Schraubenverbindungen in Windenergieanlagen lassen sich prozesssicher dokumentieren Minimierter Wartungsaufwand - Quality Engineering

Schraubenverbindungen in Windenergieanlagen lassen sich prozesssicher dokumentieren

Minimierter Wartungsaufwand

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Insbesondere bei Offshore-Windenergieanlagen sind regelmäßige Kontrolle oder das Nachspannen von Schraubverbindungen sehr aufwändig. Es gilt daher, mittels baustellentauglicher Montageverfahren möglichst wartungsfreie Schraubverbindungen zu schaffen – und diese auch prozesssicher zu dokumentieren.
Schraubenverbindungen in Windenergieanlagen werden vorwiegend zum Verbinden von Turmsegmenten der Turmkonstruktion sowie die Befestigung der Rotorblätter an der Nabe verwendet. Es kommen dabei hochfeste Schraubverbindungen der Festigkeitsklasse 10.9 mit einem Schraubendurchmesser bis 64 mm zum Einsatz. Axial beanspruchte Schraubenverbindungen kommen typischerweise bei den Ringflanschverbindungen der stählernen Rohrtürme sowie bei Rotorblättern und im Maschinenhaus zum Einsatz.
Wegen der hohen dynamischen Beanspruchung kommt der Vorspannkraft für die Ermüdungsfestigkeit der Schrauben eine besondere Bedeutung zu. Zwingend erforderlich ist dabei eine von Schraube zu Schraube gleiche (wiederholgenaue) Vorspannkraft, die jedoch aufgrund verschiedener Faktoren entweder streuen kann oder gar nicht erst erreicht wird. Die Folge sind in diesem Fall regelmäßige und sehr aufwändige Kontrollen.
Der Branche stehen jedoch mehrere Varianten zur Verfügung, um mit Hilfe von handelsüblichen hydraulischen oder pneumatischen Drehmomentschraubern möglichst wartungsfreie Schraubverbindungen prozesssicher zu erzeugen. Diese Montageverfahren sind natürlich baustellentauglich: Zum einen bietet sich der Einsatz einer Sechskant-Unterlegscheibe wie Hytorcs Disc an. Die vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) freigegebene Reaktionsscheibe reduziert die Streuung der erreichten Vorspannkräfte in Schraubenverbindungen und schafft so höhere Nennvorspannkräfte der hochfesten Schrauben.
Die Disc ersetzt die konventionelle runde Unterlegscheibe und lässt sich mit Werkzeugen für standardisierte Sechskant-Muttern anziehen und lösen. Beim Anziehen wird der Bolzen mit Hilfe des Drehmomentschraubers und der Disc bis zum gewünschten End-Drehmoment vorgespannt. Das eingepresste Gewindesegment der Reaktionsscheibe bewegt sich mit der Schraubendehnung rein axial in einen dafür vorgesehenen Freiraum. Das Ergebnis ist ein wiederholgenaues, seitenlastfreies und vor allem schnelles Verspannen auf exakte Vorspannkraft für Schraubverbindungen ab M16 bis M190.
Zum anderen lassen sich die Nennvorspannkräfte erhöhen, indem das in der VDI-2230 beschriebene Streckgrenzen gesteuerte Anzugsverfahren angewandt wird. Bei diesem Verfahren dient der Fließbeginn der Schraube als Steuergröße für die Montagevorspannkraft. Unabhängig von der Auflagen-(Kopf)Reibung wird so lange kontrolliert angezogen, bis die Dehn-/Streckgrenze der Schraube erreicht ist. Ein Überdimensionieren der Schraubverbindung ist nicht erforderlich, da die Schraubverbindungen bis zur Streckgrenze kontrolliert belastet werden.
Besonders Augenmerk sollte auch auf der prozesssicheren Dokumentation der Schraubverbindungen liegen. Hierzu bietet sich das Anziehen nach Drehmoment-Drehwinkel mit Hilfe einer prozesssicheren Hydraulikpumpe an, die handelsübliche hydraulische Drehmomentschrauber antreibt. Die Kombination ist mobil und somit baustellentauglich.
Beispielhaft für eine solche Hydraulikpumpe ist Smartpump von Hytorc. Sie bringt auch Analysefunktionen mit, die unter anderem Rückschlüsse auf die Schraubenqualität erlauben. Dies ist wichtig, wenn Schraubverbindungen abreißen, wie es bereits bei Turm- oder Gondelverschraubungen gesichtet wurde. Die ausführliche Protokollierung mit sämtlichen Prozessparametern – Drehmoment, Drehwinkel, Momentgrenzen, Winkelgrenzen, Doppelverschraubung, Zeitstempel – erlaubt eine spätere Analyse der Qualität der Schraubverbindung und gibt Hinweise, warum Schraubverbindungen abrissen.
Hytorc, Krailling www.hytorc.de
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