DE102010016211A1

DE102010016211A1 - Verfahren zur Überwachung von Schraubverbindungen, insbesondere Flanschverbindungen

Info

Publication number: DE102010016211A1
Application number: DE201010016211
Authority: DE
Inventors: Henrik Jungeblodt
Original assignee: Heinrich Jungeblodt & Co KG GmbH
Current assignee: Heinrich Jungeblodt & Co KG GmbH
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: DE102010016211B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Schraubenbolzen (3) zur Überwachung von Schraubverbindungen (2), insbesondere Flanschverbindungen (1), dies zeichnet sich aus durch – die Verwendn (3), die auf ein exaktes Längenmaß gefertigt werden, – die Schraubverbindung (2) mit einer Streckgrenze von 70–80% der elastischen Verformung angezogen wird, – die unter Vorgabe einer maximalen Längenänderung, die unter Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit errechnet wird, – diese Längenänderung als Maß vor Ort an der Schraubverbindung (2) überwacht wird, – um so eine Feststellung über den Zustand der Schraubverbindung (2) zu erhalten.

Description

Technisches Umfeld
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Schraubverbindungen, wobei die Schraubverbindung aus einer Schraube besteht, die je nach Ausführung mit einer oder zwei Muttern verschraubt wird.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Schraubverbindungen zur Montage bekannt, die zwei oder mehr Bauteile so verbinden, dass sie sich wie ein Bauteil verhalten. Die Schraubverbindung besteht in der Regel aus einer Schraube, wobei die Schraube durch die Flanschöffnung durchsetzt wird, und dann je nach Ausführung entsprechend mit einer oder zwei Muttern verschraubt wird, um eine Verspannung auf den Flansch zu übertragen. Eine derartige Schraubverbindung ist im Stahlbau dann optimal dauerelastisch ausgelegt, wenn diese Verbindung mit 70 bis 80% der Streckgrenze der Schraube angezogen wird.
Die regelmäßige Überprüfung einer solchen Schraubverbindung kann auf verschiedene Arten erfolgen, wobei der Aufwand der Überprüfung in der Regel sehr hoch ist und die Ergebnisse ungenau und nicht befriedigend sind. Denn die Genauigkeit des Verfahrens zur Überprüfung ist stark von den Reibungseinflüssen abhängig und kann bisher nur sehr aufwendig kontrolliert werden.
So ist es insbesondere bei Flanschverbindungen oft erforderlich, dass infolge der Einflüsse von Wärme, Kälte, des sich Setzen von Dichtungen und aufgrund dynamischer Belastung die Schraubverbindungen von Zeit zu Zeit durch wiederkehrende Prüfungen nachgezogen oder kontrolliert werden müssen. Hierbei ist es dann erforderlich, dass entsprechend Werkzeuge vorzuhalten sind, um die Schraubverbindungen zu kontrollieren. Diese Kontrolle wird in der Regel durch Nachziehen ausgeführt. Beim Nachziehen muss die Reibung überwunden werden. Diese kann so hoch sein, dass ein Drehmoment begrenzendes Werkzeug signalisiert die Schraube sei verspannt oder wieder verspannt worden, obwohl sie es nicht ist.
Aufgabe
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, insbesondere für diese Schraubverbindungen ein Verfahren zur Überwachung bereit zu stellen, welches vor Ort in einfacher Weise anwendbar ist, um insbesondere hier den Zustand der Schraubverbindungen mit einfachen Mitteln und sicherem Ergebnis festzustellen.
Lösung
Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, dass aufgrund der Verwendung von exakt in der Länge gefertigten Schrauben bei der Montage Rückschlüsse über den Zustand der Schraubverbindungen gemacht werden können, so dass, ohne hier entsprechende Werkzeuge einzusetzen, vor Ort entschieden werden kann, ob die Verbindung nachgezogen werden muss oder nicht. Dazu wird gemäß dem Verfahren die Verwendung von Schrauben, die auf ein exaktes Längenmaß gefertigt werden, vorgeschlagen. Dabei wird mit einer Streckgrenze von 70 bis 80% der elastischen Verformung unter Vorgabe einer maximalen Längenänderung, die unter Berücksichtigung der Vorspannkraft errechnet wird, die Schraubverbindung angezogen. Diese vorliegende sich ergebende Längenänderung wird als Maß vor Ort an der Schraubverbindung überwacht, um so eine Feststellung über den Zustand der Schraubverbindung zu erhalten.
Die Überwachung der Längenänderung kann in verschiedenen Varianten erfolgen, zum Beispiel mit einer Bügelmessschraube zur Feststellung des exakten Maßes oder mit einer Grenzsachenlehre zur Feststellung der Situation „Gut” oder „Ausschuss”.
Dabei kann das Längenmaß der Schraube oder des Schraubenbolzens vorzugsweise auf ein Nennmaß mit einer Längentoleranz von +/–0,02 mm gefertigt werden. Die auf exakte Länge gefertigten Schrauben werden jeweils an ihren Stirnseiten gekennzeichnet und mit Messzapfen versehen. Dabei besteht der Messzapfen aus einer aus der Stirnfläche herausstehenden plan bearbeiteten Fläche. Diese wird zur Messung der Zustandsbestimmung der Schraubverbindung vor Ort herangezogen, wobei in Einmessung der sich hier gegenüberliegenden plan bearbeiteten Flächen exakt die vorgegebene Längenänderung mit Lehren durchgemessen oder geprüft werden kann. Dabei kann auch schon die maximal zulässige Längenänderung mit Hilfe von Materialzeugnis, Kennwerten und der EDV bestimmt werden. Diese Länge kann vor Ort mit einfachen Mitteln geprüft werden.
