wohl eine der anspruchsvollsten aller verschraubungen - Nord-Lock

EIN MAGAZIN ZUM THEMA VERSCHRAUBUNGSTECHNIK
W W W.BOLTED.COM # 2 2016
KUPPLUNGEN
WOHL EINE DER ANSPRUCHSVOLLSTEN
ALLER VERSCHRAUBUNGEN
ZEITREISE
WIND
FÜR DIE
ZUKUNFT
HOCHGESCHWINDIG­­
KEITSSTUDIUM
DIE UNIVERSITÄT
ALS RENNSTRECKE
CALIFORNIA DREAMING
ZEHN SPUREN
INGENIEURSKUNST
AUF DER RICHTIGEN SPUR
NEUE WERK­
STOFFE NEHMEN
FAHRT AUF
Führende Technologie
wird Teil der Nord-Lock Gruppe
Expander System
der Weltmarktführer auf dem Gebiet spreizbarer
Gelenkbolzen für Erstausrüster (OEM) und den
Sekundärmarkt
Dauerlösung gegen Gelenkbolzen-Verschleiß
Im Praxistest mehr als 50.000 Stunden ohne Ausfall
10 Jahre oder 10.000 Stunden Funktionsgarantie
Einfache Montage und Demontage
Doppelseitige Verriegelung für höhere Stabilität
und Sicherheit
Schnelle individuelle Planung und Lieferung
Die Nord-Lock Gruppe ist der Weltmarktführer auf
dem Gebiet der sicheren Verschraubungslösungen.
Dazu gehören die Nord-Lock Keilsicherungstechnologie,
Superbolt Spannelemente und hydraulische Vorspannwerkzeuge von Boltight. Wir freuen uns, nun auch
Expander System zu unserem innovativen Produktportfolio zählen zu dürfen.
Für weitere Informationen:
www.nord-lock.de • www.expandersystem.com
bolted # 2 2016
Neues zum Thema Verschraubungstechnik – ein Kundenmagazin der Nord-Lock Gruppe
EIN MAGAZIN ZUM THEMA VERSCHRAUBUNGSTECHNIK
W W W.BOLTED.COM # 2 2016
KUPPLUNGEN
WOHL EINE DER ANSPRUCHSVOLLSTEN
ALLER VERSCHRAUBUNGEN
ZEITREISE
WIND
FÜR DIE
ZUKUNFT
HOCHGESCHWINDIG ­
KEITSSTUDIUM
DIE UNIVERSITÄT
ALS RENNSTRECKE
CALIFORNIA DREAMING
ZEHN SPUREN
INGENIEURSKUNST
AUF DER RICHTIGEN SPUR
NEUE WERKSTOFFE NEHMEN
FAHRT AUF
Das Magazin Bolted wird von der Nord-Lock Gruppe
herausgegeben und soll dazu beitragen, das Wissen über Schraubenverbindungen zu erweitern. Die
Nord-Lock Gruppe ist ein Weltmarktführer auf dem
Gebiet der Verschraubungstechnik mit einem breiten
Produktangebot, zu dem unter anderem Nord-Lock
Keilsicherungslösungen, Superbolt-Spannelemente,
hydraulische Vorspannwerkzeuge von Boltight und
Expander®System gehören. Diese einzigartigen Lösungen halten Vibrationen und dynamischen Lasten
stand. Weitere Informationen entnehmen Sie www.
nord-lock.com
Bolted erscheint zweimal jährlich in englischer, deutscher, japanischer, französischer, chinesischer, schwedischer und finnischer Sprache. Das Magazin ist für
Nord-Lock Kunden weltweit kostenlos erhältlich.
CHEFREDAKTEURIN:
Carin Esberg Lagerstedt
[email protected]
MITHERAUSGEBER:
Ewa Sewerynek
[email protected]
PRODUKTION:
Spoon, Malmö
www.spoonagency.com
REDAKTIONSMANAGER:
Ulf Wiman
[email protected]
SPRACHKOORDINATION:
Kristin Ludvigsson
[email protected]
PREPRESS:
Spoon
TITELBLATT:
Illustrationen: Justus Hultgren, Dan Hambe.
