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Wartungsfreie Schraubverbindungen im Offshore-WEA-Bereich
Praktische Umsetzung
1
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Fakten zu Offshore-Windkraftanlagen (OWEA)
Das EEG ist in der Bundesrepublik Deutschland die gesetzliche
Grundlage um eine nachhaltige Energieversorgung im Interesse des
Klima- und Umweltschutzes zu erreichen
Ziel ist es, den Anteil des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien
vom Bruttostromverbrauch bis 2050 auf mindestens 80 % zu steigern.
Ein wesentlicher Beitrag soll durch die On- und Offshore-Windenergie
erreicht werden.
Das bedeutet eine Erhöhung der installierten Leistung an Offshore-
Windenergieanlagen (OWEA) von derzeit 3,428 GW eingespeister
Nettonennleistung (Stand 16.11.2016) auf 6,5 GW bis zum Jahr 2020 und
15 GW bis 2030.
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Fakten zu Offshore-Windkraftanlagen (OWEA)
Hohe Küstenentfernungen und große Wassertiefen sind eine große
Herausforderung zur Umsetzung von WEA-Offshore-Projekten. Bereits
heute gibt es zeitliche Verzögerungen.
Regelmäßige Inspektionen und Wartungen sind auch bei OWEA
notwendig um kostenintensive Anlagenausfälle zu vermeiden als auch um
die Betriebsfähigkeit zu gewährleisten.
Die Service- und Wartungskosten bei OWEA betragen bis zu einem
Viertel der Gesamtkosten aufgrund erhöhter Schwierigkeiten wie
Zugänglichkeit, Seegang, Wetter und den großen Dimensionen.
Nach BSH Standard ist für OWEA eine wiederkehrende Prüfung mit
maximalen Prüfintervallen von vier Jahren vorgeschrieben.
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Fakten zu Offshore-Windkraftanlagen (OWEA)
So sind u.a. auch Schraubverbindungen (SV) dahingehend zu prüfen, ob
unzulässige Veränderungen gegenüber der genehmigten Ausführung
vorliegen.
Die Überprüfung der Vorspannung ist ein wesentliches Prüfkriterium,
denn ein selbsttätiges Lösen von SV ist ein hohes Sicherheitsrisiko. Das
bedeutet kurze und somit teure Inspektionsintervalle von SV.
So mussten beispielsweise bei Boatlandings komplette Schraubengarni-
turen ausgetauscht werden, wodurch Kosten von beinah €uro 2 Mio
entstanden sind.
In der Offshore-Öl- und Gasindustrie kommt es trotz hoher Prüf- und
Nachziehaufwände zu kritischen Versagen von Schraubenverbindungen,
welche regelmäßig zu herabfallenden Bauteilen führen.
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Fakten zu Offshore-Windkraftanlagen (OWEA)
Das Wissen des realen Vorspannkraft-Zeitverhaltens von planmäßig
vorgespannten Schraubenverbindungen ermöglicht die Auslegung und
Konstruktion wartungsarmer/-freier Schraubflanschverbindungen bei
OWEA.
Betriebskosten können durch größere Inspektionsintervalle reduziert
werden. Kostenintensive Kontrollen könnten verringert werden oder ein
Austausch kompletter Schrauben-Garnituren verhindert werden.
Die Arbeits- und Anlagensicherheit sowie die Betriebskosten von OWEA
können deutlich optimiert werden, wodurch eine kosteneffektivere
Gewinnung regenerativer Energien erreicht wird.
Ingenieur- und Offshore-Servicedienstleister, Stahlbauer, Tragwerkhersteller,
Beschichter sowie Bauüberwacher und –prüfer profitieren von diesen
Erkenntnissen. Diese sind für den gesamten Stahlwasserbaubereich übertragbar
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Was sind die Ziele der Wind-Industrie ?
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
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Kostengünstiger werden bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung !
Fazit:
Mit dem richtigen prozesssicheren und mobilen Schraubverfahren
lassen sich:
Ganze Komponenten insgesamt kleiner, schlanker
und leichter konstruieren und somit deutlich kostengünstiger
herstellen.
Im Zusammenspiel mit einer fachgerecht dauerfesten Auslegung der
Verbindungselemente ist der Weg zur wartungsfreien 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 ! 7
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Kostengünstiger werden bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung !
