Von Dr.-Ing. Christoph Blunk

Die Schließringbolzen-Technologie hat sich zu einer herausragenden Befestigungslösung im Stahlbau entwickelt. In diesem Beitrag werden die technischen Vorzüge von Schließringbolzen untersucht und ihre überlegene Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Schraubverbindungen hervorgehoben.

1. Geringe Streuung der Vorspannkraft: Herausforderungen beim drehmomentgesteuerten Anziehen

Die gebräuchlichste Methode ist das drehmomentgesteuerte Anziehverfahren. Aufgrund des geringen Aufwands ist es sehr wirtschaftlich, hat aber einige erhebliche Nachteile, insbesondere in Bezug auf die erreichbare Vorspannkraft. Diese Inkonsistenz hat zwei Hauptursachen:

  • Streuung der Reibung: Der Reibungskoeffizient zwischen den Gewinden und der Auflagefläche der Mutter/Schraube und der Unterlegscheibe kann aufgrund von Faktoren wie Schmierung, Oberflächenbeschaffenheit, Staub, Hitze, Feuchtigkeit, uneinheitlicher Fertigung und anderen unsichtbaren Elementen Schwankungen aufweisen. Diese Schwankungen wirken sich direkt auf die erreichte Vorspannkraft aus.
  • Menschliches Versagen: Die Anwendung des korrektenAnziehdrehmoments liegt in der Verantwortung der Monteure. Bei Abweichungen vom Solldrehmoment wirkt sich das direkt auf die erzielte Vorspannkraft aus.

Schließringbolzen sind nicht der Torsionskraft ausgesetzt, die ein Drehmomentschlüssel auf einen herkömmlichen Bolzen ausübt, und lösen diese Herausforderung durch einen kontrollierten Vorspannprozess:

  • Vorspannen: Die Huck-Schließringbolzen werden durch axiales Vorspannen und anschließendes Verpressen des Schließrings installiert. Das Huck-Installationswerkzeug ergreift dazu das Zugende des Schließringbolzens und zieht dann in axiale Richtung, um mögliche Spalte zwischen den zu verbindenden Bauteilen zu schließen. Eine konische Verformungshülse aus gehärtetem Stahl wird dann über den Schließring gepresst, um das Schließringmaterial sukzessive in die Schließrillen des Schließringbolzens zu formen. Hierdurch wird der Durchmesser des Schließrings verringert und seine Länge vergrößert. Durch das Verformen des Schließrings wird gleichzeitig der Bolzen gedehnt und eine sehr genaue Vorspannkraft generiert. Durch das besondere Verarbeitungsprinzip ist der Einfluss von Reibung und menschlichen Fehlern auf die Vorspannkraft eliminiert.
  • Überprüfung der Vorspannung: Ob die Installation korrekt durchgeführt wurde, kann im Nachhinein visuell durch Kontrolle der umgeformten Indikatoren auf dem Schließringflansch oder mit Hilfe von Lehrringen überprüft werden. Wenn der Schließring sowie die Indikatoren korrekt verformt wurden, ist die volle Vorspannung in die Verbindung eingebracht worden, was eine konstante Vorspannkraft über alle installierten Schließringbolzen hinweg gewährleistet.

Formale Betrachtungen:

  • Kalibrierung und Wartung von Verarbeitunswerkzeugen: Beim drehmomentgesteuerten Anziehen müssen die verwendeten Geräte eine Genauigkeit von ±4% nach EN ISO 6789 aufweisen. Die Überprüfung (Kalibrierung) muss mindestens einmal jährlich erfolgen, aber auch bei Zwischenfällen, die während der Benutzung auftreten (erheblicher Stoß, Sturz, Überlastung usw.) und das Anziehgerät beeinträchtigen. Für Schließringbolzen ist eine solche Kontrolle nicht erforderlich, doch wird eine regelmäßige Funktionsprüfung zu Beginn und am Ende einer Schicht sowie bei einem Wechsel des Bedieners empfohlen, um eine ordnungsgemäße Installation zu gewährleisten.
  • Materialeigenschaften des Bolzens: Der für den Bolzen gewählte Stahl muss ein gleichmäßiges elastisches Verhalten beim Vorspannen aufweisen, um zuverlässige Vorspannkräfte zu erreichen. Für vorgespannte Verbindungen sollten die Bolzen eine Festigkeitsklasse von 8.8 oder 10.9 nach ISO 898-1 haben.

2. Erhöhte Schwingfestigkeit: Eine mechanistische Analyse

Schließringbolzen zeichnen sich in Umgebungen mit hohen dynamischen Beanspruchungen, einschließlich seismischer Zonen, aus. Diese überragende Leistung kann auf zwei wesentliche Aspekte ihrer Konstruktion und Verarbeitung zurückgeführt werden:

  • Positiver Verriegelungsmechanismus: Im Gegensatz zu Schrauben und Muttern, deren Wirkmechanismus ausschließlich auf Reibungskräften beruht, verfügen Schließringbolzen über einen gerillten Bolzen und einen zugehörigen Schließring. Schließringbolzen werden unter axialer Zugkraft und gleichzeitiger Kaltumformung des Schließrings verarbeitet, so dass kein Raum zwischen Schließring und Bolzenrillen verbleibt und somit eine Relativbewegung zwischen Schließring und Bolzen wirksam verhindert wird - eine häufige Ursache für das selbsttätige Lösen geschraubter Verbindungen.
  • Hohe und gleichmäßige Vorspannkraft: Der Installationsprozess gewährleistet eine präzise kontrollierte Vorspannkraft im Schließringbolzen. Diese hohe und gleichmäßige Vorspannkraft minimiert mögliche Bewegungen innerhalb der Verbindung und erhöht die Vibrationsbeständigkeit.

