150_4_TI Montage von HV ... - Fuchs-Schrauben

Technische Information
Montage von HV-Garnituren
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TI 150
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03.11
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4
1. Neuerungen beim Übergang auf den Eurocode 3
Diese technische Information zur Montage von HV-Garnituren beschreibt Randbedingungen,
• die derzeit nach noch rein Nationalen Normen im Metallbau gelten und
• künftig nach der bauaufsichtlichen Einführung entsprechender Europäischer
Normen für die Bemessung und Ausführung bei der Montage und beim Anziehen von
(planmäßig teilweise oder voll vorgespannten) HV-Verbindungen abgewandelt werden.
Bemessung DIN 18800-1
(November 2008)
Ausführung DIN 18800-7
(November 2008)
Geltungsdauer
National parallel Europäisch mit Ergänzung um
schon langjährig
bauaufsichtlich
eingeführt
DIN EN 1993-1-8
(Dezember 2010)
DIN EN 1090-2
(Dezember 2008)
DIN EN 1993-1-8/NA
(Dezember 2010)
DIN EN 1090-2/A1
(März 2011)
Die bauaufsichtliche Einführung des
Eurocode 3 ist für Deutschland in 2011
zur parallelen Anwendung vorgesehen.
Bei der Erstellung der harmonisierten Europäischen Norm DIN EN 14399-1 sowie bei Aufnahme
der Produktnormen für HV-Schrauben, HV-Muttern und HV-Scheiben in weitere Teile dieser
Norm blieben die bewährten Produkteigenschaften erhalten.
Für Konstruktionen, die nach Eurocode 3 bemessen werden, sind jedoch bei der Ausführung
von HV-Verbindungen Neuerungen zu beachten.
2. Verwendung von HV-Garnituren
Element
der DIN
18800-7
Abschnitt
der DIN EN
1993-1-8
Die Elemente einer HV-Garnitur sind weiterhin aus beliebigen Fertigungslosen
eines Herstellers uneingeschränkt kombinierbar und werden getrennt
verpackt geliefert. Die daraus zusammengestellten HV-Garnituren
der K-Klasse K1 können auch künftig für alle im Metallbau üblichen
Ausführungsformen von Schraubenverbindungen eingesetzt werden.
Da die Vorspannung in auf Scherung belasteten Verbindungen bei der
Bemessung nach DIN EN 1993-1-8 nicht berücksichtigt wird, benennt
diese die Fälle SLV (vorgespannte Scher-Lochleibungs-Verbindung) und
SLVP (vorgespannte Scher-Lochleibungs-Pass-Verbindung) nicht mehr.
Wenn überhaupt, dann ist eine Vorspannung für auf Scherung belastete
Verbindungen nach Abschnitt 3.4 nur als Qualitätsmaßnahme vorgesehen.
• Für GV (vorgespannte gleitfeste Verbindung) entsprechend der künftigen
Kategorien B und C muss das kombinierte Vorspannen (siehe
Abschnitt 8.3 auf Seite 5) angewendet werden. Die Möglichkeit des
Vorspannens und Nachspannens von HV-Garnituren der K-Klasse K1
mittels Drehmomentverfahren entfällt für diesen Anwendungsfall.
• Für Zugbelastete Verbindungen der Kategorie E können auf Grundlage
des Nationalen Anhangs DIN EN 1993-1-8/NA neben dem
Kombinierten Vorspannen auf F p,C = 0,7 f ub A S auch die ergänzenden
Vorspannverfahren aus Anhang NA.A für F p,C * = 0,7 f yb A S
angewendet werden.
(519)
Tab. 1
• Ansonsten ist - wie bisher - grundsätzlich eine teilweise Vorspannung
(0,5 F p,C * = 0,35 f yb A S bis F p,C * = 0,7 f yb A S ) an Hand des bewährten
Drehmoment-Vefahrens (siehe Abschnitt 8.1 auf Seite 5) möglich. Tab. 6
Anmerkung
unter der
Tab. 3.2
NA
3.4.2 (1)
Tab.