Unverlangt eingesandte Manuskripte werden nicht
akzeptiert. Reproduktion des in dieser Publikation enthaltenen Materials nur nach vorheriger Genehmigung.
Anfragen werden an den Redaktionsmanager gestellt.
In Bolted veröffentlichte Artikel sowie geäußerte Meinungen und Ansichten müssen nicht notwendigerweise die Meinung und Ansichten von Nord-Lock oder der
Redaktion wiedergeben.
Profitieren Sie von unseren Schulungen
über Schraubenverbindungen
V
or kurzem hatte ich die Gelegenheit, an einer
Nord-Lock Schulung über Schraubenverbindungen am Produktionsstandort eines Kunden teilzunehmen. Ich bin immer wieder begeistert, welches Interesse diese Seminare wecken,
ganz zu schweigen von den Lerneffekten und tollen Gesprächen, die dabei entstehen. Und stets
findet dort auch ein wertvoller Wissens­transfer
in Bezug auf spezifische Anwendungen und deren Anforderungen statt. Obwohl unsere Produkte und Technologien dort im Mittelpunkt stehen,
wird auch auf allgemeinere Fragen eingegangen:
Warum lösen sich Schraubenverbindungen? Welche Möglichkeiten gibt es, um Schraubenverbindungen zu sichern, usw.
Wenn Sie sich für unsere Schulungen interessieren, mit einer speziellen Herausforderung
konfrontiert sind, oder umfassendere Informationen zu einem Thema im Zusammenhang mit
Schraubenverbindungen benötigen, lassen Sie es
uns wissen.
In dieser Ausgabe von Bolted beschäftigen wir
uns weiter mit der Technologie von Boltight. Alle
Boltight-Produkte wurden von Grund auf neu
entwickelt, wodurch Konstruktion und Fertigung
auf dem Gebiet der hydraulischen Vorspanntechnik konkurrenzlos sind. Wussten Sie, dass Unternehmensgründer Fred Heaton und sein Team
ihre Dichtungen so haltbar und gleichzeitig auch
so reibungsarm wie möglich konstruiert haben?
Oder dass das Gewicht minimiert wurde und die
08
Benutzung aller Teile aufgrund ihrer Konstruktion sehr einfach ist? Genau diese Kombination aus
Vorteilen bietet einen überragenden Mehrwert
und macht Boltight zur besten Wahl auf diesem
Gebiet. Mehr über Boltight und hydraulische Vorspannwerkzeuge erfahren Sie im Experten-Abschnitt auf Seite 7, und in dem Artikel auf Seite 4
sehen Sie, wie Boltight-Werkzeuge für den neuen
östlichen Brückenzug der San Francisco-Oakland
Bay Bridge eingesetzt werden.
Im Leitartikel dieser Ausgabe erfahren Sie Interessantes und Nützliches über die Verschraubung von Kupplungen, ein Anwendungsbereich,
der mit einer Vielzahl von Herausforderungen verbunden ist (Seite 8). Und verpassen Sie
auf keinen Fall die Geschichte,
wie sich 20 Jahre Verschleiß
an Windkraftanlagen in nur
sechs Monaten simulieren lassen (Seite 12).
Viel Spaß mit der aktuellen Ausgabe!
CARIN LAGERSTEDT
MARKETING MANAGER
12
15
Sie können uns jederzeit Ihre Kommentare oder Anregungen zukommen lassen: [email protected]
Gedruckt in Schweden von V-TAB auf UPM Finesse
Gloss 100 g und Maxigloss 200 g.
Bolted wird zu Informationszwecken herausgegeben. Die in dem Magazin enthaltenen Informationen
sind allgemeiner Natur und sind nicht als Ratschläge
oder Entscheidungsgrundlage für einen bestimmten
Verwendungszweck anzusehen. Die Nutzung der gelieferten Informationen erfolgt auf alleiniges Risiko des
Nutzers, und Nord-Lock kann in keinerlei Hinsicht für
Schäden verantwortlich gemacht werden, die direkt,
unbeabsichtigt, als Folge von oder indirekt durch die
Verwendung der in Bolted enthaltenen Informationen
entstehen.