TIPP:
Leichtbau liefert einen wichtigen Beitrag zur Ressourcen-effizienz und hilft den CO2 – Ausstoß deutlich zu verringern.
Die deutsche Bundesregierung fördert deshalb Leichtbau-
Projekte – siehe:
https://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnah
me-leichtbau-in-deutschland_705684.html
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https://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.htmlhttps://www.bundesregierung.de/Content/Infomaterial/BMWI/bestandsaufnahme-leichtbau-in-deutschland_705684.html
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Mobiles hydraulisches
Streckgrenzen gesteuertes Anzieh-Verfahren (SGA):
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Mit dem mobilen hydraulischen
Streckgrenzen-gesteuerten Anzieh-Verfahren (SGA): (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.
Mit welchem Schraubverfahren lassen sich diese Ziele erreichen ?
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Anders ausgedrückt ( Quelle: Schraubfachausbildung DSV)
Bei überelastischer Montage – heute immer häufiger angewendet-
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)
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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.
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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 …..
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+ =
…..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 !
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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
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Automatisierte messtechnische
Möglichkeiten zur MFU/PFU
Praxisbeispiel: VDI VDE 2862 Blatt 2: [1]
bei Kategorie A & B Automatisierte
stochastische Analyse zur
Schraubprozessvalidierung / Ermittlung
von Fähigkeitskennwerten
(Protokollauszug / Grafikauszug)
Integration externer kalibrierter
Zusatzsensoren / Messmittel
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Intuitive Bedienung über ein TOUCH-Display an der Pumpe
wie sie auch von Smart-Phones bekannt ist sowie prozess-
sicheres Verschrauben mit automatisierter Dokumentation
als Text und Graphik ( Optional mit Scanner )
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Dokumentierte Schraubverläufe (Beispiele)
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Beispiele aus der Praxis:
Mobiles STRECKGRENZ gesteuertes Verschrauben mit Eco2Touch
Kupplungsverschraubung 16 Stück Inbus-Schraubverbindungen M20
Die Schraubverbindungen kamen von zwei unterschiedlichen Herstellern 19
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Beispiele aus der Praxis:
Mobiles STRECKGRENZ gesteuertes Verschrauben mit Eco2Touch
Ausschnitt:
Flanschverschraubung vier Stück WEA-Schraubverbindungen M72
für Offshore-Windkraftanlagen
20
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0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 8
15
22
29
36
43
50
57
64
71
78
85
92
99
10
6
11
3
12
0
12
7
13
4
14
1
14
8
15
5
16
2
16
9
17
6
18
3
19
0
19
7
tp1-20170821_101821 V1/S1
Datum V2/S2
21.08.2017 V3/S3
21.08.2017 V4/S4
Flanschverschraubung vier Stück WEA-Schraubverbindungen M72
für Offshore-Windkraftanlagen 21
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Beispiele aus der Praxis:
Mobiles STRECKGRENZ gesteuertes Verschrauben mit Eco2Touch
Ausschnitt:
Flanschverschraubung von weiteren vier Stück WEA-Schraubverbin-
dungen M72 für Offshore-Windkraftanlagen
22
-
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
400001 7
13
19
25
31
37
43
49
55
61
67
73
79
85
91
97
10
3
10
9
11
5
12
1
12
7
13
3
13
9
14
5
15
1
15
7
16
3
16
9
17
5
18
1
tp1-20170821_110748 V1/S1
Datum V2/S2
21.08.2017 V3/S3
21.08.2017 V4/S3
21.08.2017 V5/S4
Flanschverschraubung weiterer vier Stück WEA-Schraubverbindungen
M72 für Offshore-Windkraftanlagen 23
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WEA-Onshore-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm mit
HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-20 MXT
streckgrenzgesteuert angezogen !
