Schraubverbindungen sind überall in mechanischen Anlagen zu finden und gehören somit zu den meistverbreiteten Methoden zur Verbindung von zwei oder mehreren Teilen. In vielen Anwendungen sind das gleichmäßige Vorspannen und die Genauigkeit des Vor­-spannwertes extrem wichtig und erfordern entsprechende Ausrüstung und Werkzeuge

SKF EngineeringProducts Hydrocam ist eine kostengüns­tige Baureihe hydraulischer Vor­spann­werkzeuge für zuver­-ässige, präzise und sichere Schraub­verbin­dungen. Diese Baureihe ist das Ergebnis der Entwicklungen der Division Industrial Tightening Engineering von SKF Equipe­ments, einem Bereich der SKF Linear Motion and Precision Technologies im französischen Montigny le Bretonneux bei Paris.

Hydraulische Bolzenvorspan­n­ung bedeutet im Wesentlichen, dass eine bestimmte Axialkraft in den Bolzen bzw. Schrauben er­zeugt wird. Diese Kraft wird gemein­hin die Vorspannung genannt und so berechnet, dass im Bolzen bzw. in der Schraube die gewün­schte Vorspannkraft verbleibt.

Da Schraubverbindungen im Grunde einfache, unkomplizierte Verbindungen sind, werden sie häuerschwerten Bedingungen ausgesetzt.

Bei herkömmlichen Anzugs­verfahren mit Schraubenschlüs­seln oder Drehmomentwerkzeu­gen ist es nicht möglich, eine genaue Vorspannung zu erreichen. Grund dafür ist die Reibung im Gewinde und zwischen Mutter und Auflagefläche. Des­halb ist es bei keiner dieser Methoden mög­lich, alle Muttern gleichmäßig anzuziehen. Ferner kommt es bei den Drehmomentverfahren zu hohen Vorspannungs­schwan­kungen und zu Biegemo­ment- und Torsionsbelastungen der Schraube oder des Bolzens.

Das Versagen einer Schraub­ver­bindung kann besonders ernst­hafte und sehr teure Folge­schä­den verursachen. Dies ist häuauf schlechtes oder falsches Anziehen zurückzuführen.

Oft werden im Entwurfs­stadium nur überschlägige Berechnungen durchgeführt. Dadurch kann es zu erheblicher Überdimensionierung der Schraubverbindung kommen. Dies kann dazu führen, dass Schrauben zu gering vorgespannt werden, was die Kon­struktion unsicher macht.

Viele Untersuchungen haben gezeigt, dass Ausfälle von Schraubverbindungen hauptsächlich auf Konstruktions- und Einbaufehler zurückzuführen sind. Dies liegt an den vielen Fehlermöglichkeiten bei den Lastannahmen, den Berech­nungen, den Zusammenbau­zeichnungen und der Auslegung der Anbauteile. Bei der Montage können Fehler gemacht werden bei der Wahl der Vorspann­methode, beim Werkzeug und bei der Überprüfung der Teile.

Mangelhafte Montageist der Hauptgrund für fehlerhafte Verbindungen. Besonders falsches oder ungleichmäßiges Anziehen der Schrauben verursacht 30 Prozent aller Ausfälle bei Verschraubungen. Bei Ermüdungsausfälle sind es sogar 45 Prozent.

Im Gegensatz dazu wurden die Hydrocam Schraubenvor­spannwerkzeuge so konstruiert, dass sie Axialkräfte erzeugen. Dies bedeutet verbesserte Vorspan­nung der Schrauben und da­durch eine geringere Gefahr von Scherbeanspru­ch­ung oder Lösen unter Last. Mit diesen Werkzeugen lassen sich die mechanischen Möglich­keiten der Verbin­dungselemente effizient nutzen, was bei dynamischen Belastun­gen zu einer geringeren Anzahl von Bolzen­brüchen führt. Ein weiterer Vorteil ist die Wieder­hol­barkeit der Vorspannung beim Vor­spannprozess.

Grund für dieseEntwicklung waren die SKF Bestrebungen, die Probleme bei Drehverbindungen in den Griff zu bekommen. Den Technikern war aufgefallen, dass bei ungleichmäßiger Vorspannung der einzelnen Schrauben, die Lebensdauer der Schwenk­lager erheblich verringert wird. Hydrocam Schraubenvorspann­werkzeuge sind extrem einfach in der Handhabung, es wird ein gleichmäßiges Vorspannen erreicht und die bei herkömmlichen Vorspannmethoden wahrscheinliche, ungleichmäßige Vorspannung von Bolzen wird vermieden.

Zuerst wird ein Steckschlüs­seleinsatz über die anzuziehende Mutter gesteckt und ein ringförmiges Zugwerkzeug mit Stützhülse aufgesetzt. Die Spannhülse wird dann auf das überstehende Ende des Bolzens geschraubt. Hydraulischer Druck wird im Zugwerkzeug aufgebaut und dadurch der Bolzen gelängt. Sobald der gewünschte Druck (und damit die gewünschte Zugkraft) erreicht ist, wird die Mutter mit einem Stift von Hand angezogen. Anschließend wird der Öldruck abgelassen und der Kolben in das Zugwerkzeug zurückgedrückt. So wird die Vorspannkraft ohne Reib- oder Drehmomente erzeugt. Das selbe Werkzeug eignet sich auch gut für die einfache Bolzendemontage.