INHALT
08
Kupplungen
Seit Beginn der Industrialisierung und Erfindung der
Dampfturbine zählen verschraubte Kupplungen bis heute zu den anspruchsvollsten Schraubenverbindungen
überhaupt.
12
Mit Wind in die Zukunft
Auf der Suche nach leichten und sicheren Werkstoffen
für die Windkraftanlagen von morgen lässt ein
deutsches Forschungsprojekt die Zeit schneller laufen.
04
07
MIT DER NORD-LOCK GRUPPE GESICHERT
DIE EXPERTEN
15
Ausbilder aus Leidenschaft
Laurence Claus bringt uns auf den neuesten
Stand in der Welt der Verbindungselemente:
Von Schulungen bis zum Einsatz in der Automobilindustrie.
16
Nie wieder außer Form
Durch die Umstellung auf Superbolt-Spannelemente sind lose Schrauben in Formmaschinen
für die Firma Sodick nun Geschichte.
17 AUSBLICK – DIE WELT DER SCHRAUBEN­
VERBINDUNGEN
BOLTED # 2 2016
3
MIT DER NORD-LOCK GRUPPE GESICHERT
TEXT: CHAD HENDERSON PHOTO: GETTY IMAGES
4
BOLTED # 2 2016
SELBSTVERANKERTER HÄNGEBRÜCKENZUG
(SELF-ANCHORED SUSPENSION SPAN – SAS)
Das neue östliche Segment der San Francisco-Oakland Bay Bridge
ist mit 620 Metern der längste selbstverankerte Hängebrückenzug der Welt. Das etwa 1,6 Kilometer lange Hauptkabel beginnt
an einem Ende des Brückenzuges, führt hoch zum Turm und auf
der anderen Seite wieder herunter, wo es sich um das Brückendeck wickelt; dann zurück und erneut hoch zum Turm und anschließend auf der gegenüberliegenden Seite wieder nach unten.
Mit dem Brückendeck ist das Hauptkabel über Abhängeseile
verbunden, die durch Seilklemmen um das Hauptkabel befestigt
sind. Die Schrauben für diese Seilklemmen wurden mit hydraulischen Vorspannwerkzeugen von Boltight angezogen.
FEST ANGEZOGEN
PROJEKT:
ANWENDUNGSBEREICH:
AUFTRAGNEHMER:
SAN FRANCISCO-OAKLAND BAY BRIDGE
NEUBAU DES ÖSTLICHEN BRÜCKENZUGES
AMERICAN BRIDGE/FLUOR
GESAMTPROJEKTKOSTEN:
6,4 MILLIARDEN US-DOLLAR
BOLTIGHT-LÖSUNG:
HYDRAULISCHES VORSPANNEN DER SCHRAUBEN AN DEN SEILKLEMMEN
VIEL GRÖSSER KANN EIN BAUPROJEKT nicht sein. Eine Hängebrücke
mit nur einem Turm, auf nur begrenzt vorhandenem Grundgestein,
mit zehn Fahrspuren – und dieses Bauwerk muss dann auch noch dem
größten Erdbeben standhalten können, das in einem Zeitraum von
1.500 Jahren zu erwarten ist.
2006 wurde ein Jointventure aus den beiden Bauunternehmen American Bridge und Fluor mit dem größten öffentlichen Bauvorhaben in
der kalifornischen Geschichte betraut – nämlich mit dem Bau des neuen
östlichen Brückenzuges der San Francisco-Oakland Bay Bridge.