Beispiele aus der Praxis:
Mobiles STRECKGRENZ gesteuertes Verschrauben mit Eco2Touch
24
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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 25
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Graphische Ansicht aller WEA-Turmverschraubung M64x300mm-10.9
= SW 100mm welche < 21.000 Nm streckgrenzgesteuert angezogen
wurden ! 26
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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
Strecckgrenze OK
27
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Programmierter Parameter für SV =OK: < 21.000Nm
Statistik der notwendigen Drehmoment um SV streckgrenzgesteuert
anzuziehen
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23.000Nm 23.000Nm
Bolt# 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Torque [Nm] 19.425 17.487 21.407 19.347 23.000 18.495 18.921 21.642 19.270 16.285 23.000 23.000 18.533 20.475
Micrometer L0 [mm] 335,25 335,62 335,02 334,66 335,29 336,04 335,13 334,66 334,93 334,74 335,07 335,37 336,63 334,91
Micrometer L1 [mm] 336,35 336,78 336,49 335,79 336,6 337,02 336,34 335,91 336,07 335,73 336,17 336,65 337,85 336,14
Micrometer Elong. [mm] 1,1 1,16 1,47 1,13 1,31 0,98 1,21 1,25 1,14 0,99 1,1 1,28 1,22 1,23
Ultrasonic Elong. [mm] 0,862 1 1,029 1,085 1,367 1,126 1,132 1,114 1,11 0,948 1,096 1,232 1,176 1,088
Med. Microm.-Utlras. [mm] 0,981 1,08 1,2495 1,1075 1,3385 1,053 1,171 1,182 1,125 0,969 1,098 1,256 1,198 1,159
WEA-Onshore-Turmverschraubung M64x300mm-10.9 = SW 100mm mit
HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-20 MXT
streckgrenzgesteuert angezogen (SGA) !
Bei jeder einzelnen SV wurde vor dem Verschrauben jeweils die Null-
Länge – und nach dem streckgrenzgesteuerten Verschrauen die
verbleibende Länge mit Ultraschall und Bügelmikrometer gemessen.
29
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Windkraft Onshore Turmverschraubung M36x175mm-10,9 = SW 60mm
mit HYTORC hydraulischen Drehmomentschrauber HY-3MXT streck-
grenzgesteuert (SGA).
Weiteres Beispiel aus der Praxis:
Mobiles hydraulisches streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA)
mit der Eco2Touch
30
-
31
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1 6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
10
1
10
6
11
1
11
6
12
1
12
6
13
1
13
6
14
1
14
6
15
1
Date V2/S2
08.01.2018 V3/S3
08.01.2018 V4/S4
08.01.2018 V5/S5
Test-Nummer 1: Verschraubungen-Nr. 1 bis 5
1
Windkraft Onshore Turmverschraubung M36x175mm-10,9 = SW 60mm
mit HYTORC Hydraulikschrauber HY-3MXT streckgrenzgesteuert (SGA).
-
32
Schrauben-Garnitur
M36 x 175-10.9
(Schaft-Bolzen)
Nummer 01 Nummer 02 Nummer 03 Nummer 04 Nummer 05
Plattendicke Lk 132mm 132mm 132mm 132mm 132mm
Nulllänge L0 234,230mm 234,131mm 234,056mm 234,362mm 234,356mm
Vorgespannte
Länge L1
235,036mm 235,059mm 234,992mm 235,150mm 235,194mm
Unverspannte
Länge L2
234,326mm 234,187mm 234,267mm 234,407mm 234,460mm
plastische Längung 0,0576% 0,0663% 0,0669% 0,0563% 0,0599%
Vorspannung ermittelt durch Boltsafe Load-
Measuring M48 CMS
730 kN 730 kN 760 kN 720 kN 740 kN
benötigtes Drehmoment 4.017 Nm 4.200 Nm 3.579 Nm 4.061 Nm 4.048 Nm
Sonstiges:
SGA-
Abschaltung
Keine SGA-
Abschaltung
SGA-
Abschaltung
SGA-
Abschaltung
SGA-
Abschaltung
-
33
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1 6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
10
1
10
6
11
1
11
6
12
1
12
6
Bolting data VgNr/SchrNr
Date V2/S2
08.01.2018 V3/S3
08.01.2018 V4/S4
08.01.2018 V5/S5
2
Windkraft Onshore Turmverschraubung M36x175mm-10,9 = SW 60mm
mit HYTORC Hydraulikschrauber HY-3MXT streckgrenzgesteuert (SGA).