Formale Betrachtungen:

  • Auswahl des Bolzenmaterials: Der Bolzen wird in der Regel aus hochfestem Stahl hergestellt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Bolzen der Vorspannkraft standhält und die Verriegelung unter dynamischer Belastung aufrechterhalten wird.
  • Optimierung des Schließrings: Dank des am Schließring integrierten Flansches und des torsionsfreien Anziehverfahrens sind auf beiden Seiten einer Schließringbolzenverbindung keine Unterlegscheiben erforderlich, sodass es weniger Kontaktflächen gibt, die Setzungen und den damit verbundenen Verlust der Vorspannkraft begünstigen.

3. Schnelle Verarbeitung: Rationalisierung des Installationsprozesses

Schließringbolzen bieten im Vergleich zu herkömmlichen Schraubverbindungen erhebliche Vorteile in Bezug auf die Geschwindigkeit und Einfachheit der Installation:

  • Vereinfachtes Installationsverfahren: Bei der Installation von Schließringbolzen wird der Bolzen in die gelochten Bauteile eingeführt, der Schließring aufgedreht und die Vorspannkraft durch Huck-Verarbeitungswerkzeuge aufgebracht. Ein Schließringbolzen lässt sich oft in weniger als 2 Sekunden einbauen. Die unkomplizierte Verarbeitung erfordert im Vergleich zu drehmomentgesteuerten Verfahren nur minimalen Schulungsaufwand.
  • Visuelle Inspektion: Im Gegensatz zu drehmomentgesteuerten Verfahren, bei denen eine visuelle Kontrolle des korrekten Anziehens nicht möglich ist, beruht die Installation von Schließringbolzen auf einer einfachen visuellen Inspektion, um die ordnungsgemäße Verformung durch eine schnelle Sichtprüfung des Schließrings zu bestätigen. Dies macht komplexe Messungen, Nachziehen oder zusätzliche Ausrüstung überflüssig.

Formale Betrachtungen:

  • Anforderungen für Durchgangslöcher: Die Bohrlöcher für Schließringbolzen müssen einen etwas größeren Durchmesser als den Nenndurchmesser des Bolzens haben, um die Installation des Bolzens zu ermöglichen.
  • Schulung der Installateure: Die Verarbeitung von Schließringbolzen ist zwar einfach, aber eine ordnungsgemäße Schulung stellt sicher, dass die Installateure wissen, wie wichtig es ist, den Schließring vollständig zu verformen, und dass sie mögliche Probleme wie beschädigte Bolzen oder Schließringe erkennen.

4. Zulassungen und Zertifizierungen: Vertrauen schaffen

Schließringbolzen sind eine weithin anerkannte Fügetechnologie, die durch strenge Tests und Zertifizierungen gestützt wird:

  • Materialcharakterisierung: Der für Schließringbolzen verwendete Stahl wird strengen Prüfungen unterzogen, um sicherzustellen, dass er die erforderlichen mechanischen Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Duktilität und Ermüdungsfestigkeit erfüllt. Dies wird häufig von Zulassungs- und Zertifizierungsstellen wie beispielsweise dem DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik) verlangt.
  • Leistungsbewertung: Schließringbolzen werden verschiedenen Prüfungen unterzogen, um ihre Leistung unter statischen und dynamischen Belastungen zu bewerten. Zu diesen Prüfungen gehören Zug-, Scher-, Gleit- und Kriechversuche sowie Ermüdungsversuche, um die Eignung der Schließringbolzen für die Einsatzbedingungen in der Praxis nachzuweisen.
  • Anwendung von Qualitätsmanagementsystemen: Die Hersteller von Schließringbolzen setzen in der Regel Qualitätsmanagementsysteme ein, um eine gleichbleibende Produktionsqualität und die Einhaltung der einschlägigen Vorschriften zu gewährleisten.

Schlussfolgerung:

Die Schließringbolzen-Technologie bietet eine technisch überlegene Befestigungslösung für Stahlbauanwendungen. Schließringbolzen überwinden die Grenzen drehmomentgesteuerter Anzugsmethoden im Hinblick auf die erzielbare Vorspannkraft, indem sie die durch Reibungsschwankungen und menschliche Fehler verursachte Vorspannkraftstreuungen eliminieren.

Der form- und kraftschlüssige Verriegelungsmechanismus und die hohe Klemmkraft von Schließringbolzen sorgen für eine überragende Vibrations- und Ermüdungsfestigkeit, was sie ideal für seismisch aktive Zonen macht. Der Einsatz von Schließringbolzen bietet aufgrund des unkomplizierten Verfahrens sowie der visuellen Inspektionsmethoden erhebliche Vorteile in Bezug auf Schnelligkeit und Einfachheit.

Die mit den Schließringbolzen durchgeführten strengen Tests und Zertifizierungen sowie der Einsatz von Qualitätsmanagementsystemen gewährleisten eine gleichbleibende Produktqualität und stärken das Vertrauen in ihre Verwendung.

 

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