Juli 2021
Juli 2021

Hochfest und vorgespannt

HV-Verbindungen

Für viele Stahlbaukonstruktionen müssen sogenannte HV-Verbindungen eingesetzt werden. Doch bei der Planung und beim Einsatz werden vom Stahlbauer immer wieder Fehler gemacht.
Wie sich diese Fehler vermeiden lassen, erfahren Sie vom Schraubenprofi Frank Puchler im Interview.


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Typische hochfeste, vorgespannte (HV-)Schraubenverbindungen bei den Platten. Bild: Redaktion
Typische hochfeste, vorgespannte (HV-)Schraubenverbindungen bei den Platten. Bild: Redaktion

HV-Verbindungen

Hochfest und vorgespannt

Für viele Stahlbaukonstruktionen müssen sogenannte HV-Verbindungen eingesetzt werden. Doch bei der Planung und beim Einsatz werden vom Stahlbauer immer wieder Fehler gemacht.
Wie sich diese Fehler vermeiden lassen, erfahren Sie vom Schraubenprofi Frank Puchler im Interview.

Text: Redaktion / Bilder: Würth und Redaktion

Interview

Herr Puchler, wo werden hochfeste vorgespannte (HV-)Schraubenverbindungen vor allem eingesetzt?
Frank Puchler: Hochfeste vorgespannte Schraubenverbindungen finden sich vor allem in Konstruktionen mit vorwiegend nicht ruhender Belastung. Derartige Schraubenverbindungen werden vor allem in Kranbahnen und Kränen, Brückenbauwerken und hochbelasteten Stahlbauten eingesetzt. Oft werden aber auch vorspannbare Schraubengarnituren in Schraubenverbindungen verwendet, wo diese nicht unbedingt notwendig sind, beispielsweise um Spalte zu schliessen.

Wo müssen sie eingesetzt werden?
Entscheidend ist die Beanspruchung der Schraube beziehungsweise Schraubenverbindung. Gemäss Eurocode 3 (SNEN 1993-1-8 * SIA 263.001) werden Schraubenverbindungen in die Kategorien A bis E eingeteilt, welche einen Bezug zur Beanspruchung der geschraubten Verbindung haben.
In die Kategorie A fallen Scher-/Lochleibungsverbindungen. Für derart beanspruchte Schraubenverbindungen ist keine Vorspannung erforderlich, daher sind für diese Verbindungen auch keine hochfest vorspannbaren Schraubenverbindungen zwingend notwendig.
Schraubenverbindungen, die in die Kategorien B (scherbeanspruchte Schrauben in gleitfesten Verbindungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit), C (scherbeanspruchte Schrauben in gleitfesten Verbindungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit) und E (zugbeanspruchte vorgespannte Schrauben) fallen, sind zwingend mit vorspannbaren Schraubenverbindungen auszuführen.
Darüber hinaus gibt es noch die Kategorie D (zugbeanspruchte nicht vorgespannte Schrauben). Dafür sind auch keine vorspannbaren Schraubenverbindungen zwingend vorgeschrieben.

Was ist beim Einsatz unbedingt zu beachten?
Beispielsweise ist das zu verwendende Anziehverfahren abhängig von der k-Klasse der vorspannbaren Schraubengarnitur, der Schraubfallkategorie und dem notwendigen Vorspannkraftniveau, mit dem die vorgespannte Schraubenverbindung beansprucht wird.

Was wird immer wieder verkehrt gemacht und welche Folgen kann das haben?
Nach wie vor kommt es immer wieder vor, dass bei hochfest vorspannbaren Schraubenverbindungen die Begrifflichkeiten «Klemmlänge» und «Paketdicke» falsch interpretiert werden. Als Paketdicke wird die minimale beziehungsweise maximale Dicke der zu verspannenden Bauteile bezeichnet. Die Klemmlänge ist die minimale beziehungsweise maximale Dicke der zu verspannenden Bauteile, inklusive der beiden notwendigen Scheiben. Für HV-Garnituren sind die beiden Werte in der SN EN 14399-1 (Hochfeste vorspannbare Garnituren für Schraubverbindungen im Metallbau) aufgeführt.

(Bild Redaktion)Die verschiedenen Begriffe:A = Paketdicke nach SNEN 14399-4: Abstand zwischen den ScheibenB = Klemmlänge nach SNEN 14399-4: Abstand zwischen Schraubenkopf und Mutter C = Länge: Bestelllänge / Nennlänge (L).
(Bild Redaktion)
Die verschiedenen Begriffe:
A = Paketdicke nach SNEN 14399-4: Abstand zwischen den Scheiben
B = Klemmlänge nach SNEN 14399-4: Abstand zwischen Schraubenkopf und Mutter
C = Länge: Bestelllänge / Nennlänge (L).