Test-Nummer 2: Verschraubungen-Nr. 6 bis 10
-
34
Schrauben-Garnitur
M36 x 175-10.9
(Schaft-Bolzen)
Nummer 06 Nummer 07 Nummer 08 Nummer 09 Nummer 10
Plattendicke Lk 132mm 132mm 132mm 132mm 132mm
Nulllänge L0 234,171mm 234,336mm 234,356mm 234,310mm 234,175mm
Vorgespannte
Länge L1
234,955mm 235,047mm 235,091mm 235,128mm 234,983mm
Unverspannte
Länge L2
234,226mm 234,378mm 234,371mm 234,414mm 234,280mm
plastische Längung 0,0560% 0,0508% 0,0525% 0,0584% 0,0577%
Vorspannung ermittelt durch Boltsafe Load-
Measuring M48 CMS
720 kN No output 690 kN 710 kN 730 kN
benötigtes Drehmoment 3.154 Nm 4.200 Nm 3.298 Nm 3.941 Nm 3.782 Nm
Sonstiges:
SGA-
Abschaltung
Keine SGA-
Abschaltung
SGA-
Abschaltung
SGA-
Abschaltung
SGA-
Abschaltung
-
35
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1 8
15
22
29
36
43
50
57
64
71
78
85
92
99
10
6
11
3
12
0
12
7
13
4
14
1
14
8
Bolting data VgNr/SchrNr
Date V2/S2
08.01.2018 V3/S3
08.01.2018 V4/S4
08.01.2018 V5/S5
3
Windkraft Onshore Turmverschraubung M36x175mm-10,9 = SW 60mm
mit HYTORC Hydraulikschrauber HY-3MXT streckgrenzgesteuert (SGA).
Test-Nummer 3:
Verschraubungen-Nr. 11 bis 15
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36
Schrauben-Garnitur
M36 x 175-10.9
(Schaft-Bolzen)
Nummer 11 Nummer 12 Nummer 13 Nummer 14 Nummer 15
Plattendicke Lk 132mm 132mm 132mm 132mm 132mm
Nulllänge L0 234,333mm 234,330mm 234,060mm 234,268mm 234,119mm
Vorgespannte
Länge L1
235,288mm 235,128mm 234,778mm 234,976mm 234,777mm
Unverspannte
Länge L2
234,462mm 234,396mm 234,077mm 234,325mm 234,159mm
plastische Längung 0,0682% 0,0570% 0,0513% 0,0506% 0,0470%
Vorspannung ermittelt durch Boltsafe Load-
Measuring M48 CMS
750 kN No output 680 kN 750 kN 630 kN
benötigtes Drehmoment 3.910 Nm 3.782 Nm 4.200 Nm 4.093 Nm 4.200 Nm
Sonstiges:
Blech unter Bolzen-15
zur Simulation
von Flansch-
imperfektionen
Blech unter Bolzen-15
zur Simulation
von Flansch-
imperfektionen
Blech unter Bolzen-15
zur Simulation
von Flansch-
imperfektionen
Blech unter Bolzen-15
zur Simulation
von Flansch-
imperfektionen
Blech unter Bolzen-15
zur Simulation
von Flansch-
imperfektionen
-
37
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1 6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
10
1
10
6
11
1
11
6
12
1
12
6
13
1
13
6
14
1
14
6
15
1
15
6
16
1
16
6
Date V2/S2
08.01.2018 V3/S3
08.01.2018 V4/S4
08.01.2018 V5/S5
4
Windkraft Onshore Turmverschraubung M36x175mm-10,9 = SW 60mm
mit HYTORC Hydraulikschrauber HY-3MXT streckgrenzgesteuert (SGA).
