FlanschschraubenUndFlanschmutternsind Schlüsselkomponenten für die Verbindung von Rohrleitungssystemen und Druckbehältern. Ihre strukturellen Merkmale spiegeln sich in der integrierten Flanschfläche am Schraubenkopf oder an der Unterseite der Mutter wider. Dieses integrierte Design vereint die Funktionen herkömmlicher Schrauben und Unterlegscheiben. Der Durchmesser der Flanschfläche beträgt üblicherweise das 2,5- bis 3-fache des Schraubendurchmessers. Beispielsweise liegt der Durchmesser der Flanschfläche einer M20-Schraube meist im Bereich von 50 bis 60 mm, wodurch die Druckspannung der Verbindungsfläche durch Vergrößerung der Kontaktfläche effektiv reduziert wird. Gemäß der Norm ASME B18.2.6 ist die Größe der sechseckigen Gegenseite der Flanschschraube im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben um etwa 15 % vergrößert, um die strukturelle Festigkeit der Flanschfläche zu erreichen.
Bei der Auswahl der technischen Parameter muss die Festigkeitsklasse von Flanschschrauben im Allgemeinen 8,8 oder 10,9 erreichen und die Zugfestigkeit muss mindestens 800 MPa bzw. 1040 MPa betragen. Bei hohen Temperaturen und Drücken werden häufig Schrauben aus legiertem Stahl nach ASTM A193 Gr.B7 verwendet, die auch bei Temperaturen von 450 °C eine stabile Leistung gewährleisten. Die passenden Flanschmuttern müssen dem Prinzip der gleichen Festigkeit entsprechen. Typische Spezifikationen umfassen ASTM A194 Gr.2H und die Härte liegt zwischen HRC22 und 32. Was die Oberflächenbehandlungstechnologie betrifft, bietet eine Dacromet-Beschichtung mehr als 1000 Stunden Schutz vor Salzsprühnebel, während die Dicke der feuerverzinkten Schicht üblicherweise auf 50–80 μm begrenzt ist und so mehr als 10 Jahre Korrosionsbeständigkeit im Außenbereich gewährleistet.
Typische Anwendungsgebiete für diese Verbindungselemente liegen in Verbindungsteilen, die eine hohe Dichtheit und Vibrationsfestigkeit erfordern. Flanschschraubensätze werden häufig für Rohrleitungsflanschverbindungen in der petrochemischen Industrie verwendet. Bei Rohrleitungen über DN300 muss jede Flanschplatte mit 16–24 Schraubensätzen ausgestattet sein, wobei die Vorspannkraft innerhalb von 30–70 % der Streckgrenze des Schraubenmaterials liegen muss. Bei Flanschverbindungen rotierender Maschinen wie Turbinen und Kompressoren ist eine sichere Losdrehsicherung unerlässlich. In Kombination mit Spirax-Losdrehsicherungsmuttern kann der Verlust der Vorspannkraft unter Vibrationsbedingungen auf 5 % begrenzt werden. Bei Wärmetauscherflanschen mit Wärmeausdehnung muss die thermische Spannung bei Betriebstemperatur berechnet und Schraubenmaterialien mit passendem Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgewählt werden. Beispielsweise beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient von Schrauben aus Edelstahl 304 17,3 × 10^-6/°C. Bei Abweichungen zu Flanschen aus Kohlenstoffstahl sind Ausgleichsberechnungen erforderlich.
Aus Sicht der Nutzungs-Nutzen-Analyse liegt der Hauptvorteil von Flanschschrauben in der gleichmäßigen Kontaktdruckverteilung. Die Flanschoberfläche reduziert den Spannungskonzentrationsfaktor um ca. 40 %, was sich besonders für die Verbindung von Werkstoffen mit geringer Festigkeit wie Gusseisen und Kunststoff eignet. Gleichzeitig reduziert die integrierte Konstruktion die Anzahl der Teile und kann die Montagezeit im Vergleich zur herkömmlichen Schrauben-Dichtungs-Kombination in der DN500-Flanschverbindung um 30 % verkürzen. Allerdings gibt es auch Einschränkungen. Die Flanschoberflächenstruktur erhöht das Gewicht eines Einzelteils um 20–25 %, was den Einbau in kompakte Geräte mit begrenztem Platz beeinträchtigen kann. Kostenmäßig sind Flanschschrauben gleicher Spezifikation 15–30 % teurer als herkömmliche Schrauben. Bei Inspektionsöffnungen, wo häufige Demontage erforderlich ist, kann die Fressfestigkeit jedoch die Wartungskosten senken. In der Praxis ist zu beachten, dass der Parallelitätsfehler zwischen Flanschfläche und Anschlussfläche kleiner als 0,05mm sein sollte, da es sonst zu einseitiger Überlastung und damit zu einem frühzeitigen Ausfall kommen kann.
Veröffentlichungszeit: 25. März 2025