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Hallo zusammen!

Ich entwickle eine Armatur zur Förderung von tiefkaltem, verflüssigem Erdgas (LNG, -163°C). Zur Prüfung der Armatur wird flüssiger Stickstoff (-196°C)eingesetzt.
Es ist nun das Problem aufgetreten, dass zahlreiche Verschraubungen im tiefkalten Zustand locker werden. Die Schrauben sind in A4-70 ausgeführt, die Armaturenteile aus 1.4404. Da die beiden Werkstoffe praktisch gleich sind, kann ich dieses Lösungsverhalten nicht ganz nachvollziehen.

Momentan werden die Schrauben im tiefkalten Zustand nachgezogen. Ich möchte aber nicht wissen, welche Spannungen bei Erwärmung auf Umgebungstemperatur auftreten.

Hat hier jemand schon ähnliche Probleme gehabt? Gibt es eine Schraubensicherung, die hier geeignet erscheint (z. B. Nord-Lock)?

Ich bin gespannt auf Eure Hinweise.

Gruß
Torsten

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Hallo Torsten,

Wenn die Schraubenverbindung infolge Abkühlung und somit unterschiedlicher
Längenausdehnung locker wird, bringt eine Nord-Lock Sicherung genau gar nichts.

Die Angaben für die Längenausdehnungen von 1.4401 (A4) und 1.4404
finde ich nur im Bereich zwischen 100 und 500°C, da sind sie gleich.
-196°C ist doch schon sehr kalt, und ich hab keine Ahnung, ob eines der beiden
Materialien auf dem Weg zu einer so tiefen Temperatur etwas spezielles durchmacht.
Ev. mal einen Hersteller von Gasverflüssigungsanlagen kontaktieren, das Know How
sollte bei denen vorhanden sein.

Da ihr zwei Rostfreie Materialien verschraubt, gehe ich mal davon aus, dass ihr
Gewindefett verwendet, damit die Schrauben nicht anfressen (Kaltverschweissung).

Wie ist der Zustand vom Gewindefett nach dem Abkühlen auf -196°C ?

Hast du schon mal mit dem Schraubenlieferanten geredet?

Gruss
Mike

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The Power Of Dreams

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Hallo Torsten,
schau Dir mal das AD Merkblatt W10 an, demzufolge sollten Schrauben mit Kopf (denke das trifft auf deine Schrauben zu) aus dem Material A4 nur bis zu einer Temperatur von -60° Celsius verwendet werden eventuell kannst Du das Problem schon lösen wenn Du auf A2 Material umschwenkst. Ich will mal in meiner Bücherei kramen, ich bin der Meinung das ich ein Buch habe in dem die empfohlene Ausführung von Schraubverbindungen bei Tieftemperaturen beschrieben ist.

CU

Matthias

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Nihil Ex Nihilo

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Zitat:

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Original erstellt von Oberli Mike:
Da ihr zwei Rostfreie Materialien verschraubt, gehe ich mal davon aus, dass ihr
Gewindefett verwendet, damit die Schrauben nicht anfressen (Kaltverschweissung).

Wie ist der Zustand vom Gewindefett nach dem Abkühlen auf -196°C ?

Hast du schon mal mit dem Schraubenlieferanten geredet?

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Hallo Mike!
Es wird eine keramische Paste verwendet. Diese ist im tiefkalten Zustand recht hart, aber das vom Kunden einzig zugelassene Schmiermittel im LNG-Bereich.

Mit dem Schraubenlieferanten habe ich noch keinen Kontakt. Das werde ich nächste Woche in Angriff nehmen.

Gruß
Torsten

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Zitat:

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Original erstellt von pepper4two:
AD Merkblatt W10 an, demzufolge sollten Schrauben mit Kopf (denke das trifft auf deine Schrauben zu) aus dem Material A4 nur bis zu einer Temperatur von -60° Celsius verwendet werden eventuell kannst Du das Problem schon lösen wenn Du auf A2 Material umschwenkst. Ich will mal in meiner Bücherei kramen, ich bin der Meinung das ich ein Buch habe in dem die empfohlene Ausführung von Schraubverbindungen bei Tieftemperaturen beschrieben ist.

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Hallo Matthias!
Danke für den Tipp mit dem Merkblatt W10.
Für A4 Bolzen mit Mutter habe ich nicht überall den nötigen Bauraum, aber ein Versuch mit A2 sollte gehen. Es ist zwar Salzwasserumgebung, aber das müsste von der Korrosionsbeständigkeit her machbar sein.
Interessant ist, wenn der Werkstoff nach DIN 17440 ist, geht auch 1.4404 bis -200°C (soll ja auch als A4 angeboten werden.)
Wenn Du was in Deinen Büchern finden würdest wäre ich Dir über eine Nachricht sehr dankbar.
Leider ist die Werkstoffauswahl bei Muttern und Schrauben durch die EN 1160 sehr eingeschränkt (1.4301, 1.4303, 1.4401, 1.4436).

Gruß
Torsten

Gruß
Torsten

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Zitat:

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Original erstellt von TStein:
...Schraubensicherung ...

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Die allerbeste Schraubensicherung überhaupt ist der Vorspannungserhalt. D.h.:
- (Effektivwert der) Steifigkeit der Zwischenlage erhöhen*,
- Schrauben elastischer (und eventuell auch stärker) machen und
- ggf. Dehnhülsen einfügen.