Test-Nummer 4: Verschraubungen-Nr. 16 bis 20
-
38
Schrauben-Garnitur
M36 x 175-10.9
(Schaft-Bolzen)
Nummer 16 Nummer 17 Nummer 18 Nummer 19 Nummer 20
Plattendicke Lk 132mm 132mm 132mm 132mm 132mm
Nulllänge L0 234,226mm 234,299mm 234,412mm 234,171mm 234,346mm
Vorgespannte
Länge L1
235,167mm 235,513mm 235,197mm 235,714mm 235,138mm
Unverspannte
Länge L2
234,356mm 234,430mm 234,489mm 234,195mm 234,434mm
plastische Längung 0,0672% 0,0867% 0,0561% 0,0388% 0,0566%
Vorspannung ermittelt durch Boltsafe Load-
Measuring M48 CMS
750 kN 760 kN 670 kN 550 kN 690 kN
benötigtes Drehmoment 3.226 Nm 3.853 Nm 4.200 Nm 4.200 Nm 3.859 Nm
Sonstiges:
Die Auflagen-
fläche der Mutter
wurde zusätzlich
mit RG-1100
Anti-Seize-Paste
geschmiert
Standard-
Schmierung auf
Basis MoS2
Trocken
komplett
ohne
Schmierung
Trocken
komplett
ohne
Schmierung
Die Auflagen-
fläche der Mutter
wurde zusätzlich
mit RG-1100
Anti-Seize-Paste
geschmiert
-
39
Hinweise:
Möchte man Schraubverbindungen HV-10.9 M36 streckgrenzgesteuert
verschrauben empfiehlt sich der Einsatz des HY-5 MXT bzw. Avanti-5
(statt HY-3 MXT bzw. Avanti-3)
Möchte man platzbeengte Anwendungsfälle mit deutlich höheren Dreh-
momenten verschrauben, so gibt es dünnwandigere Sonder-Nüsse
Sonder-Stecknüsse Vierkant SW
Max. Gesamt-Durch-messer
Standard- Drehmoment
Maximal mögliche
Drehmoment-belastung
mm Nm Nm
Dünnwandigere Stecknüsse 1 1/2" 60 80 2800 6460
Dünnwandigere Stecknüsse 1 1/2" 70 92 4500 14500
Dünnwandigere Stecknüsse 1 1/2" 80 105 6500 11200
Dünnwandigere Stecknüsse
2 1/2" 90 120 10000 20400
Beispiel rechts: Dünnwandigere Stecknüsse 2 1/2" 100 129 15000 22000
-
40
Die LK’ = wirksam plastifizierende Klemmlänge
1 = für Schaft-Bolzen
2= für Durchgangs-Gewinde Verschraubungen / Gewindestangen
ist erforderlich um die plastische Längung in % berechnen zu können.
1
2
-
Verschraubung hochfester Schraubenverbindungen mit beschichteten
Bauteilen aufgrund hoher Korrosionsschutzanforderungen
Problem: Lackschichten müssen als Verbindungselement betrachtet
werden, denn diese verändern das sich ergebende Setzverhalten sowie
die effektiv resultierende Montagevorspannkraft. Der daraus resultie-
rende Vorspannkraftverlust lässt sich nicht mit Hilfe der einschlägigen
Normen oder Richtlinien wie VDI-2230 analytisch berechnen und wird
auch nicht berücksichtigt. 41
-
Verschraubung hochfester Schraubenverbindungen mit beschichteten
Bauteilen aufgrund hoher Korrosionsschutzanforderungen
Aufgrund der Unsicherheiten des Setzverhaltens unter Lack werden
Schraubverbindungen in der Praxis häufig maskiert bzw. der Lack an
kritischen Stellen wie der Kopf- oder Mutternauflagefläche wieder ent-
fernt um diese dann „Stahl auf Stahl“ verschrauben zu können. Hier
besteht das Risiko von Wasserstoffversprödungen sowie eines deutlich
schlechteren Korrosionsschutzes. 42
-
Selbst lackierte Bauteile lassen sich mit der ECO2Touch und dem
STRECKGRENZ gesteuerten Anzugsverfahren (SGA) prozesssicher
Verschrauben !!! Denn:
- Nur mit dem SGA-Verfahren wird eine Vorspannkraft in ausreich-
ender Höhe prozesssicher erzeugt
- Dadurch entsteht ein Kraftfluss in der lackierten Verbindung
- Mögliches Gleiten in der Trennfuge mit den daraus resultierenden
Folgeschäden und Versagen der Verbindung wird von vornherein
durch den erzeugten Reibschluss vermieden
- Viele der untersuchten Lackschichten wurden nicht zerstört.
Der Korrosionsschutz bleibt nach dem Anziehen – und dem Lösen -
erhalten. 43
-
Sichere Montageprozesse durch:
- optimale Überwachung,
- Systemtransparenz,
- Systemanalyse,
- Schraubenverwaltung
- und Visualisierung von Prozessdaten
aufgrund manipulationssicherer Dokumentation insbesondere
für Schraubverbindungen der Risikokategorie A und B
nach VDI / VDE 2862-Blatt 2: „Mindestanforderungen zum
Einsatz von Schraubsystemen und –werkzeugen ( Februar
2015)
44
-
„Bei allen unseren Arbeiten an den Mobil- und Raupenkranen stellen wir einen sehr hohen Anspruch an die
Qualität unserer Schraubverbindungen. Um dies zu gewährleisten, setzen wir für unsere Schraubprozesse
nur hochwertige Werkzeuge und geeignete Schraubverfahren ein. Ein besonderes Augenmerk legen wir dabei
auf alle unseren sicherheitsrelevanten Verschraubungen, zu welchen auch der Drehkranz zählt. Alle
Arbeiten werden automatisiert, überwacht und dokumentiert durchgeführt, um für unsere Kunden ein
Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten.