Im Folgenden wird als Beispiel eine Schraubverbindung der Abmessung M36 × 200 mm aus einem Werkstoff mit der Festigkeit 10.9 angenommen. Die Grenze der elastischen Verformung Rp0,2 liegt gemäß der Festlegung bei mindestens 940 N/mm². Mit der Dehnungsformel
folgt hierbei bei der Beanspruchung eine Längendehnung von mindestens 0,38 mm (min. Rp0,2 = 940 N/mm²). Die allgemeine Toleranz der Schrauben entsprechender Norm liegt bei +/–0,5 mm. Eine alterungsbedingte Längenänderung kann damit bei Normschrauben durch Längenmessung nicht festgestellt werden, da die Längenänderung im Toleranzbereich der Schraube liegt. Vorgesehen ist die Schraube der Länge 200 mm mit einer Längentoleranz von +/–0,02 mm zu fertigen und entsprechend zu kennzeichnen. Die maximale Längenänderung darf 0,54 mm betragen (inkl. Vorspannkraft). Soll die Schraube gemäß des tatsächlichen Wertes der Rp0,2 ausgelastet werden, so kann die maximale Längenänderung mit Hilfe des Vormaterialzeugnisses, in dem der exakte Wert der Rp0,2 angegeben ist, und der EDV bestimmt werden. Ist als Beispiel der tatsächliche Wert der Streckgrenze laut Vormaterialzeugnis bei 1100 N/mm², so darf die maximale Längenänderung 0,63 mm betragen. Somit kann nach diesem Verfahren die Länge mit sehr einfachen Mitteln geprüft und der Vorspannungszustand ermittelt werden, daher ist das Verfahren eine sehr günstige Möglichkeit eine sichere Aussage über den Zustand der Schraubenverbindung zu treffen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Schraubenbolzen zur Überwachung der Schraubverbindungen von Flanschverbindungen. Die Schraube ist in diesem Beispiel mit einem durchgängigen Gewinde versehen, wobei der Schraubenbolzen beidseits des Flansches mit Muttern verschraubt und verspannt ist.
Der Schraubenbolzen ist erfindungsgemäß als Messbolzen ausgebildet und weist ein exaktes Längenmaß auf. Die Überwachung erfolgt unter Vorgabe einer maximal zulässigen Längenänderung im verspannten Zustand des Schraubenbolzens. Die Längenänderung ist das Maß, welches vor Ort an der Schraubverbindung erfasst wird, zur Feststellung des Zustandes. Der eingesetzte Schraubenbolzen weist hierbei ein Längenmaß von 200 mm mit einer Längentoleranz von +/–0,02 mm auf.
In zweckmäßiger Ausgestaltung des Messbolzens ist dieser jeweils an seinen Stirnseiten gekennzeichnet und mit Messzapfen versehen. Der Messzapfen besteht hierbei aus einem aus der Stirnfläche herausstehenden Messzapfen mit plan bearbeiteter Fläche, die zur Messung der Zustandsbestimmung der Schraubverbindung vor Ort bestimmt sind.
Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine geschnittene Ansicht einer Flanschverbindung;
2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schraubenbolzens.
Ausführungsbeispiele
Die 1 zeigt in der geschnittenen Seitenansicht eine Schraubverbindung, insbesondere eine Flanschverbindung 1. Die Schraubverbindung 2 besteht hierbei aus einem Schraubenbolzen 3, wie er in der 2 in Einzelansicht dargestellt ist, mit einem durchgängigen Gewinde 4. Der Schraubenbolzen 3 wird beidseits des Flansches 1 mit Muttern 5 und 6 verschraubt. Nach dem Verfahren wird nun unter Verwendung eines als Messbolzen ausgebildeten Schraubenbolzens 3, der auf ein exaktes Längenmaß gefertigt ist, dieser für die Flanschverbindung 1 eingesetzt. Dabei wird die Schraubverbindung 2 mit einer Streckgrenze von 70 bis 80% der elastischen Verformung angezogen, was über die Muttern 5 und 6 vorgenommen wird. Hierbei wird unter Vorgabe einer maximalen Längenänderung, die unter Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit errechnet wird, die Verspannung der Flanschverbindung 1 vorgenommen. Diese Längenänderung wird hierbei als Maß vor Ort an der Schraubverbindung 2 überwacht, um so eine Feststellung über den Zustand der Schraubverbindung 2 zu erhalten.
Wie insbesondere aus der 2 zu erkennen ist, wird hierbei ein Schraubenbolzen gefertigt, dessen Längenmaß auf 200 mm mit einer Längentoleranz von +/–0,02 mm gefertigt wird. Dabei werden die auf exakte Länge gefertigten Schraubenbolzen 3 jeweils an ihren Stirnseiten 7 und 8 mit einer als Messzapfen ausgebildeten zentrierten Markierung 9 und 10 gekennzeichnet. Die zentrierte Markierung 9 und 10 besteht hierbei aus einer aus der Stirnfläche 7 und 8 herausstehenden plan bearbeiteten Fläche, die insbesondere ein exaktes Maß an dem Messbolzen prüfbar macht. Dabei werden die sich gegenüberliegenden plan bearbeiteten Flächen der Markierung 9 und 10 zur Messung der Zustandsbestimmung der Schraubverbindung vor Ort herangezogen. Dabei beträgt die unter Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit maximale Längenänderung für das erläuterte Beispiel nicht mehr als 0,54 mm. Die maximale Längenänderung kann hierbei mit Hilfe von Materialzeugniskennwerten und mittels elektronisch hinterlegter Datensätze der EDV exakt bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

