DE4200928C2 - Verfahren zum Anziehen einer Schraube - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Aus "Fertigungstechnik und Betrieb 25 (1975) 10" ist es bekannt, größere Dehnschrauben mit großer Klemmlänge vor dem Anziehen durch Erwärmung zu längen und erst anschließend mit wesentlich kleinerem Drehmoment anzuziehen. Schrauben mit einem derartigen Durchmesser müßten sonst mit einem nicht mehr vertretbaren Drehmoment angezogen werden, um eine ausreichende Vorspannkraft zu erreichen. Die Schrauben werden mit einer Zentralbohrung versehen, in welche eine Heizpatrone zur Erwärmung eingeführt wird. Nach erfolgter Erwärmung wird die Mutter der Dehnschrauben angezogen. Durch die infolge Abkühlung eintretende Kürzung der Schraubenlänge wird die Schraube auf Vorspannung gebracht. Ein derartiges Verfahren kann aber nur für Schrauben großer Klemmlänge erfolgversprechend angewendet werden, wo der Vorspannkraftverlust durch Setzvorgänge als Folge der relativ gesehen geringen Längenänderung nicht ins Gewicht fällt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Einfluß der mit Drehmomentanzug verbundenen Streuungen der Vorspannkraft bei Schrauben geringer Klemmlänge auf die Haltbarkeit der Schraubverbindung durch entsprechende Maßnahmen zu verringern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anziehverfahren bleibt das für die verwendete Schraube gültige Anzugsmoment un­ angetastet. Die thermische Längenänderung, die während des An­ zugs aufgebracht wird, dient lediglich einer flankierenden Maß­ nahme, um die Vorspannkraft nach dem Anzug auf einen höheren Wert zu setzen. Diese ist bei anschließender Abkühlung zusätz­ lich um den fehlenden Torsionsanteil, der bei Drehmomentanzug der Zugspannung abgeht, höher. Auch wenn Plastifizierung auf­ träte, würde das die Dauerfestigkeit der Verbindung nicht be­ einträchtigen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 1 besteht darin, daß die Erwärmung der Schraube durch elektro­ magnetische Wellen hoher Energiedichte, beispielsweise Mikro­ wellen erfolgt.

Durch elektromagnetische Wellen läßt sich die Energie während des Anziehens in relativ einfacher Weise von außen auf die Schraube übertragen, ohne daß das die Schraube umgebende Material wesentlich miterwärmt wird.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß als Temperaturdifferenz Δ T = 100°C gewählt wird.

Eine Temperaturerhöhung um 100°C bewirkt eine relative Längen­ änderung von 1 µm/mm. Das bedeutet für Stahl einen Spannungs­ zuwachs von 210 N/mm², der sich mit der durch das Drehmoment erreichten Spannung überlagert. Damit erhalten hochfeste Schrauben der Festigkeit 8.8 oder 10.9, nach diesem Verfahren angezogen, in der erreichbaren Vorspannkraft die Qualität drehwinkelangezo­ gener Schrauben.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft auf Schrauben mit geringer Klemmlänge anwenden, bei denen die Streuung der Vorspannkraft besonders signifikant ist. Verur­ sacht wird diese zum einen durch die Streuung des Reibbeiwer­ tes, zum anderen durch die toleranzbedingten Schwankungen des vorgegebenen Drehmomentes. Erreichbares Wunschziel bei drehmo­ mentangezogenen Schrauben ist, und danach wird das Dreh­ moment festgelegt, eine Vorspannung von 70% der Streckgrenze der verwendeten Festigkeitsklasse. Darüber hinausgehende An­ zugsmomente vermeidet man, um ein Abwürgen der Schraube beim Anziehen zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird diesen Vorgängen dadurch begegnet, daß man die Schraube zunächst nach dem Stand der Technik mit dem Dreh­ moment anzieht, das der gewünschten Vorspannung in einer Höhe bis zu 70% der Streckgrenze entspricht. Gleichzeitig mit die­ sem Anziehen wird die Schraube um eine Temperaturdifferenz Δ T = 100°C erwärmt. Eine Temperaturerhöhung um 100°C bewirkt eine relative Längenänderung von 1 µm/mm. Das bedeutet für Stahl einen Spannungszuwachs von 210 N/mm², der sich mit der, durch das Drehmo­ ment erreichten Spannung überlagert. Damit erhalten hochfeste Schrauben der Festigkeit 8.8 oder 10.9, nach diesem Verfahren angezogen, in der erreichbaren Vorspannkraft die Qualität drehwinkelangezogener Schrauben.

Damit ist die Möglichkeit des Lösens eines Schraubverbandes und die Gefahr von Ermündungsbrüchen bei axial belasteten Schrauben, insbesondere von Schrauben geringer Klemmlänge, un­ terbunden.

Zum Erwärmen der Schraube ist es vorteilhaft, elektromagnetische Wellen hoher Energiedichte anzuwenden, wodurch sich die Erwär­ mung im wesentlichen auf die Schraube beschränken läßt und sich eine Erwärmung des die Schraube umgebenden Materials weitgehend vermeiden läßt. Auch gestattet diese Art der Energiezufuhr die synchronisierte Anwendung von Erwärmung und Anziehvorgang, ob­ wohl die Schraube in dieser Phase von außen kaum zugänglich ist.

Der Verlauf des aufgebrachten Drehmoments M und des Temperatur­ verlaufes Δ T der Schraube ist in einem Schaubild als Funktion über der Zeit t aufgetragen.

Das Drehmoment M kann über der Zeit t aufgetragen einem line­ aren Verlauf entsprechend Kurve 1 folgen.

Zeitlich synchron mit der Aufbringung des Drehmoments M nach Kurve 1 wird die Temperaturdifferenz Δ T - der zeitliche Verlauf entspricht Kurve 2 - durch Energiezufuhr aufgebracht.

Das zur Vorspannung der Schraube aufgebrachte Drehmoment er­ reicht in Punkt 3 seinen Maximalwert.

Zeitgleich erreicht die Temperaturdifferenz Δ T in Punkt 4 seinen vorbestimmten Höchstwert.

Das Drehmoment in Punkt 3 und die Temperaturdifferenz Δ T im Punkt 4 sind so aufeinander abgestimmt, daß nach dem Er­ kalten der Schraube deren axiale Vorspannung im Bereich der Fließgrenze des Schraubenwerkstoffes liegt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Anziehen einer Schraube, bei dem die Vorspan­ nung zum einen Teil durch Aufbringen eines definierten Drehmoments und zum anderen Teil durch Erwärmung der Schraube um eine Temperaturdifferenz Δ T und nachfolgender Abkühlung nach vollzogenem Anzug der Schraube aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung und der drehmomentgesteuerte Anzug der Schraube in einer Höhe, die zu einer Vor­ spannung bis zu 70% der Streckgrenze führt, gleichzeitig erfolgen, so daß die Schraube nach anschließender Abkühlung eine Vorspannkraft im Bereich der Streckgrenze aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Schraube durch elektromagnetische Wellen hoher Energiedichte, beispielsweise Mikrowellen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturdifferenz Δ T = 100°C gewählt wird.