NA.A.2

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3. Konformitätsnachweis
Element
der DIN
18800-7
Abschnitt
der DIN EN
1090-2
DIN EN 1090-2 fordert für alle Schraubenverbindungen grundsätzlich eine
Werksbescheinigung 2.1. Diese oder auch ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1
darf jedoch durch eine Kennzeichnung je Herstellungslos ersetzt werden.
Von der bisherigen Verpflichtung der DIN 18800-7, für Schrauben der Festigkeitsklasse
10.9 ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1.B nach DIN EN 10204 vorzulegen,
sind HV-Schrauben auf Grund dieses eindeutigen Kennzeichens
je Herstellungslos auf dem Kopf grundsätzlich befreit.
Im Rahmen der Regelungen nach DIN EN 14399-1 (CE-Zeichen) werden
auch abgewandelte HV-Schrauben als Sonderformen z. B. mit vergrößerter
Auflagefläche oder Dehnschaft zulässig. Auch Schrauben mit nietähnlichem
Kopf ohne Antrieb oder mit kleinerem Sechskant und Flansch (z. B. Entwurf
FUCHS-WN 6919) dürfen künftig angewendet werden, wenn alle wesentlichen
Gebrauchseigenschaften nach DIN EN 14399-2 gegeben sind.
4. Korrosionsschutz
(526)
(527)
5.2
Tab. 1
(519) 5.6.4
Element
der DIN
18800-7
Abschnitt
der DIN EN
1993-1-8
Überwiegend werden nach ISO 10684 feuerverzinkte Verbindungselemente
eingesetzt. Die Feuerverzinkung der HV-Schrauben, HV-Muttern und
HV-Scheiben darf nur vom Schraubenhersteller selbst oder von einem
Fremdbetrieb unter Verantwortung des Schraubenherstellers durchgeführt
werden. Hierbei ist die Richtlinie des GAV/DSV (Gemeinschaftsausschuss
Verzinken e.V./Deutscher Schraubenverband e.V.) zur Feuerverzinkung
von Schrauben zu beachten.
HV-Garnituren ohne Korrosionsschutz – wie hergestellt – sind zwar in
DIN 18800-7 berücksichtigt, finden jedoch kaum Anwendung. Das Anziehverhalten
wurde bei der Umstellung von DIN 6914 ff auf DIN EN 14399-4,
-6 und -8 auf die K-Klasse K1 (vormals nur feuerverzinkt) vereinheitlicht.
Eine galvanische Verzinkung nach ISO 4042 ist nicht zulässig, da insbesondere
für HV-Schrauben und HV-Scheiben auf Grund ihrer Festigkeit und örtlicher
Zugbeanspruchung im Betrieb die Gefahr eines Sprödbruchs durch
das unumgängliche fertigungsbedingte Angebot von Wasserstoff besteht.
Andere Oberflächenausführungen, wie z. B. Zinklamellenbeschichtungen
gemäß ISO 10683, sind jedoch grundsätzlich zulässig. Die Verfahrensprüfung
zur Ermittlung des Anziehverhaltens erfolgt nach DIN EN 14399-2.
5. Anziehverhalten einer HV-Garnitur
Der Hersteller muss für alle Elemente seiner HV-Garnituren die Austauschbarkeit
und das einheitliche Anziehverhalten für das Vorspannen durch
Drehen der HV-Mutter entsprechend DIN EN 14399-2 sicherstellen.
Neben den Regelungen der EN 1090-2 für F p,C = 0,7 f ub A S bleiben
die aus DIN 18800-7 bewährten Anziehverfahren durch Übernahme
in DIN EN 1993-1-8/NA für F p,C * = 0,7 f yb A S ergänzend erhalten.
(1013)
(518)
(1012)
Anp.-
Rili.
Anp.-
Rili.
(519)
NA 3.1.1
keine
Vorgabe
NA 3.1.1
NA 3.1.1
Anhang
NA.A

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6. Anforderungen an zu verspannende Bauteile
Element
der DIN
18800-7
Abschnitt
der DIN EN
1090-2
Während in feuerverzinkten oder unverzinkten Konstruktionen nach
dem Anziehen im Allgemeinen nur geringe Vorspannkraftverluste durch
Relaxation und Setzen auftreten, können zusätzliche Beschichtungen
in den Trennfugen zu einem deutlichen Rückgang gegenüber der Montage-
Vorspannkraft führen.
