Technische Anforderungen an hochfeste Schrauben

Schrauben aus hochfestem Stahl oder solche, die eine hohe Vorspannkraft erfordern, werden als hochfeste Schrauben bezeichnet. Sie werden hauptsächlich für Verbindungen im Brückenbau, im Schienenbau sowie in Hochdruck- und Höchstdruckanlagen eingesetzt. Der Bruch solcher Schrauben ist meist ein Sprödbruch. Die in Höchstdruckanlagen verwendeten hochfesten Schrauben benötigen eine hohe Vorspannung, um die Dichtheit des Behälters zu gewährleisten.

Die mechanischen Eigenschaften und Berechnungsmethoden von Standard- und Hochleistungsschrauben unterscheiden sich. Hochleistungsschrauben werden zunächst durch Aufbringen einer Vorspannung P im Inneren vorgespannt. Anschließend entsteht zwischen den verbundenen Teilen Reibungswiderstand an der Kontaktfläche, der die äußere Last aufnimmt. Standardschrauben hingegen nehmen die äußere Last direkt auf. Hochleistungsschraubenverbindungen zeichnen sich durch einfache Konstruktion, gute mechanische Eigenschaften und Lösbarkeit aus. Aufgrund ihrer Austauschbarkeit, Dauerfestigkeit und Stabilität unter dynamischer Belastung stellen sie eine vielversprechende Verbindungsmethode dar.

1. Gegenstand und Anwendungsbereich Diese technische Anforderung legt die technischen Anforderungen an hochfeste Schraubverbindungen in Stahlkonstruktionen für die Herstellung, Montage und Prüfung von mobilen Maschinen und Anlagen fest. Nicht in dieser technischen Anforderung spezifizierte Inhalte sind gemäß den einschlägigen nationalen Normen umzusetzen. Diese technische Anforderung gilt für Stahlkonstruktionen mobiler Maschinen, die hochfeste Schraubverbindungen erfordern. Sie gilt für die Qualitätskontrolle und die Bauverfahren im Werk und bei der Montage vor Ort.

2. Fugenoberflächenbehandlung

(1) Bei Reibverbindungen mit hochfesten Schrauben müssen die Fügeflächen eng aneinanderliegen und ausreichende Reibungskoeffizienten aufweisen. Sofern die Konstruktionszeichnungen keine Anforderungen an die Oberflächenbehandlung stellen, ist diese gemäß den folgenden Vorschriften durchzuführen: Die Fügeflächen der hochfesten Schrauben sind sandzustrahlen oder zu kugelstrahlen, um Verunreinigungen wie Rost und Öl zu entfernen. Die Oberflächenrauheit (Sa2.5) muss 50–75 µm betragen, und der Reibungskoeffizient darf nicht unter 0,40 liegen. Sind in den Zeichnungen Vorgaben enthalten, sind diese zu beachten. (2) Die Reibflächen der behandelten hochfesten Schraubenverbindungen sind vor Verschmutzung durch Schmutz und Öl zu schützen. Jegliche Markierungen auf den Reibflächen sind strengstens verboten. Während der Lagerung im Werk, beim Transport und am Montageort sind besondere Vorkehrungen zu treffen, um eine Verschmutzung der Fügeflächen zu verhindern. Die Montageeinheit muss besonders auf die Sauberkeit der Verbindungsplatte der hochfesten Schraube und der Verbindungsfläche des Grundkörpers sowie auf die Beschaffenheit der Reibfläche achten. Das Schleifen der Verbindungsfläche der Verbindungsplatte und der Verbindungsfläche des Grundkörpers mit einem Winkelschleifer ist nicht zulässig.

3. Prüfung des Gleitreibungskoeffizienten der hochfesten Schraubenreibungsfläche

Die Prüfung des Gleitreibungskoeffizienten erfolgt auf Basis der Fertigungscharge der Stahlkonstruktion. Jeweils 2000 t eines Projekts gelten als Fertigungscharge, Mengen unter 2000 t als Charge. Jeder Oberflächenbehandlungsprozess ist zu prüfen. Pro Charge sind drei Prüfmuster zu entnehmen. Bei Vergabe der Verbindung an externe Unternehmen führt jedes beteiligte Unternehmen die Prüfung des Gleitreibungskoeffizienten durch. (1) Das für die Prüfung des Gleitreibungskoeffizienten verwendete Prüfmuster muss vom Hersteller oder dem Vergabeunternehmen bearbeitet worden sein. Prüfmuster und repräsentatives Stahlbauteil müssen aus demselben Material bestehen, aus derselben Charge stammen, die gleiche Oberflächenbehandlung und den gleichen Oberflächenzustand aufweisen, mit hochfesten Schraubverbindungen gleicher Leistungsklasse versehen und unter gleichen Umgebungsbedingungen gelagert werden. Die Prüfung des Gleitreibungskoeffizienten erfolgt gemäß der Prüfmethode GB50205 „Code for Acceptance of Construction Quality of Steel Structure Engineering“. (2) Der Mindestwert des Gleitreibungskoeffizienten muss dem vorgegebenen Auslegungswert entsprechen oder diesen überschreiten. Wird der oben genannte Wert nicht erreicht, muss die Reibfläche des Bauteils nachbehandelt werden. Nach der Behandlung wird die Reibfläche des Bauteils erneut geprüft.

4. Verbindung und Montage von hochfesten Reibbolzen für Stahlkonstruktionen

(1) Vorbereitungen vor der Montage (2) Geeignete Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben auswählen. Die Garantiezeit für das Anzugsmoment beträgt sechs Monate ab Lieferdatum. (3) Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben sind ungeeignet, wenn folgende Bedingungen zutreffen, und dürfen nicht verwendet werden: a. Unbekannter Hersteller; b. Unbekannte mechanische Eigenschaften; c. Unbekannter Drehmomentkoeffizient k; d. Risse, Schrammen, Grate, Verformungen, Rost, Gewindeverschleiß, Ölflecken, Nässe oder sonstige Mängel; e. Kein Prüfbericht; f. Vermischung mit anderen Schraubenchargen; g. Zu kurze Schrauben, d. h. der Schraubenkopf ragt nach dem Anziehen nicht über die Mutter hinaus. Die überstehende Länge sollte idealerweise 2–3 Gewindegänge betragen. h. Das Anzugsmoment des Verbindungspaares überschreitet die Garantiezeit. Beim Transport und der Lagerung ist auf Wasserdichtigkeit zu achten. (4) Vor der Montage von hochfesten Schrauben mit großem Sechskantkopf ist das Drehmoment der Schraubenverbindungspaare werkseitig erneut zu prüfen. Jede Charge ist an acht Sätzen zu prüfen, wobei der Mittelwert der acht Sätze im Bereich von 0,110 bis 0,150 liegen muss. Die Standardabweichung darf 0,010 nicht überschreiten. Die erneute Prüfung des Drehmoments erfolgt gemäß GB50205 „Code for Acceptance of Construction Quality of Steel Structure Engineering“. Die Montage der hochfesten Schrauben ist nach der Prüfung zeitnah durchzuführen.