„Die meisten Hängebrücken haben mehrere Türme“, erklärt Brian
A. Petersen, Vice President – Western Region, American Bridge: „Dieser Brückenzug hat nur einen einzigen Turm und ist im Wesentlichen
an sich selbst verankert. Das Hauptkabel sitzt im Deck, was unter
baustatischen Gesichtspunkten eine extrem komplexe Ingenieursleistung darstellt.“
Insgesamt werden die Abhängeseile von 114 Seilklemmen, die um
das Hauptkabel herum befestigt sind, an Ort und Stelle gehalten, und
diese Klemmen müssen mit der exakt richtigen Vorspannkraft verschraubt werden. Für die hochfesten Gewindestangen zur Sicherung
des Hauptturms, der Auflager und der Schubverzahnung am östlichen
Ende der Brücke war ein hochleistungsfähiges Recksystem erforderlich,
um die hohe Klemmkraft zu erzielen, die die Bolzen erreichen mussten.
Mehr als 2.000 Verbindungselemente wurden mit den hydraulischen
Vorspannwerkzeugen von Boltight angezogen.
„Das Boltight-System dehnt die Stange und zieht die Mutter fest,
aber es dreht niemals die Stange, was ein wichtiges Konstruktionskriterium war“, fährt Petersen fort. „Mithilfe der Boltight-Werkzeuge war
es uns möglich, die hochfesten Gewindestangen und Schrauben unter
sehr beengten Platzverhältnissen korrekt anzuziehen. Die Geräte sind
sehr genau und unsere Arbeiter konnten sie problemlos überall mit hin
nehmen. Kein anderer Hersteller war in der Lage, unsere Anforderungen zu erfüllen.“  
BOLTED # 2 2016
5
secured
MIT
DER NORD-LOCK
by NORD-LOCK
GRUPPE GESICHERT
KEILSICHERUNGSSCHEIBEN GEWÄHRLEISTEN DIE TRANSPORTSICHERHEIT
KUNDE:
ANZAHL DER TANKCONTAINER:
ANZAHL DER TANKAUFLIEGER WELTWEIT:
THE HOYER GROUP
MEHR ALS 30.000 WELTWEIT
MEHR ALS 2.000
VERWENDETES PRODUKT:
ANWENDUNGSBEREICH:
NORD-LOCK EDELSTAHL- UND X-SERIES KEILSICHERUNGSFEDERSCHEIBEN
TANKCONTAINER FÜR DEN TRANSPORT VON FLÜSSIGKEITEN
UM UNFÄLLE ZU VERMEIDEN, die Menschen
sie an den Bodenventilen der Tankcontainer
zu montieren.“
Die Hoyer-Gruppe verwendet sowohl die
standardmäßigen Nord-Lock Keilsicherungsscheiben aus Edelstahl, als auch die X-series-Ausführung. Mittlerweile schreibt eine
Standardrichtlinie vor, dass sie im Rahmen der
Wartung an bestimmten Teilen montiert wer-
den müssen. Laut Bakker sind die Nord-Lock
Keilsicherungsscheiben der Hoyer-Gruppe behilflich, kritische Situationen zu vermeiden. Er
sagt: „Bei Tankcontainern ist es sehr wichtig,
dass keine Undichtigkeiten auftreten. Und genau da haben sich die Keilsicherungsscheiben
als sehr zuverlässig erwiesen.“ 
ALASTAIR MACDUFF
PHOTO: THE HOYER GROUP
und die Umwelt in Gefahr bringen würden, ist
es entscheidend, dass der Transport von Flüssigkeiten sicher und effizient durchgeführt wird.
Die Hoyer-Gruppe wurde vor mehr als 70
Jahren in Hamburg gegründet und besitzt
dementsprechend große Erfahrung in der Beförderung von chemischen Produkten, Lebensmitteln, Gas und Mineralöl. Heute hat dieser
Weltmarktführer für den Transport von Flüssigkeiten im Straßen-, Schienen- und Seeverkehr
mehr als 30.000 Tankcontainer und über 2.000
Tankauflieger weltweit im Einsatz. Auf Empfehlung eines Kunden hat die Hoyer-Gruppe
begonnen, Nord-Lock Keilsicherungsscheiben
aus Edelstahl an ihren Tankcontainern auf dem
europäischen Kontinent zu verwenden.