Das Vorspannen von HV-Verbindungen darf nicht dazu genutzt werden, um
Unvollkommenheiten der Konstruktion beim Zusammenziehen auszugleichen.
Alle vor dem Verschrauben vorhandenen Abweichungen wirken sich
nachteilig auf das verspannte System aus. Deshalb dürfen die nachfolgend
genannten zulässigen Abweichungen nicht überschritten werden.
• Die Größe zulässiger Abweichungen wird durch DIN 18800-7
in Abhängigkeit von der jeweiligen Beanspruchung festgelegt.
Die DIN EN 1090-2 unterscheidet diesbezüglich nicht.
• Nach DIN 18800-7 darf der Dickenunterschied aus Herstellungstoleranzen
in scherbeanspruchten Laschenverbindungen bei
vorwiegend ruhender Beanspruchung nicht mehr als 2 mm und
bei nicht vorwiegend ruhender Beanspruchung 1 mm betragen.
Nach DIN EN 1090-2 darf der Dickenunterschied aus Herstellungstoleranzen
im Allgemeinen nicht mehr als 2 mm und
bei planmäßig vorgespannten Verbindungen 1 mm betragen.
• Nach DIN 18800-7 darf die tatsächliche Neigung der Auflageflächen
bei nicht vorwiegend ruhender Beanspruchung nicht mehr als
2 % betragen.
Bei vorwiegend ruhender Beanspruchung darf die planmäßige
Neigung von maximal 2 % auf bis zu insgesamt 4 % tatsächliche
Neigung zunehmen, sofern mutterseitig angezogen wird (keine
wechselnde Biegung der Schraube).
Nach DIN EN 1090-2 muss die tatsächliche Neigung der Auflageflächen
grundsätzlich innerhalb der folgenden Grenzen liegen:
a) 5,0 % = 1/20 (3°) bei Schrauben mit d ≤ 20 mm;
b) 3,3 % = 1/30 (2°) bei Schrauben mit d > 20 mm.
Zur Anpassung dürfen Futterbleche aus Stahl mit einer Mindestdicke von
1 mm nach DIN 18800-7 bzw. 2 mm nach DIN EN 1090-2 als Zwischenlagen
eingesetzt werden. Diese müssen eben, von ausreichender Größe
und Festigkeit sein.
Mehr als 3 Futterblechen müssen nach DIN 18800-7 vorgebunden werden.
Nach DIN EN 1090-2 sind bis zu 3 zulässig.
Unterlegbleche aus Stahl dürfen nicht dünner als 4 mm sein und müssen
mindestens der Nennfestigkeit des Bauteils entsprechen. Der Einsatz über
Langlöchern oder übergroßen Löchern erfordert einen statischen Nachweis.
Es wird erwogen, große Scheiben zu normen, die Unterlegbleche für planmäßig
vorgespannte Verbindungen in übergroßen runden sowie kurzen
oder langen Langlöchern ohne statischen Nachweis ersetzen können.
Tab. 4
8.5.1
und
10.8
(828) 8.3
(802)
(814)
8.1
8.2.4
(802) 8.1
(803) 8.2.4

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7. Klemmlänge von HV-Garnituren
Element
der DIN
18800-7
Abschnitt
der DIN EN
1090-2
HV-Schrauben werden in Nennlängen mit einer Abstufung von jeweils 5 mm
gefertigt, um insbesondere für Scher-Lochleibungs-Verbindungen eine
möglichst optimale Anpassung an die Dicke der zu verspannenden Teile
zu ermöglichen. Der in DIN EN 14399-4 und -8 zugeordnete Klemmlängenbereich
stellt sicher, dass die im Regelfall mit zwei Scheiben ausgeführte
Verbindung planmäßig vorspannbar und im Betrieb auf Zug belastbar ist.