Die durchgeführten Arbeiten mit der neuen Eco2Touch an unserem Drehkranz haben uns überzeugt. Die
Bedienung des neuen Systems ist sehr intuitiv und einfach, es verfügt über eine visuelle
Schraubprozessdarstellung, erlaubt schnellere Arbeitsprozesse und ermöglicht eine hohe Flexibilität beim
Arbeiten in unterschiedlichsten Drehmomentbereichen.
Die Erkennung von Materialproblemen ist durch den überwachten Schraubprozess gewährleistet und
somit ein Maximum an Sicherheit gegeben, worauf wir beim Liebherr-Kundenservice großen Wert legen.
Seit wir 2007 auf das streckgrenzengesteuerte Verfahren von Smarttorc umgestellt haben, wurden ca.
300.000 Schrauben angezogen und wir hatten keinerlei Ausfälle mehr an diesen Verbindungen. Mit
diesem Schraubverfahren sind wir in der Lage, unsere Kunden optimal zu bedienen und unsere Liebherr-
Geräte auf dem bestmöglichen Stand der Technik zu halten.
Smarttorc und HYTORC bieten uns schon seit vielen Jahren gemeinsam einen erstklassigen Support,
hervorragende Erreichbarkeit, Kundennähe und innovative Lösungen für unsere Aufgabenstellungen. Das
neue intelligente Schraubsystem zeigt, dass unsere Anforderungen, Wünsche sowie Anregungen
aufgenommen und auch umgesetzt werden.“
Gerd Spankowski
LIEBHERR-Werk Ehingen GmbH
Niederlassungsleiter Oberhausen
im Januar 2015 45
-
Vorteile Streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA)
a) Anziehfaktor αA
entfällt, da Schraubverbindungen beim streckgrenzgesteuerten
Anziehen (SGA) nicht abgerissen werden können. Siehe hierzu auch
die Bemerkung in der VDI-2230 – Nov. 2015 Tabelle A8 (Seite 118)
b) Max. Vorspannkraft:
Die Schraube erreicht beim Anziehen auf Grund der Belastung
auf Zug und Torsion ihre individuelle Streckgrenze. Durch den
Wegfall der Torsionsbelastung beim beenden des Anziehvorgangs wird
eine Vorspannkraft von ca. 90% von Rp0,2 erreicht.
c) Reibwertunabhängig:
Unabhängig von der Reibung wird jede Schraube bis zur Streck-
grenze belastet. Unterschiedliche Gewindereibbeiwerte führen lediglich
zu einer Veränderung der Torsionsbelastung in der Schraube
d) Keine Sonderschrauben notwendig:
Das Anziehverfahren kann sowohl am Schraubenkopf, als
auch an der Mutter angewendet werden. 46
-
Vorteile Streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA)
e) Wiederverwendbar: Da das Verfahren sicher vor Rp0,2 abschaltet, können die Ver-
bindungselemente wiederverwendet werden.
f) Auswahl verschiedene SV-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 Schrauben-Lieferanten.
g) Geringste Setzverluste
Da sich alle Bauteile ständig im Kraftfluss befinden und eine besonders
hohe Vorspannkraft erreicht wird, hat dieses Verfahren die geringsten
Setzverluste.
h) Anerkanntes Verfahren
Das Streckgrenzgesteuerte Anziehen wir von allen Zertifizieren
und in der VDI-2230 anerkannt 47
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Vorteile Streckgrenzgesteuertes Anziehen (SGA)
e) Erfüllt VDI 2862-2
Erfüllt die Anforderungen der VDI 2862-2 für alle Verschraubungen
f) Dokumentation im Sinne von Industrie 4.0:
Jeder Schraubvorgang wird über Drehmoment und Drehwinkel
als Text und Graphik und mit einer Statistik dokumentiert
g) Qualitätskontrolle:
Da nicht nur die Schraube sondern die gesamte Verbindung
beim Anziehen „vermessen“ wird, werden Abweichungen in der Qualität
sofort erkannt.
h) Dauerschwingfestigkeit
Auf Grund des hohen Vorspannkraftniveaus erhöht sich auch
die Dauerschwingfestigkeit der Verbindung.