Frits Bakker arbeitet in der Technischen
Abteilung bei Hoyer Nederland BV in Rotterdam. „Wir hatten ein Problem mit Ventilen
an Gascontainern“, erklärt er. „Ein Kunde riet
uns, es mit den Keilsicherungsscheiben von
Nord-Lock zu versuchen. Diese Scheiben und
ein anderes Dichtungsmaterial konnten das
Problem lösen. Danach haben wir begonnen,
SUPERBOLT-LÖSUNG RETTET DIE LAGE IM OMAN
KUNDE:
ENDKUNDE:
AMPEGON ANTENNA SYSTEMS
BRITISH BROADCASTING CORPORATION (BBC)
SUPERBOLT CY-M36 X 4/W SPANNELEMENTE MIT VIELFACHSCHRAUBEN
ANWENDUNGSBEREICH:
ORT:
GETRIEBE IN EINER DREHBAREN ANTENNE
BBC RADIO-SENDESTATION, A’SEELA, OMAN
NORD-LOCK SUPERBOLT Spannelemente waren
PHOTO: AMPEGON ANTENNA SYSTEMS
6
VERWENDETES PRODUKT:
die Rettung, als ein Sturm die Struktur einer
Sendeantenne in der Wüste im Oman beschädigte. Das deutsche Unternehmen Ampegon
Antenna Systems war in der Lage, den Antrieb
einer drehbaren Antenne zu reparieren, die Eigentum der BBC ist.
Seit mehr als 50 Jahren stellt Ampegon seinen
Kunden Hochleistungs-Rundfunkantennen- und
Mastsysteme zur Verfügung. Die Spezialität des
Unternehmens ist ein drehbares KurzwellenAntennensystem, dessen Stahlkonstruktion ein
Gewicht von 200 Tonnen auf die Waage bringt.
Einer dieser 80 Meter hohen und 80 Meter
breiten Stahlkolosse wurde im Jahr 2000 auf der
BBC-Anlage im Oman installiert. Im Juni 2010
wurde ein Zahnrad in dem Drehgelenk, das die
Drehung eines der oberen Teile der Konstruktion
ermöglicht, von einem Zyklon zerstört.
Die Antenne ist ein wichtiger Bestandteil
der Sendefunktionen der BBC im Oman und
ermöglicht weltweite Radioübertragungen.
BOLTED # 2 2016
Eine schnelle Lösung des Problems wurde
jedoch durch langwierige rechtliche und
finanzielle Diskussionen verzögert. Nachdem
die Reparaturen aber endlich begonnen hatten,
suchte Ampegon nach einer Lösung zum
Vorspannen der Schrauben, über die die Getriebe
mit dem rohrförmigen Mast verbunden sind,
ohne dafür hydraulische Vorspanngeräte ins
Land bringen zu müssen. Ampegon wandte
sich daher an Nord-Lock in der Schweiz, die
Superbolt CY-M36 X 4/W Spannelemente mit
Vielfachschrauben lieferten. Diese wurden dann
im Mai 2015 vor Ort in Ersatzgetriebe eingebaut.
Wie Christopher Fischer, Ampegons
Projektmanager in Oman, zu berichten weiß,
war die BBC mit der Superbolt-Lösung sehr
zufrieden. „Es war kompliziert, die Getriebe
aus dem Stahlturm heraus zu heben und sie
zu ersetzen. Die Superbolt Spannelemente sind
jedoch hochfest, zuverlässig und einfach zu
installieren. Mit den Ergebnissen des Projekts
waren alle zufrieden.“   ALASTAIR MACDUFF
DIE EXPERTEN
JOHN RICHARDSON
DAVID WALKER
FIELD APPLICATIONS
ENGINEER
LEITENDER
PROJEKTINGENIEUR
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Verbindungselemente optimal nutzen
F: Kann ich Schrauben wiederverwenden?
