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Mittwoch, den 17.07.2019
Nahezu wartungsfreie Schraubverbindungen jetzt auch im Schiffbau

Seit Jahrzehnten ist das streckgrenzgesteuerte Anziehverfahren mithilfe festinstallierter Schraubautomaten vor allem im Automobilbau bekannt. Der Vorteil: wartungsfreie Schraubverbindungen. Deutlich jünger sind die Möglichkeiten, auch große Schraubverbindungen ab M16 bis M100 direkt auf der Baustelle mobil und prozesssicher mit dem sogenannten hydraulischen streckgrenzgesteuerten Anzugsverfahren (SGA) zu verschrauben.

Wartungsarme bzw. -freie Schraubverbindungen und neue Potenziale für den Leichtbau sind die stärksten Argumente für das SGA. Schiffsbauern war der Einsatz dieser cleveren Technik jedoch bislang verwehrt – dem Verfahren fehlte die Zulassung für maritime Anwendungen. Im Frühjahr 2019 erteilte die internationale Klassifikationsgesellschaft DNV GL nun offiziell seine weltweit gültige Freigabe für das SGA. Der Startschuss für einen Innovationssprung im Schiffbau und beim Bau von Windkraftanlagen. Treibende Kräfte hinter der Freigabe waren Siemens und HYTORC.

Das SGA-Verfahren ist seit vielen Jahren ein wesentlicher Bestandteil der Richtlinie VDI-2230, dem inzwischen weltweit anerkannten Standardwerk zur Berechnung von Schraubverbindungen. Im Zusammenspiel mit einer fachgerecht dauerfesten Auslegung der Verbindungselemente können mit Hilfe des SGA ganze Komponenten insgesamt kleiner und leichter konstruiert und somit von vornherein deutlich kostengünstiger hergestellt werden.

SGA ist prädestiniert für fordernde Einsatzbedingungen

„Das Drehmomentverfahren ist das im Schiffbau am weitesten verbreitete Verfahren zur Vorspannung von Schraubverbindungen. Es besitzt gegenüber dem SGA aber einen entscheidenden Nachteil: Wartungsarme bzw. -freie Schraubverbindungen oder Leichtbau lassen sich drehmomentgesteuert kaum erreichen“, sagt Patrick Junkers, Geschäftsführer von Barbarino & Kilp GmbH – HYTORC.

Siemens nutzt daher bei der Montage seiner bis zu 25 Megawatt starken SISHIP eSiPOD Schiffsantriebe die SGA-Technik von HYTORC. Werften jedoch mussten bislang mangels DNV GL-Freigabe für das SGA die tonnenschweren Antriebsaggregate mit herkömmlichen drehmomentgesteuerten Verfahren unter ihre Ozeanriesen schrauben. Ein selten unwirtlicher und mühsam zugänglicher Einsatzort, wo aggressives Salzwasser, hohe Scherkräfte und ständige Vibrationen wirken. Gerade unter solch anspruchsvollen Bedingungen, wenn höchste Zuverlässigkeit bei starker Beanspruchung über die gesamte Lebensdauer gefordert ist, kann das SGA seine Vorteile ausspielen. Um die überlegene Sicherheit des hydraulischen streckgrenzgesteuerten Anziehverfahrens wissenschaftlich zu beweisen, initiierten Siemens und HYTORC unter Beteiligung von DNV GL-Spezialisten Versuchsreihen beim renommierten Hamburger Element Werkstofflabor. Die überzeugenden Testergebnisse führten zur Freigabe des SGA durch den DNV GL für alle Anwendungen im Schiffbau. Das SGA lässt sich jetzt auch bei der Montage von On- und Offshore-Windkraftanlagen sowie im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau hervorragend einsetzen.

Unsicherheiten ausschalten mit SGA

Unberechenbarkeit ist das größte Manko des Drehmomentverfahrens. Allgegenwärtiger Unsicherheitsfaktor ist die Reibung. Reibung beim Verschrauben entsteht in den Gleitflächen sowie auf der Mutternauflage oder unter dem Schraubenkopf sowie in den gepaarten Gewindegängen. Die Reibung, ausgedrückt über die Reibzahl, kann von Schraube zu Schraube variieren. Diese Differenzen führen beim Drehmomentverfahren zu unterschiedlichen Vorspannkräften. Daraus resultieren zwei unkalkulierbare Sicherheitsrisiken: Entweder wird die erforderliche Vorspannung auf die Schraubverbindung nicht erreicht oder die Schraubverbindung wird unkontrolliert überlängt, was durch das Drehmomentverfahren nicht begrenzt werden kann. Der aus konstruktiver Sicht unbefriedigende Ausweg aus diesem Dilemma: Aufgrund der schwankenden Reibwerte muss die Schraubverbindung überdimensioniert werden. Um ein Versagen von Schraubverbindung beim rein drehmomentgesteuerten Anziehen möglichst auszuschließen, sollte die maximale Auslastung von Schraubverbindungen höchstens 50-60% betragen. Das bedeutet, dass Maschinenbauer ganze Baugruppen schwerer und plumper auslegen müssen, als es für ihre eigentliche Funktion nötig wäre. Mehrere hundert Kilogramm kann der Gewichtszuwachs bei größeren Geräten betragen. Schlanker und zugleich belastbarer sowie sicherer sind SGA-Schraubverbindungen. „Das durch SGA bewusst hohe Auslasten von dauerfest ausgelegten Schraubverbindungen in den teilplastischen Verformungsbereich fördert nicht nur den Leichtbau, sondern führt zu erheblich weniger Wartungsbedarf“, erläutert Junkers.

Weitere Informationen:
www.hytorc.de

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Letzte Aktualisierung am 19.10.2019
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