraft

SVS werden in folgenden Wasserkraft-Verbindungen verwendet: Laufrad-Welle, Kupplungen, Blatt-Nabe, Pelton Düsenapparatbefestigung, Servo Kolben, Lagergehäuse, Kugelventile, Pumpenteilfugen u.v.m. SVS-Spreizbolzen bringen zusätzliche Vorteile bei Kupplungen, weil sie radiale und axiale Vorspannung aufbringen. Die Vorspannungen heben jegliches Spiel auch im Betrieb auf. SVS können selbst sehr hohe Vorspannungen aufbringen, wie sie bei Kreuzköpfen von Kaplanturbinen und Servo-Kolbenstangen gefragt sind.

Dampfturbinen

In Dampfkraftwerken werden die SVS an folgenden Stellen eingesetzt: Speisewasserpumpen, Kesselgehäuse, Flansch der Boilerpumpe, Stopp-Ventile, Kontrollventile, Turbinenkupplungen, Stehbolzen, Mannlöcher, Einlassflansche und Speisewassererhitzer. SVS reduzieren Stillstandzeiten und Unterhaltaufwand, weil sie weniger Montage- und Demontagezeit benötigen als konventionelle Verschraubungsmethoden.

Stahlindustrie

SVS werden an unzähligen Stellen in der Stahlindustrie eingesetzt. Spannringe werden an Walzen verwendet, was die Walzen-Wechselzeit deutlich reduziert. Zudem wird kein Kran benötigt, man arbeitet mit Handwerkzeugen. Weiter verwendet man SVS an Motoren, Lagern, Wellen, Ankern und Messern.

Petrochemische Industrie

In der petrochemischen Industrie werden SVS benutzt bei: Reaktoren, Wärmetauschern, Turbinenkontrollventilen, Turbinendichtungen, Rohrflanschen, Ankern, Kupplungen, Kompressoren und Pumpen.

Kompressoren

Spezielle SVS für Kolben und Kreuzköpfe werden zur vereinfachten Montage und Demontage in engsten Bauräumen verwendet. Weitere Anwendungen sind: Ankerbolzen, flexible Scheibenkupplungen, Deydrationstürme, Kompressorzylinder, Kompressorgehäuse, Endplatten und Gaskomprimierer.

Einzelnachweise

↑ EMPA Prüfbericht Nr. 426'872
↑ Steinbock, Rolf. "Mechanical Tensioners Tame High-temperature Joint Failures." Power Engineering. August 1997, p. 46-50.
↑ EMPA-Prüfbericht Nr. 113ʻ894

Deutscher Schraubenverband e.V. Hagen (Hrsg.): ICS-Handbuch - Industrielle Schraubenmontage, 3. Auflage (2007), Mönnig-Verlag, Iserlohn, ISBN 978-3-933519-37-5, S. 351-473
Ploke, G.: Qualitätssteigerung bei Verschraubungen grossen Durchmessers durch Spannelemente mit Vielfachschrauben. VDI Bericht Nr. 1426 (1998), S. 247-262
Stutz, A.: Schwingfestigkeitsversuche an Vorspannsystem. Prüfbericht Nr. 426'872, EMPA, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf (Schweiz) im Auftrag von P&S Vorspannsysteme AG
Illgner, K.H., Esser, J.: Schrauben Vademecum, 9. Auflage (2001), Rasch Verlag, Bramsche, ISBN 3-935326-46-7

Weblinks

[1] EMPA Prüfbericht Nr. 426'872

[Rolf_4-2] Steinbock, Rolf. "Mechanical Tensioners Tame High-temperature Joint Failures." Power Engineering. August 1997, p. 46-50.

[3] EMPA-Prüfbericht Nr. 113ʻ894

[1]

[2]

[3]