In der nächsten Überarbeitung der DIN EN 14399 ist vorgesehen, dass die
in DIN 6914 ff zur Auswahl der Nennlänge genutzte „Paketdicke zwischen
den Scheiben“ wieder als praktische Information für die Anwender zusätzlich
angegeben wird. Bei der Umstellung auf die DIN EN 14399 war diese durch
die neue Definition der Klemmlänge als „Abstand zwischen den Auflageflächen
von Schraubenkopf und Mutter“ ersetzt worden.
• Zur Anpassung der Klemmlänge dürfen bei der Ausführung einseitig bis
zu drei Scheiben eingebaut werden. Hierdurch wird jedoch die Anzahl
der Trennfugen größer, was grundsätzlich zu einem geringfügig erhöhten
Vorspannkraftverlust führt.
Derzeit ist die Gesamtdicke dieser Scheiben auf maximal 12 mm
begrenzt, so dass aber ab M27 (Scheibendicke 5 mm) maximal
zwei Scheiben und ab M42 (Scheibendicke 8 mm) sogar nur
eine Scheibe zulässig sind. Es wäre wünschenswert, diese willkürliche
Begrenzung der Gesamtdicke bei der nächsten Überarbeitung
der DIN EN 1090-2 entfallen zu lassen.
• Um eine Beeinträchtigung des Anziehverhaltens auszuschließen, ist
vorgegeben, dass die zusätzlichen Scheiben unter dem Teil eingebaut
werden, das beim Anziehen nicht gedreht wird (normalerweise der Kopf).
Aus konstruktiver Sicht wäre es jedoch sinnvoller, die zusätzlichen
Scheiben unter der Mutter anzuordnen. So bleibt sichergestellt, dass
die Lage des Schaftes bzw. des Gewindeauslaufs der Bemessung
entspricht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass alle Scheiben
beim Anziehen nicht mitdrehen, sondern die Relativbewegung beim
Vorspannen planmäßig zwischen der Mutter und der äußeren Scheibe
auftritt.
Wenn die Auswahl der Nennlänge einer Schraube an Hand der Klemmlängentabellen
der DIN EN 14399-4 oder -8 erfolgt, ist auf Grund der
Fertigungstoleranzen der Elemente einer HV-Garnitur sichergestellt,
dass der im Einbauzustand tatsächlich nutzbare Klemmlängenbereich
stets größer ist.
• Um Verwechselungen zu vermeiden, wird in DIN EN 1090-2 grundsätzlich
gefordert, dass das Ende der Schraube mindestens einen Gewindegang
aus der Mutter herausragt.
• Die baupraktisch unbedenkliche Ausnahme für nicht planmäßig vorgespannte
Verbindungen ohne Zugbelastung aus DIN 18800-7 entfällt:
Diese Schrauben durften (trotzt des am Ende teilweise unvollständig
ausgebildeten Gewindes) mit der Außenfläche der Mutter abschließen.
8.2.2
(813) 8.2.4
(813) 8.2.4
8.2.2
(809)

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8. Planmäßiges Vorspannen
8.1 Teilweise Vorspannung mittels Drehmoment-Verfahren
Kleinere planmäßige Vorspannkräfte zwischen 50 % und 100 % der
Vorspannkraft F p , C * = 0,7 f yb A S sind nach DIN EN 1993-1-8/NA weiterhin
zulässig, sofern dies bei der Bemessung berücksichtigt wurde.
Durch das bewährte Drehmoment-Verfahren mit einheitlichem Anziehdrehmoment
je Durchmesser können HV-Garnituren der K-Klasse K1 auf einfache
Weise vorgespannt, nachträglich überprüft oder nachgezogen werden.
Die bei nicht vorgespannten Verbindungen zu erwartenden Nachteile
hinsichtlich der Gebrauchstauglichkeit (z. B. selbsttätiges Lösen, Aufreißen
von Beschichtungen und Korrosion in Spalten) werden vermieden.
