Durch Versuche und durch die in der Praxis gewonnenen Erkenntnisse stellt sich immer wieder heraus, dass bei Schrauben über M 30 bzw. 1¼'' die rechnerisch ermittelten Anziehdrehmomente nicht mit ausreichender Genauigkeit mit den tatsächlichen übereinstimmen.

Als Haupteinfluss für diese Unterschiede sind die Reibungen im Gewinde und zwischen Kopf- oder Mutterauflage anzusehen, für die meistens nur Erfahrungs- bzw. Schätzwerte zur Verfügung stehen. Ein Maß für die Höhe der wirksamen Reibkraft ist der Reibungskoeffizient. Neben diesen Einflussgrößen treten in einer Schraubenverbindung außerdem Setzerscheinungen auf, die überwiegend durch Glätten von Oberflächenrauhigkeiten bedingt sind.

Da diese Einflussgrößen maßgeblich in die Berechnung des Anziehdrehmomentes eingehen, können erhebliche Schwankungen der Schraubenvorspannung auftreten.

Um diese Unsicherheit zu veranschaulichen, sollen einige Faktoren aufgeführt werden, die die Streuung der Reibwerte beeinflussen:

1) Die Gewindereibung ist abhängig von:

• der Rauhigkeit der Gewindeoberfläche, d.h. die Art der Gewindeherstellung; ob geschnitten oder gerollt
• der Oberflächenbehandlung; blank, phosphatiert oder geschwärzt
• der Art der Schmierung; trocken, leicht geölt, stark geölt
• dem Umstand, ob auch das Muttergewinde einer Oberflächenbehandlung unterzogen wurde
• der Länge des im Eingriff stehenden Gewindes
• eventuell mehrmaligem Anziehen und Lösen der Schrauben

2) Die Streuung der Reibung zwischen Kopf- oder Mutterauflagefläche ist abhängig von:

• der Rauhigkeit der Auflageflächen
• dem Zustand der Berührungsflächen (trocken, geschmiert, Farbanstrich)
• Härteunterschieden der Auflageflächen oder der Materialpaarung
• den Maß- und Winkelabweichungen der Auflageflächen zueinander

Die genannten Einflussgrößen auf die Schraubenvorspannung können am wirkungsvollsten, insbesondere bei Schrauben größeren Durchmessers durch hydraulische Spannzylinder verringert werden.

Der Vorteil gegenüber der üblichen Methode über Drehmoment ist dadurch gegeben, dass die zusätzliche Beanspruchung des Schraubenquerschnittes durch Torsion und Biegung entfällt. Noch entscheidender ist das Fehlen jeder Art von Reibung, wodurch unter Berücksichtigung von entsprechenden Auslegungsparametern die verbleibende Schraubenvorspannkraft mit vorher durchgeführten Untersuchungen genau festgelegt werden kann.

Schrauben über Kreuz sorgfältig auf vorgeschriebene Werte vorspannen. Es kann hierbei mit einem Anziehfaktor a_A je nach Anziehverfahren von 1,2 bis 1,6 gerechnet und rechnerisch die Dehngrenze der Schraube bis zu 90% ausgenutzt werden.

Die Vorspannung der zuerst angezogenen Schraube wird durch das Anspannen der weiteren Schrauben beeinflusst. Es ist deshalb notwendig, mindestens zwei Umläufe vorzusehen.

Dabei wird gleichzeitig der durch Glättung der bei Vorspannen unbelasteten Fügeflächen (Gewinde und Mutterauflage) eintretende Setzbetrag ausgeglichen.

Die theoretischen Spannkräfte für eine ausgewählte Schraubenreihe können der Tabelle Spannkraft für Schrauben unter Berücksichtigung der Gewindetoleranzen für "Metrisches Gewinde mit großem Spiel" entnommen werden.

Durch Unparallelität zwischen Mutter und Auflagefläche und durch die Gewindetoleranz sind auch bei diesem Verfahren Setzerscheinungen nach dem Anziehen der Mutter nicht auszuschalten. (Rechtwinkligkeitstoleranz beim Schrauben- und Mutterhersteller einengen.)

Weil bei diesem Verfahren nicht nur der Schaft, sondern auch das Gewinde durch die angesetzte Spannkraft elastisch gelängt wird, ist auf die Wahl der richtigen Gewindereihen bzw. Gewindetoleranzen nach DIN 2510 besonderes Augenmerk zu richten. Zu kleines Gewindespiel kann bei gelängter Schraube ein Klemmen der Mutter zur Folge haben. Unter Berücksichtigung der verwendeten Mutterhöhe ist deshalb auch in diesem Punkt eine Abstimmung mit dem Schraubenlieferanten unbedingt notwendig.

Die Schrauben sind so lang vorzusehen, dass mindestens 1,0 · d oberhalb der Muttern für das Ansetzen der hydraulischen Spannzylinder freibleibt.

Die genaue Mindestlänge ist von der Festigkeitsklasse der Schrauben und von dem verwendeten Spannwerkzeug abhängig. Unterlegscheiben sind so groß vorzusehen, dass sie beim Spannen der Schrauben vom Spannzylinder auf die Auflagefläche gepresst werden. Die vergrößerten Unterlegscheiben sind den genormten vorzuziehen. Die Höhe der Unterlegscheibe ist abhängig von der Gewindegröße. In der Regel sollte sie mit größerem Gewindedurchmesser ebenfalls zunehmen. Eine Abstimmung mit dem Lieferanten des Spannzylinders ist unbedingt erforderlich.

Die hydraulischen Spannzylinder erfordern mehr Platz oberhalb der anzuziehenden Schraube als z.B. Drehmomentschlüssel, jedoch kann hierbei aufgrund des kleineren Außendurchmessers ein geringerer Abstand zwischen Schraubenmittelachse und Anschlusskonstruktion realisiert werden.

Wir empfehlen Schraubenspannzylinder der Firma GmbH, Auf'm Brinke 18, D-59872 Meschede. Das Qualitätsmanagementsystem der Firma ist gemäß DIN ISO 9001, EN 29001 zertifiziert.

Spannkräfte und Abmessungen für ein- und mehrstufige Schraubenspannzylinder können den nachfolgenden Tabellen entnommen werden:

Einstufige Schraubenspannzylinder
Mehrstufige Schraubenspannzylinder

Für Schrauben, die über Drehmomente vorgespannt werden, stehen auch hydraulische - Drehmomentschrauber zur Verfügung.

Unterlagen hierzu auf Anfrage.