Vorteile derder Verwendung hydraulischer Werkzeuge zur Bolzenvorspannnung sind:

• Präzise Vorspannung mit ge­-nauen Vorspannwerten.
• Vorspannung bis in die Nähe der Streckgrenze.
• Gleichzeitiges Vorspannen mehrerer Bolzen möglich.
• Zugwerkzeuge sind einfacher und sicherer als Drehmomentschlüssel.
• Prozessautomation möglich.
• Bolzen und Muttern unterschiedlichster Werk­stoffe können vorgespannt werden (Stahl, Edelstahl, Titan, Verbund­werkstoffe usw.).
• Schraubverbindung und Umbauteile werden geschont.
• Reduktion und Optimierung des Bolzendurchmessers möglich
• Bessere Ermüdungsverhalten

 SKF hat die Hydrocam Bau­­reihe für eine Vielzahl von Anwen­dungen entwickelt. Es können Bolzen von 5 bis 500 mm Durch­messer vorgespannt werden. Das Zugwerkzeug wird normalerweise mit Öl, kann in besonderen Fällen auch mit Wasser, betrieben werden. Dies ermöglicht hydrau­lische Drücke über 200 MPa (2000 bar), wobei 100 MPa bzw. 150 MPa die Regel sind.

Standard sind Vorspann­werkzeuge für Gewinde von 20 bis 150 mm und Vorspannkräfte bis zu 4.650 kN. SKF konstruiert und fertigt zudem Spezial­-werkzeuge die an die Erforder­nisse des Kunden angepasst sind. Vorspannwerkzeuge sind äußerst vielseitig verwendbar, und es gibt bereits etliche Bereiche in denen Hydrocam Standard- oder Sonderwerk­zeuge erfolgreich angewandt werden, wie etwa im Bauwesen, bei Windkraftanlagen, Diesel­motoren, in der Luftfahrt und in der Kernenergie.

Im Bauwesenerleichtern Vorspannwerkzeuge von SKF die Arbeit, besonders bei schwieriger Zugänglichkeit und harten Arbeitsbedingungen, so z.B. bei den Klemmbolzen für die Tragseile bei Hängebrücken.

Andere Anwendungsfälle sind hochgradig beanspruchte Anlagen wie etwa Windenergie­anlagen, bei denen hohe Vor­spannung und große Betriebs­sicherheit gefordert sind. In Windenergieanlagen mit ihrer großen Zahl an Verschraubun­gen gibt es viele Anwendungs­möglichkeiten für Hydrocam Schraubenvorspannwerkzeuge einschließlich des Schwenk­lagers (Azimutlager). SKF hat Mehrfach-Vorspannwerkzeuge für schnelles und genaues Vorspannen in der Werkstatt, und leichtes, kompaktes Werk­zeug für unkomplizierte Arbei­ten vor Ort entwickelt.

Verscharubungen in Diesel­motoren sind ein weiterer Bereich, in dem Bolzen für hohe mechanische Beanspruchungen befestigt werden. Das liegt daran, dass ein Dieselmotor Luft an­saugt, sie komprimiert und die Temperatur bis zu dem Punkt steigt, an dem der Kraft­stoff beim Einspritzen sofort zündet. Dieser Selbstzündungs­prozess verur­sacht stärkere Erschütterungen – aus dem einfachen Grunde, weil die Luft wesentlich stärker als bei einem Benzinmotor komprimiert wird. Daher muss der Motor steifer und schwerer konstruiert sein.

In der Luftfahrtindustrie wird Hydrocam verwendet, um kleine Bolzen hochgenau vorzuspannen, was die Montage beschleunigt. Mit Hydrocam Schraubenvorspanngeräten können die Festigkeitswerte der Hauptkomponenten in der Luftfahrtindustrie voll ausge­nutzt werden.

In der Kernenergiesind die Mehr­fach-Schraubenvorspann­geräte vollautomatische Vor­richtungen zum Spannen und Lösen der Schrauben des Deckels des Reak­tordruck­behälters. Sie werden vom Leit­stand des Reaktorge­bäu­des aus ferngesteuert, also nicht direkt am Reaktor bedient.

Für die Zugwerkzeuge (oder anderes Hydraulikzubehör), die mit hohem Druck beaufschlagt werden, bietet SKF ein komplettes Sortiment an Pumpen, Schläuchen, Verteilerblocks, alle mit Schnellverschlusskupp­lungen.

Neben den Vorspannwerk­zeugen gehört auch eine Serie von Sensorscheiben (BoltSafe) zum SKF Sortiment. Mit diesen kann man die tatsächliche Schraubenvorspannung periodisch oder kontinuierlich auch im Betrieb überwachen.

Schraubenvorspanngeräte werden meist zum gleichzeitigen Vorspannen von mehreren oder allen Schrauben einer Anwendung eingesetzt und sind in vielerlei Hinsicht ge­nauer als hydraulische Drehmoment­werkzeuge, da es keine Reibungs­einflüsse gibt. Daher eignen sich die Vorspannwerk­zeuge beson­ders auch für Dichtflansche. Wegen ihrer Genauigkeit werden sie auch sehr gerne als Einzel- oder Mehrfach­zug­werkzeuge im allgemeinen Maschinenbau verwendet.