Während der Auswahl des richtigen Flansches und der richtigen Dichtung große Aufmerksamkeit gewidmet wird, wird die Bedeutung der Auswahl der richtigen Befestigungselemente häufig übersehen.
Um eine leckagefreie Verbindung zu erreichen und aufrechtzuerhalten, müssen alle Elemente einer Flanschbaugruppe kompatibel sein. Schrauben, Bolzen und Muttern – zusammenfassend als Befestigungselemente bezeichnet – sind hierfür unerlässlich. In diesem Abschnitt werden Schrauben, Bolzen, Muttern, Unterlegscheiben, Verschraubungsverfahren und ihre Bedeutung für Flansche erläutert.
Flanschschrauben sind unverzichtbare Komponenten in Industrieanlagen. Sie sorgen für die notwendige Klemmkraft, um Flansche zu sichern und dichte Verbindungen herzustellen. Diese Befestigungselemente spielen eine entscheidende Rolle für die Aufrechterhaltung der Systemintegrität, insbesondere in Umgebungen mit hohem Druck und hohen Temperaturen, wo selbst kleine Ausfälle schwerwiegende Folgen haben können. Flanschschrauben bilden das Rückgrat von Struktur- und Fluidsystemen und gewährleisten den sicheren und effizienten Betrieb von Rohrleitungen, Druckbehältern und anderen wichtigen Geräten.
Was ist eine Flanschschraube?
Eine Flanschschraube ist ein Befestigungselement, das speziell zum Verbinden zweier Flansche verwendet wird. Sie hat einen zylindrischen Körper, der an einem Ende ein Gewinde und am anderen Ende einen Kopf aufweist; der Schaft der Schraube ist gerade. Schrauben werden aus verschiedenen Materialien hergestellt, wobei Stahl im Maschinenbau am häufigsten zum Einsatz kommt. Das Gegenstück zur Schraube ist die Mutter, das Befestigungselement mit Innengewinde. Weitere gängige Befestigungselemente sind Schrauben (Stellschrauben) und Bolzen.
Was ist eine Flanschmutter?
Eine Mutter ist der mit Innengewinde versehene Teil einer Gewindebaugruppe. Eine Sechskantmutter weist ein Innengewinde entlang ihrer Mittelachse auf und hat die Form eines Sechsecks mit einer tragenden und einer nicht tragenden Fläche. Die nicht tragende Fläche weist eine 30-Grad-Fase auf und ist von der Flanschkante abgewandt. Die tragende Fläche ist ungefast und der Flanschkante zugewandt. Sie sollte mit einer Unterlegscheibe vom Flansch isoliert werden. Manche Muttern sind bereits mit Unterlegscheiben ausgestattet, sodass zusätzliche Unterlegscheiben nicht erforderlich sind. Die Werkstoffe der Muttern werden durch geltende Normen, einschließlich ASTM, definiert.
Flanschscheiben
Unterlegscheiben sind scheibenförmige Bauteile mit einem zentralen Loch, die zwischen Befestigungselementen und den zu befestigenden Bauteilen platziert werden. Unterlegscheiben lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen: Unterlegscheiben, Federscheiben und Sicherungsscheiben. Jede Kategorie weist verschiedene Varianten auf, erfüllt aber im Allgemeinen eine oder mehrere der folgenden Funktionen:
Verteilen Sie die Last des Befestigungselements – Verhindert, dass sich die Kanten des Schraubenkopfes in die Oberfläche des zu befestigenden Teils eingraben. Dies ist die häufigste Verwendung von Unterlegscheiben.
Isolieren Sie das Befestigungselement elektrisch vom Bauteil – Verhindert galvanische Korrosion. Unterlegscheiben aus Materialien wie PTFE, Graphit oder Elastomere kann das Ausfallrisiko je nach Anwendungsfall deutlich reduzieren.
Erzeugen Sie eine Restspannung im Befestigungselement – Die Spannung verhindert, dass sich der Verschluss mit der Zeit löst, insbesondere bei Maschinen, die Vibrationen ausgesetzt sind.
Unterlegscheiben können kombiniert verwendet werden, beispielsweise indem eine Unterlegscheibe zwischen eine Federscheibe und das zu befestigende Bauteil gelegt wird. Eine einzelne Unterlegscheibe kann auch mehrere Zwecke erfüllen – beispielsweise kann sie die Last verteilen und gleichzeitig elektrisch isolieren. Unterlegscheiben zur elektrischen Isolierung bestehen aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften häufig aus polymerbasierten Materialien.