Hast Du Platz bzw. Designfreiheit dafür?

Das mag weit aufwändiger erscheinen als all die Wundermittelchen, die zur Schraubensicherung angeboten werden, aber es ist wohl das Beste, nicht die Symptome, sondern die Ursachen zu bekämpfen.

Zuvörderst natürlich die Werkstofffragen klären, wie schon oben von den Kollegen angesprochen.

(*und nicht, dass da noch was anderes in der Zwischenlage ist als Stahl?  )

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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Bleibt nur noch die Frage warum sich die Schrauben lockern.
Einzige Möglichkeit wäre, daß sie außen liegen und sich weniger abkühlen.

Dann könnte man die Schrauben besser einpacken, daß sie die gleiche Temperatur erreichen wie die restliche Anlage.

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Klaus           Solid Edge V 20 SP15

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TT-Flansch.PNG

Hallo Torsten,
ich habe mal in einigen Büchern nachgesehen, leider sind alle im Bezug auf den Einsatz von Schrauben im Tieftemperaturbereich ziemlich kurz gehalten.

Zusammenfassend kann man Folgendes sagen:

Marcel Dekker - Cryonic Engineering - weist darauf hin das bei den genannten Temperaturen geschraubte Verbindungen an Flanschen generell nach dem Füllen der Anlagenteile geprüft und nachgezogen werden müssen.

Springer Verlag - Schraubenverbindungen - empfiehlt für die von Dir genannten Temperaturbereiche (bis -200° Celsius) Schrauben aus den Werkstoffen 1.4301; 1.4303; 1.4541 und, sofern es sich um Schrauben ohne Kopf handelt, die Werkstoffe 1.4401; 1.4571

Bauer Schaurte - Schrauben Vademecum - empfiehlt des Weiteren Schrauben und Muttern aus Kupferlegierungen mit 95-98% Cu, 1 bis 4% Ni und 0,5 bis 1% Si

Generell scheint die beste, wenn auch teuerste, Lösung die Verwendung von Schrauben aus Invar zu sein.

Dessen ungeachtet fahren die Spezialisten offensichtlich bei der Verwendung von Flansch und Schraubverbindungen mit Dichtfunktion zweigleisig. Sie dichten den Flansch mit einer Schweißnaht ab und überlassen den Schrauben die Aufnahme der Kräfte auf diesem Weg bleibt offensichtlich (bis zu einem gewissen Grad) die Dichtfunktion der Verbindung auch dann erhalten wenn die Schraube sich mal lockern sollte (Siehe nachfolgendes Bild).

   

(Bildauschnitt aus "Introduction to cryonic engineering" des Cern)

Ich hoffe das Dir diese Informationen ein wenig weiter helfen.

Beste Grüße

Matthias

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Nihil Ex Nihilo

[Diese Nachricht wurde von pepper4two am 15. Mai. 2010 editiert.]

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Ein ähnliches Problem hatten wir schon hier:
http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum201/HTML/000170.shtml

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Klaus           Solid Edge V 20 SP15

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Hallo!

Ein herzliches Dankeschön für Eure Beiträge! 
Vom Bauraum bin ich zumindest bei dieser Armatur sehr eingeschränkt und die Werkstoffe sind lt. EN 1160 festgelegt.
Ich werde mal den Weg einschlagen, mit Teilen aus der DIN 2510 oder Spannscheiben zu experimentieren.

Viele Grüße
Torsten 

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Wenn ich deine Beschreibung richtig verstanden habe, wird deine Armatur nicht gleichmäßig abgekühlt, sondern durch das Durchleiten des flüssigen Stickstoffs. Ich könnte mir vorstellen, dass das zu Relativbewegungen in den Reibflächen des Gewindes und zwischen Kopfauflage und Armatur führt. Die Schraube würde sich dann ganz einfach losdrehen.
Dafür spricht, dass sich laut deiner Beschreibung nicht alle, sondern nur "zahlreiche" Verschraubungen lösen. Bewerte am besten mal die Unterschiede zwischen den Stellen, die sich lösen und denen, die es nicht tun. Wenn meine Theorie stimmt, wären Passhülsen um die Schrauben herum eine sinnvolle Maßnahme.
Schau dir außerdem mal die Länge der Schrauben an: frei Länge = 10xd sollten schon drin sein, um die Vorspannung zu erhalten.

Spannscheiben sind normalerweise keine gute Idee - durch die Erhöhung der Anzahl der Zwischenflächen wird eine Schraubverbindung eher schlechter als besser.

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Perfection is our goal. Excellence will be tolerated.
Thank you for your understanding.

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Hallo Megaron!

Die Armatur hat ca. 200 Schrauben. Mit "zahlreiche Verschraubungen lösen sich" meine ich, dass sich eine bestimmte Gruppe von Verschraubungen löst. Nicht z. B. von den 24 Schrauben im Flansch 13 oder so. Fakt ist, dass auf jeden Fall die dabei sind, welche Kontakt zur Umgebungsluft haben und hier offensichtlich das Temperaturgefälle am höchsten ist.
Schraubenlänge x10, das kann ich mir abschminken. Den Platz habe ich auf gar keinen Fall.

Gruß
Torsten

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