A: Bevor Sie Schrauben wiederverwenden, sollten Sie immer darüber nachdenken, welchen Sicherheitsanforderungen die Konstruktion gerecht
werden muss, und auch wirtschaftliche Faktoren
berücksichtigen. Betreibern einer Anlage fehlen
oft wichtige Informationen, zum Beispiel ob die
zulässige Betriebslast oder -temperatur der fraglichen Baugruppe überschritten wurde. Da Ermüdungsrisse nur schwer festzustellen sind, wird aus
Sicherheits- oder rechtlichen Gründen häufig die
Verwendung eines neuen Bolzens (Schraube, Mutter und Scheibe) empfohlen.
Sie können Schrauben wiederverwenden:
n Wenn der Konstrukteur der Baugruppe eine solche Wiederverwendung ausdrücklich zulässt
n Wenn das Versagen einer Schraubenverbindung
keine Gefahr für die Umgebung darstellt, also etwa
die Gesamtkonstruktion, die Sicherheit des Bedienungspersonals oder anderer Personen nicht gefährdet. Wenn es also keine kritische Baugruppe ist.
n Wenn es sich um eine vorübergehende Lösung
oder eine Notlösung handelt. In diesem Fall sollten aber regelmäßig Kontrollen durchgeführt werden.
Führen Sie vor der Wiederverwendung von
Verbindungselementen mit Gewinde immer erst
eine Sichtprüfung des Schraubenkopfes und/
oder der Mutter durch und achten Sie auf Anzeichen für eine Beschädigung oder Korrosion.
Kontrollieren Sie
Ungeschmiert
Geschmiert
bei beschichteten
Clamp load [kN]
Clamp load [kN]
Verbindungsele50
50
45
45
menten, dass de40
40
ren Beschichtung
35
35
30
30
nicht beschädigt
25
25
20
20
oder abgenutzt ist.
15
15
Stellen Sie sicher,
10
10
5
5
dass keine dauer0
0
0 5 1015202530354045 5055606570
0 5 1015202530354045 5055606570
hafte Verformung
Torque [Nm]
Torque [Nm]
der GewindegänDie Diagramme zeigen die Beziehung zwischen Drehmoment und Klemmkraft bei einer M12 x 1,75 Schraube der
ge vorhanden ist,
Festigkeitsklasse 8.8 und einer Mutter der Klasse 8, die 10 Mal mit 58 Nm festgezogen wurden. Die geschmierte
Installation (rechts) wurde nur vor dem ersten Test geschmiert. Die mittlere Klemmkraft für die ungeschmierte
indem Sie über die
Installation betrug 18,2 kN mit einer Abweichung von +/- 40,3 %. Das Ergebnis für das geschmierte
Verbindungselement weist eine mittlere Klemmkraft von 44,9 kN mit einer Abweichung von +/- 2,5 % auf.
gesamte Eingriffslänge des Gewindes eine neue Mutter auf die Schraube drehen. die Qualität der Oberflächen des lasttragenden
Überprüfen Sie, ob der Schaft des Verbindungs- Bereichs und der Gewindegänge, wenn sie beim
elementes Anzeichen für eine Reduzierung des Lösen mit Druck beaufschlagt werden; dadurch
Durchmessers („Taillierung“) aufweist, was dar- nimmt der Reibungskoeffizient zwischen diesen
auf hindeutet, dass die Dehngrenze des Verbin- Oberflächen zu. Wird das Verbindungselement
dungselementes überschritten wurde.
bei der Wiederverwendung mit dem ursprüngliReinigen Sie die Innen- und Außengewinde chen Drehmomentwert angezogen, führt dies aufund alle Kontaktflächen. Stellen Sie unter Ver- grund des höheren Reibungskoeffizienten dieser
wendung der gleichen oder ähnlicher Anzugsbe- Oberflächen zu einer reduzierten Klemmkraft.
dingungen wie bei der ursprünglichen Installation Bei jeder weiteren Wiederverwendung nimmt
– gleiches Drehmoment, Werkzeug oder Schmier- die Klemmkraft schrittweise weiter ab und bleibt
mittel – sicher, dass die gleiche Klemmkraft er- dann konstant auf einem niedrigen Vorspannwert,
was eine Reihe von Problemen zur Folge haben
zielt wird.