i) Prozesssicheres Verschrauben
Selbst von lackierten Bauteilen
48
-
und als „Schmankerl“ prozesssicheres, als Text und Graphik
dokumentiertes Verschrauben mit integrierter Schraub-
Prozessbeurteilung ohne Reaktions- / Abstützarm mit
Standard hydr. Drehmomentschraubern ab 60 bis 190.000 Nm
- arbeitssicher
- anlagenschonend
- reibwertkonstant
- verdrehsicher
49
-
Nachteile beim üblichen Verschrauben mit Reaktionsarm
und mit Gegenhalteschlüssel
50
-
Verwendung von verdrehsicheren gehärteten Unterleg-
scheiben auch zum arbeitssicheren und anlageschonenden
Verschrauben ohne Reaktionsarm und Gegenhalteschlüssel
51
-
Verschrauben ohne Reaktions- / Abstützarm und
Gegenhalteschlüssel bei wiederholgenauer
Montage-Vorspannkraft
Schraubverbindungen werden somit querkraftfrei und dadurch
reibungsoptimiert und in Folge wiederholgenau angezogen.
Es kommt zu keinerlei Verreibungen, Verformungen oder
Verbiegungen.
Das bedeutet:
52
-
Höherer Gesundheitsschutz und hohe
Arbeitssicherheit durch Schutz vor allem
der Hände und Finger der Monteure
Die Werkzeuge können selbst bei Über-
kopf-Anwendungen an den Verbindungs-
elementen angehängt und per Fernbe-
dienung verschraubt werden.
Vereinfachtes Verschrauben unter
schwierigen, beengten Bedingungen
Erheblich niedrigere Leckageraten bei
Flanschen ( bis zu 0,1 kg / Jahr und Meter Dichtungslänge )
Geringere Wartungskosten und –intervalle
durch Schonung der Auflageflächen, der
Schraubverbindungen und der Werkzeuge 53
-
Arbeitssicher – Reaktionsarmfrei - Reibwertoptimiert
Verschrauben mit verdrehsicherer Unterlegscheibe mit Außenabstützprofil:
zWasher und Back-Up-Washer !
- EINFACH
- ARBEITSSICHER
- REAKTIONSFREI
- VERDREHSICHER
- BIEGEMOMENTFREI
- REIBWERTKONSTANT
- GEHÄRTET
- WIEDERVERWENDBAR
- KOSTENNEUTRAL 54
-
Literatur und Quellenverzeichnis: [1] VDI/VDE 2862 Blatt 2 Mindestanforderungen zum Einsatz von
Schraubsystemen und –werkzeugen / Anwendungen im Anlagen- und
Maschinenbau sowie für Flanschverbindungen an drucktragenden Bauteilen,
Düsseldorf, Beuth-Verlag 2014-09
[2] VDI/VDE 2645-Blatt 2 Fähigkeitsuntersuchung von Maschinen der
Schraubtechnik, Maschinenfähigkeitsuntersuchung - MFU, Düsseldorf, Beuth-
Verlag 2014
[3] Wiegand Kloos und Thomala – Springer Verlag: Schraubverbindungen
[4] VDI 2230-Blatt 1 Systematische Berechnung hochbeanspruchter
Schraubenverbindungen, Düsseldorf, Beuth-Verlag 2015
[5] Isele, D. et al, Verhalten von Lackschichten in Schraubenverb.,
Schraubmontage 2014, VDI-Berichte Nr. 2219, 2014, S. 17-18
[6] Holger Junkers, nicht veröffentlichte Schulungsunterlagen zum Smarttorc
System, München, 2014, JUKO Technik
[7] VDI/VDE 2648 Blatt 2 Sensoren und Messsysteme für Drehwinkelmessung /
Anweisung für die rückführbare Kalibrierung / Direkt messende
Drehwinkelsysteme, Düsseldorf, Beuth-Verlag Oktober 2000
[8] Stahlbaukalender 2002 Dr. Uwe Hasselmann / Günther Valtinat
[9] Ulrich Oehms – HYTORC-Seis GmbH
[10] Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner / Fraunhofer Rostock
55
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Seit 1968 ist HYTORC ein international bekannter Markenname auf dem
Gebiet der mobilen Verschraubungstechnik. HYTORC entwickelt und
produziert innovative Verschraubungslösungen für garantiert sichere und
prozesskonforme Schraubverbindungen. HYTORC ist weltweit vertreten.