 

Wird beispielsweise die Mindestklemmlänge einer Schraubengarnitur geringfügig unterschritten, besteht die Möglichkeit, dass die Mutter bis in den Gewindeauslauf der Schraube gedreht wird. Das Schraubwerkzeug signalisiert gegebenenfalls das Erreichen des voreingestellten Drehmoments, allerdings ohne dass das notwendige Vorspannkraftniveau erreicht wurde. Wenn dieser Fehler beim Verschrauben unbemerkt bleibt, kann dies schwerwiegende Folgen für die Stabilität eines Bauteils haben.
Ein weiterer Fehler, der nach wie vor vorkommt, ist die Nichtberücksichtigung des Garnituren-Prinzips. Das heisst, bei der Verschraubung von Schraubengarnituren werden Komponenten verschiedener Hersteller gemischt, was nicht zulässig ist. Bei Schraubengarnituren müssen alle Garnituren-Komponenten von einem Hersteller kommen. Wichtige Themen wie Toleranzen, Oberflächenbeschichtung und Einstellung des Schmierzustands erfolgen unter der Kontrolle des Garnituren-Herstellers. Nur so kann die ordnungsgemässe Funktion beziehungsweise das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten einer Garnitur gewährleistet werden.

Welche Unterstützung bieten die Hersteller dem Stahlbauer?
Wir bieten beispielsweise Seminare zur Qualifizierung von Mitarbeitern in Stahlbaubetrieben an, bei entsprechender Gruppengrösse auch inhouse beim Kunden. Einzelne Interessenten können an Seminaren teilnehmen, die wir verteilt in unseren Handwerkerzentren anbieten.
Für die Fertigung oder Montage bieten wir einen Schraubenrechner an, der bezüglich Geometrie, Vorspannkraft, Anziehdrehmoment und gegebenenfalls Drehwinkel zahlreiche Informationen in übersichtlicher Form dem Stahlbauer bereitstellt.

Tipp

Um die diversen Regelwerke und Normen einzuhalten, ist es unbedingt notwendig, sich mit diesen auseinanderzusetzen. In nationalen Anhängen zu Normen finden sich landesspezifische Regelungen, die man als Stahlbauer kennen muss. Ein besonderer Tipp zum Thema Verschrauben: Schauen Sie doch mal in die DASt-Richtlinie 024; Anziehen von geschraubten Verbindungen der Abmessungen M12 bis M36.  ■

 

«Für die Fertigung oder Montage bieten wir einen Schraubenrechner an, der bezüglich Geometrie, Vorspannkraft, Anziehdrehmoment und gegebenenfalls Drehwinkel zahlreiche Informationen in übersichtlicher Form dem Stahlbauer bereitstellt.» Frank Puchler

 

«Nach wie vor werden die Begrifflichkeiten Klemmlänge und Paketdicke falsch interpretiert», Frank Puchler, Gruppenleiter Produktmanagement Verbindungstechnik bei der Firma Adolf Würth in Künzelsau.  Bild: Würth
«Nach wie vor werden die Begrifflichkeiten Klemmlänge und Paketdicke falsch interpretiert», Frank Puchler, Gruppenleiter Produktmanagement Verbindungstechnik bei der Firma Adolf Würth in Künzelsau. Bild: Würth

 

Für die Praxis (Hinweis der Redaktion)

1) Die Schrauben sind mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel festzuziehen.

2) Scheiben sind mit der Fase zum Schraubenkopf bzw. zur Mutter zu montieren.

3) Muttern sind mit der Prägung nach aussen zu montieren. Diese Prägung muss sichtbar bleiben, um auch nach dem Einbau eine eindeutige Identifizierung sicherzustellen. Muttern müssen leichtgängig mit der Hand drehbar sein und dürfen nicht mit Gewalt gesetzt werden.

4) Grundsätzlich sind Schrauben von oben nach unten oder vom bestehenden zum anzuschliessenden Bauteil zu montieren (das sind handwerkliche Regeln, welche in der Norm nicht festgelegt sind).

5) Grundsätzlich muss immer die Mutter gedreht werden, um die Garnitur zu spannen. Sollte es einmal nicht möglich sein und die Garnitur muss am Schraubenkopf gedreht werden, so muss diese vorbehandelt werden.

 

Das Fachregelwerk Metallbauerhandwerk – Konstruktionstechnik enthält im Kap. 1.4.5 wichtige Informationen zum Thema «Ausführung von Stahlbauten».