Zu den drei Hauptkategorien gehören Flache Unterlegscheiben sind bei weitem der gebräuchlichste Typ.
Schraubenmaterialspezifikationen
ASME B16.5 spezifiziert zugelassene Materialien für Flanschschrauben, um sicherzustellen, dass sie rauen Industrieumgebungen standhalten. Gängige Materialien sind:
Legierter Stahl – Bekannt für hohe Festigkeit und die Fähigkeit, hohem Druck standzuhalten.
Edelstahl – Bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit und ist daher ideal für chemische und maritime Anwendungen.
Hochfeste Legierungen – Materialien wie ASTM A193 Klasse B7 oder A320 Klasse L7 sind für extreme Temperatur- und Druckbedingungen ausgelegt.
Verschraubungsverfahren
Ein Flansch ist ein flaches, scheibenförmiges Bauteil mit gleichmäßig verteilten vorgebohrten Löchern.
Die Anzahl der benötigten Schrauben ist immer ein Vielfaches von 4 – zum Beispiel 4, 8, 12, 16 usw. Mit zunehmender Flanschgröße und Druckklasse erhöhen sich auch Anzahl und Durchmesser der benötigten Schrauben.
Durch das Anziehen von Flanschschrauben entsteht eine Druckkraft, die die Flansche zusammenhält, üblicherweise mit einer Dichtung dazwischen, um eine dichte Abdichtung zu gewährleisten. Diese Konstruktion gewährleistet die sichere Aufnahme von Gasen, Flüssigkeiten oder anderen Substanzen unter unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen.
Das kreuzweise Anziehen der Flanschschrauben gewährleistet eine gleichmäßige Spannungsverteilung auf der Dichtfläche. Ungleichmäßige Belastung der Dichtfläche kann zu einer Fehlausrichtung des Flansches oder einer Dichtungsextrusion führen, was das Risiko eines Dichtungsversagens erhöht.
Größentabelle für Flanschschrauben (ASME B16.5)
ASME B16.5 ist eine weltweit anerkannte Norm, die umfassende Richtlinien für die Konstruktion, Dimensionierung und Druckstufen von Rohrflanschen und Flanschverbindungen bietet. Ein wichtiger Aspekt ist die detaillierte Spezifikation von Schraubengrößen, Materialien und Konfigurationen für verschiedene Flanschstufen.
Durch die Einhaltung der ASME B16.5 können Industrien sichere, kompatible und gut abgedichtete Flanschverbindungen unter Druck gewährleisten. Die Norm beseitigt Unklarheiten und gewährleistet die nahtlose Integration von Komponenten – Flanschen, Schrauben und Unterlegscheiben.
Die Einhaltung von ASME B16.5 ist nicht nur eine technische Anforderung, sondern eine wichtige Sicherheitsmaßnahme. Fehler bei der Schraubenauswahl oder der Flanschkompatibilität können zu schwerwiegenden Ausfällen, Leckagen oder sogar Umweltgefahren führen, insbesondere in Hochrisikobranchen wie der Öl- und Gasindustrie, der chemischen Verarbeitung und der Energieerzeugung.
Wichtige Parameter in der Schraubengrößentabelle
Die Größentabelle für Flanschschrauben liefert wichtige Informationen für Ingenieure und Techniker, die die richtige Schraube für eine bestimmte Anwendung auswählen. Wichtige Parameter sind:
- Nennweite des Rohrs (NPS) – Standardmaß zur Angabe des Rohrdurchmessers.
- Flanschbewertung – Druckbewertung (z. B. Klasse 150, 300, 600), die die Flanschstärke bestimmt.
- Bolzendurchmesser – Durchmesser der Bolzen, die zur Befestigung des Flansches erforderlich sind.
- Anzahl der Schrauben – Gesamtzahl der Schrauben, die zum Herstellen der Verbindung erforderlich sind.
- Lochkreisdurchmesser (BCD) – Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Schraubenlöcher am Flansch.
- Schraubenlänge – Bei Stehbolzen umfasst dies die Gewindelänge und den ggf. erforderlichen Überstand für die Mutter.
Das Verständnis dieser Parameter gewährleistet eine genaue Schraubenauswahl und Kompatibilität mit Flanschen, Dichtungen und Muttern.
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