Konstruktionselemente Den Querkräften standhalten

Spreizbolzen werden als Maschinenelemente dort eingesetzt, wo Querkräfte sicher übertragen werden müssen. Spreizbolzen werden in technischen Anlagen schon seit langem zum sicheren Übertragen von...

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ANDREAS MAIER GmbH & Co. KG

Treston Deutschland GmbH

AFC Europe Ltd Bochum Technisches Zentrum

Spreizbolzen werden in technischen Anlagen schon seit langem zum sicheren Übertragen von Querkräften eingesetzt. Dass die konventionellen Ausführungen beispielsweise in Kraftwerken nicht so verbreitet sind, das hat Kostengründe, vor allem bei der Montage und Demontage. Eine neue Konstruktion macht Spreizbolzen nun auch wirtschaftlich attraktiv.Bei der Übertragung von Drehmomenten zeichnen sich Spreizbolzen durch eine hohe Ausfallsicherheit aus. Das hat sich auch bei den neu entwickelten Spreizbolzen Superbolt der EB-Serie nicht geändert. Sie werden bevorzugt in Kompressoren, Generatoren, Turbinen und Motoren, aber auch an Propellern und Schiffswellen eingesetzt. Als Durchsteck-Spreizbolzen finden sie primär bei gängigen Kupplungen Anwendung, als Sackloch-Spreizbolzen für kompakt gebaute Kupplungen. Alle Formen von Spreizbolzen lassen sich sowohl axial als auch radial vorspannen.An hoch belasteten Kupplungen ersetzen sie die gewöhnlichen Passbolzen, deren Montage und Demontage sich oft als schwierig gestaltet. Auch werden die Verbindungen mit den Superbolt-Spreizbolzen aufgrund der radialen Vorspannung wesentlich steifer. Mikrobewegungen an der Teilfuge sind somit ausgeschlossen.Die konstruktive Weiterentwicklung zeigt sich an zwei einfachen Verbesserungen am Aufbau der P&S-Spreizbolzen, die dazu beitragen, dass sich die Eigenschaften grundlegend verändern. Zum einen ist dies eine geschlitzte Konushülse, die neben dem Formschluss, wie von herkömmlichen Spreizbolzen bekannt, einen zusätzlichen radialen Kraftschluss bewirkt. Damit wird die Steifigkeit der Verbindung entscheidend gesteigert und die schädlichen Mikrobewegungen in der Teilfuge ausgeschlossen. Zum anderen sind es die mechanischen Spannelemente mit Vielfachschrauben (SVS) anstelle der traditionell üblichen und hydraulisch gereckten Muttern, womit hohe Vorspannkräfte mit einfachen Handwerkzeugen erreicht werden.Die Konushülse ist in axialer Richtung durchgehend geschlitzt. Dadurch kann sie sich stärker aufweiten als eine ungeschlitzte Hülse. Zudem können so auch gröbere Fertigungstoleranzen der Bohrung zugelassen werden, was wiederum die Fertigungskosten senkt.Für den Anwender der neuen Generation von Spreizbolzen ist es jedoch entscheidend, dass mit der geschlitzten Konushülse wesentlich höhere Radialkräfte erzeugt werden können. Die neue Konstruktion kann nicht nur das radiale Spiel in der Bohrung völlig eliminieren, sondern eine echte radiale Vorspannung bewirken. Dadurch wird in Umfangsrichtung ein ähnliches Tragverhalten erreicht, wie es bisher nur axial möglich war. Im Betrieb tritt somit kein einseitiges Abheben der Konushülse von der Bohrung auf wie es bei den konventionellen Spreizbolzen der Fall ist. Vielmehr bleibt die geschlitzte Konushülse entlang des gesamten Umfangs stets in flächigem Kontakt zur Bohrung. Damit liegen auch die Pressungen immer im elastischen Bereich.Montage und Demontage sind ebenfalls recht einfach gestaltet. So wird eine geschlitzte Konushülse einfach auf den Konusbolzen geschoben und anschließend gemeinsam in der Bohrung platziert. Eine Distanzhülse positioniert die Konushülse mittig zur Teilfuge. Anstelle der tordierend angezogenen oder gereckten Muttern verfügt die neue Konstruktion über mechanische Spannelemente mit Vielfachschrauben.Die Spannelemente sind folgendermaßen aufgebaut: Um einen Mutternkörper herum sind eine Vielzahl von kleinen Druckschrauben konzentrisch angeordnet. Die Druckschrauben stützen sich auf einer vergüteten Druckscheibe ab.Zum Montieren wird die Druckscheibe über den Schraubenbolzen gesteckt und der Mutternkörper aufgeschraubt. Das eigentliche Spannen der Verschraubung erfolgt durch Anziehen der kleinen Druckschrauben. Dabei erzeugt jede Druckschraube eine hohe Druckkraft auf die Teilfuge, die sich zur gewünschten Vorspannkraft summiert. Die Druckscheibe schützt die Auflageflächen vor den hohen Flächenpressungen unter den Druckschrauben. Mit dem Spannelement wird der Konusbolzen in die Konushülse gezogen. Diese weitet sich auf, bis sie die Bohrung vollständig ausfüllt und radial verspannt. Mit dem zweiten Spannelement auf der gegenüberliegenden Seite wird die Teilfuge zusätzlich axial verspannt.Weil der neue Spreizbolzen im Betrieb nur elastische Verformungen erfährt und stets in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann, ergibt sich die Möglichkeit zur problemlosen Demontage. Am Spannelement wird jede Druckschraube im Kreis nacheinander mit etwa einer Viertel-Umdrehung gelöst. Nach dem ersten Umgang wird die erste Druckschraube wieder festsitzen, allerdings auf niedrigerem Belastungsniveau.Die Demontageschritte werden so lange wiederholt, bis sich die Druckschrauben ohne besonderen Kraftaufwand drehen lassen. Üblicherweise genügen dafür drei Umgänge. Sind die Druckschrauben ganz entspannt, lässt sich das Spannelement von Hand lösen. Weil die Kegel von Konusbolzen und Konushülse selbsthemmend sind, lassen sie sich noch nicht aus der Bohrung ziehen. So muss zum Lösen das andere Spannelement weiter gespannt werden, um den Konusbolzen aus der Konushülse zu ziehen. Jede Druckschraube wird rundum mit 100% des vorgeschriebenen Spannmoments angezogen. Dieser Demontageschritt wird so lange wiederholt, bis der Konusbolzen lose ist.