Größere planmäßige Vorspannkräfte als F p , C * = 0,7 f yb A S dürfen bei der
Bemessung nach DIN 18800-1 grundsätzlich nicht vorausgesetzt werden.
Nach DIN EN 10990-2 ist es ebenfalls nicht zulässig HV-Garnituren der
K-Klasse K1 mittels Drehmoment-Verfahren auf F p , C = 0,7 f ub A S vorzuspannen
(siehe hierzu Abschnitt 8.3).
Element
der DIN
18800-7
(830)
(830)
Abschnitt
der DIN EN
1090-2
NA
3.4.2
(1)
NA.A.3
Anmerkung
unter der
Tab. 3.2
NA
3.4.2 (1)
8.2 Drehwinkel-Verfahren
Um mangelnde Klemmkräfte auf Grund von Formabweichungen der verspannten
Teile auszuschließen, wurde das Drehwinkel-Verfahren nach
DIN 18800-7 weder in den Nationalen Anhang DIN EN 1993-1-8/NA noch
in DIN EN 1090-2 übernommen.
(840)
entfällt
8.3 Kombiniertes Vorspannverfahren / modifizierte Weiterdrehwinkel
Die bewährten Voranziehmomente aus DIN 18800-7 können auch künftig für
das kombinierte Verfahren nach DIN EN 1090-2 beibehalten werden.
Die nach DIN EN 1993-1-8 für GV-Verbindungen festgelegte höhere Vorspannkraft
F p , C = 0,7 f ub A S kann nur durch das „kombinierte Vorspannverfahren“
nach DIN EN 1909-2 sicher erreicht werden. Die tatsächlichen
Weiterdrehwinkel dürfen eine Abweichung von -15° (oder +30°) aufweisen.
Eine nachträgliche Kontrolle der verbleibenden Vorspannkraft oder späteres
Nachziehen der einmal vorgespannten Verbindung sind jedoch nicht möglich.
Dieses Vorspannkraftniveau wird bei Anwendung des „modifizierten
kombinierten Vorspannverfahrens“ mit den geringeren Weiterdrehwinkeln
nach DIN 18800-7 und DIN EN 1993-1-8/NA zunächst ebenfalls sicher
erreicht (Angaben zur zulässigen Abweichung der tatsächlichen Weiterdrehwinkel
gegenüber den Vorgabewerten fehlen).
Bei der Bemessung wird jedoch nur die etwas geringere Vorspannkraft
F p , C * = 0,7 f yb A S angesetzt, um Vorspannkraftverluste durch Relaxation
ausreichend zu berücksichtigen.
Tab. 6
Tab.
NA.A.2
NA
3.4.2 (1)
12.5.2.5
8.6.5 Tab.
NA.A.3
NA.A.4
NA
3.4.2(1)

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Erforderliche Drehwinkel ϑ für das „kombinierte oder modifizierte kombinierte Vorspannverfahren“
Klemmlänge l k
(zwischen Kopf und Mutter,
einschließlich Scheiben)
Weiterdrehwinkel ϑ nach
DIN 18800-7 und
DIN EN 1993-1-8/NA
für das modifizierte kombinierte
Vorspannverfahren
bei Bemessung mit
F p , C * = 0,7 f yb A S
Weiterdrehwinkel ϑ in
Übereinstimmung mit
DIN EN 1090-2
für das kombinierte
Vorspannverfahren
bei Bemessung mit
F p , C = 0,7 f ub A S
1 l k < 2 d 45 45° bis 60°
2 2 d ≤ l k < 6 d 60 75° bis 90°
3 6 d ≤ l k < 10 d 90 105° bis 120°
4 10 d < l k keine Empfehlung Keine Empfehlung
9. Hinweis
Falls diese Zusammenstellung von Anwendern als Grundlage für eigene Arbeitsanweisungen
bzw. Ausführungsanweisung herangezogen wird, erfolgt diese Nutzung stets eigenverantwortlich.
Der Inhalt von Normen und sonstigen mit geltenden Unterlagen ist vom Anwender jeweils im
Einzelfall zu überprüfen. Jegliche Haftung durch FUCHS als Herausgeber dieser technischen
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