Die Barbarino & Kilp GmbH gegründet im Jahr 1730 in München mit Sitz
in Krailling / Nähe München ist seit 1985 für die Drehmoment
gesteuerten Schraubverfahren von HYTORC in Deutschland*, Österreich,
Schweiz und Türkei tätig. *Das Bundesland NRW wird seit 1986 exklusiv
und eigenständig von der HYTORC-Seis GmbH mit Sitz in Dörth betreut.
Die devotec GmbH gegründet im Jahr 2000 in München ebenfalls mit Sitz
in Krailling ist für HYTORC im Bereich der Vorspannkrafttechnik und
Schulungen tätig. Beide Firmen sind zertifiziert nach ISO-9001:2015
sowie ISO-29990 und nach kerntechnischen Regelwerk KTA-1401
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Wir - HYTORC / devotec bieten mobile Verschraubungstechnik:
- Sicheres, mobiles Verschrauben und Lösen auch ohne Abstützarm
und Gegenhalteschlüssel in Kombination von einem von fünf
möglichen Verbindungselementen. Dadurch arbeitssicheres,
altersgerechtes, gesundheitsschonendes präzises Anziehen und
Lösen aller Schraubverbindungen im Industriebereich egal wie beengt
der Anwendungsfall auch sein mag.
- Hydraulische intelligente Systemsteuerungen ab 80 Nm bis 190.000
Nm im Sinne von Industrie 4.0 u.a. zur Erfüllung der VDI-2862-2 sowie
DIN 25201-7 und mehr
- Kontinuierlich drehend ( pneumatisch, elektrisch, 18 Volt bzw. 36 Volt
akkubetrieben) einstellbar ab 30 Nm bis 11.000 Nm
- Konzepte zur Optimierung von Flanschverbindungen
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Wir - HYTORC / devotec bieten Service und Dienstleistungen:
• Vor-Ort-Service: Zur nachhaltigen Verbesserung der Arbeitssicherheit,
Ergonomie und Qualität, Unterstützung vor Ort durch Revisions-/ Abstell-
begleitung und vor Ort-Inspektionen, Überprüfung, Reparaturen und
Rekalibrierung von Verschraubungswerkzeugen.
• CAD-Design-Center für Sonderanfertigungen und konstruktive
Planungshilfe
• Schulungen: Als zertifizierter Lerndienstleister nach ISO-29990 bieten
wir maßgeschneiderte Schulungen, Lehrgänge und Trainings sowie
unterschiedliche Schulungsmodule an, wie beispielsweise nach EN
1591-4 sowie bedarfsgerechte Qualifikation in der Schraubtechnik
wie Anziehverfahren und Montageverfahren, Parametrierung der Anzieh-
verfahren sowie kundenspezifische Tätigkeitsschulung entweder in unse-
rem Schulungszentrum in Augsburg oder direkt beim Kunden vor Ort.
• Nationale und internationale Netzwerke und Erfahrung auf dem
Gebiet der mobilen Verschraubungstechnik seit 1968 58
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Mobile hydraulische Standard Vierkant- und Wechselkassetten-
Drehmomentschrauber ab 60 Nm bis 190.000 Nm( stufenlos einstellbar)
Mobile kontinuierlich drehende elektrische sowie 18 Volt und 36 Volt
akkubetriebene Drehmomentschrauber ab 30 Nm bis 4.050 Nm.
Als auch mobile Luft-Drehmomentschrauber ab 170 Nm bis 11.000 Nm
Das gewünschte Drehmoment ist bei allen kontinuierlich drehenden
Schraubern stufenlos einstellbar
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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
www.anziehverfahren.de
www.hytorc.de www.devotec.de www.vt-forum.de
HYTORC-Barbarino & Kilp GmbH sowie devotec GmbH
Justus-von-Liebig-Ring 17
D-82152 Krailling / Nähe München Patrick Junkers
Tel: +49 – (0)89 – 23 09 99-30
Fax: +49 – (0)89 – 23 09 99-14
Mobil: +49 –(0)152 – 22 80 99 75
eMail: [email protected]
eMail: [email protected]
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http://www.anziehverfahren.de/http://www.hytorc.de/http://www.hytorc.de/http://www.devotec.de/http://www.vt-forum.dehttp://www.vt-forum.dehttp://www.vt-forum.demailto:[email protected]:[email protected]