1: Flanschverbindung
2: Schraubverbindung
3: Schraubenbolzen
4: Gewinde
5: Mutter
6: Mutter
7: Stirnfläche
8: Stirnfläche
9: Markierung
10: Markierung

Claims

Verfahren zur Überwachung von Schraubverbindungen, wobei die Schraubverbindung aus einer oder mehreren Schrauben besteht, die je nach Ausführung mit einer oder zwei Muttern verschraubt werden, gekennzeichnet durch – die Verwendung von als Messbolzen ausgebildete Schraubenbolzen (3), die auf ein exaktes Längenmaß gefertigt werden, – die Schraubverbindung (2) mit einer Streckgrenze von 70–80% der elastischen Verformung angezogen wird, – die unter Vorgabe einer maximalen Längenänderung, die unter Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit errechnet wird, – diese Längenänderung als Maß vor Ort an der Schraubverbindung (2) überwacht wird, – um so eine Feststellung über den Zustand der Schraubverbindung (2) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenmaß des Schraubenbolzens (3) auf Nennmaß mit einer Längentoleranz von +/–0,02 mm gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf exakte Länge gefertigten Schraubenbolzen (3) jeweils an ihren Stirnseiten (7) und (8) mit einer zentrierten Markierung (9) und (10) gekennzeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrierte Markierung (9) und (10) aus einer aus der Stirnflächefläche herausstehenden plan bearbeiteten Fläche besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberliegenden plan bearbeiteten Flächen zur Prüfung der Zustandsbestimmung der Schraubverbindung (2) vor Ort herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unter Berücksichtigung der Werkstofffestigkeit maximale Längenänderung nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Längenänderung mit Hilfe von Materialzeugniskennwerten und der EDV exakt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge vor Ort mit einfachen Mitteln geprüft wird.
Schrauben oder Schraubbolzen zur Überwachung von Schraubverbindungen, insbesondere Flanschverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenbolzen (3) als Messbolzen ausgebildet ist und ein exaktes Längenmaß aufweist, und wobei unter Vorgabe einer maximalen Längenänderung im verspannten Zustand des Schraubenbolzens (3) die Längenänderung als Maß vor Ort an der Schraubverbindung (2) überwachbar ist, zur Feststellung des Zustandes der Schraubverbindung (2).
Schraubenbolzen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenbolzen (3) ein Nennmaß/Längenmaß mit einer Längentoleranz von +/–0,02 mm aufweist.
Schraubenbolzen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der auf exakte Länge gefertigte Schraubenbolzen (3) jeweils an seinen Stirnseiten (7) und (8) mit einer zentrierten Markierung (9) und (10) gekennzeichnet ist.
Schraubenbolzen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrierte Markierung (9) und (10) aus einer aus der Stirnfläche herausstehenden plan bearbeiteten Fläche besteht, die zur Prüfung der Zustandsbestimmung der Schraubverbindung (2) vor Ort bestimmt ist.