Wenn das Verbindungselement ursprünglich kann, wie z. B. Ermüdung, Vibration oder das LöJR
ungeschmiert montiert wurde, verschlechtert sich sen der Verbindung.
Hydraulische Vorspannwerkzeuge
F: Welche wesentlichen Vorteile bieten hydraulische Vorspannwerkzeuge?
A: Ein hydraulisches Vorspannwerkzeug bietet eine
schnelle, einfache und sichere Methode, um Schrauben
mit großem Durchmesser auf hohe und genaue Vorspannwerte anzuziehen. Es verwendet kein Drehmoment und erfordert kein Drehen der Mutter oder
Schraube mit hohem Kraftaufwand, wie es beispielweise bei Schlagschraubern, Schlagmaulschlüsseln
oder hydraulischen Drehmomentschlüsseln der Fall
ist, bei denen die Reibung überwunden werden muss.
Ein hydraulisches Vorspannwerkzeug ist ein ringförmiges Reckwerkzeug, das über der festzuziehenden Schraube und Mutter installiert wird. Das Reckwerkzeug übt Druck auf die Schraubenverbindung
und Zug auf das Schraubenende aus. Da die von dem
Reckwerkzeug erzeugte Kraft direkt auf das Schraubenende angewendet wird, entsteht in dem Schraubenschaft eine Spannung, die gleich der von dem
Reckwerkzeug erzeugten Last ist. Während der Spannungsbeaufschlagung durch das Reckwerkzeug kann
die Mutter mit Null Drehmoment gedreht werden, bis
sie fest ist. Anschließend wird das Reckwerkzeug entlastet und ein hoher prozentualer Anteil der Last, der
von der Länge und dem Durchmesser der Schraube
abhängig ist, bleibt in dem Schraubenschaft erhalten.
Hydraulisches Vorspannen bietet die folgenden Vorteile:
n Genauigkeit – sehr exakte Einhaltung der Schraubenlasttoleranz, oft 5 % oder besser. Reibungsverluste brauchen nicht berücksichtigt zu werden und es
ist keine Schmierung erforderlich. Einfache Berechnung der Lastübertragung und Vermeidung einer
Überlastung.
n Geschwindigkeit – die Werkzeuge lassen sich erstaunlich schnell installieren und bedienen.
n Gleichzeitiges Anziehen – mehrere Vorspann-
werkzeuge können gleichzeitig hydraulisch betätigt werden.
n Gleichmäßigkeit – das gleichzeitige Vorspannen
mehrerer Schrauben garantiert, dass alle Schrauben
mit der gleichen Kraft beaufschlagt werden.
n Sicherheit – keine Klemmstellen oder Reaktionsprobleme. Die integrierte Sicherheit der Boltight-­
Systeme übertrifft die Industrieanforderungen.
n Vielseitigkeit – mithilfe von Adapter-Kits kann ein
einziges Vorspann-Set oft für eine Vielzahl unterschiedlicher Verschraubungen verwendet werden.
n Kosteneffizienz – durch Kombination der oben
genannten Faktoren bietet das hydraulische Vorspannen dem Kunden einen echten betrieblichen
Nutzen.
DW
BOLTED # 2 2016
7
KUPPLUNGEN
UND IHRE EN T W I CK L UNG
Kupplungen findet man in vielen Anwendungen und sie stellen hinsichtlich
der Sicherung von Schraubenverbindungen eine echte Herausforderung
dar. Und mit ständig zunehmender Größe und Leistung der Maschinen
nehmen auch die Anforderungen an Kupplungen immer weiter zu.
TEXT:
NIC TOWNSEND
8
BOLTED # 2 2016
PHOTO:
NORD-LOCK,GETTY
ILLUSTRATIONEN:
JUSTUS HULTGREN
BOLTED # 2 2016
9
K
upplungen sind so alt wie die Industrialisierung selbst, denn auch bei einfachen Maschinen aus der Anfangszeit,
etwa in Baumwollspinnereien und
Windmühlen, mussten Wellen irgendwie miteinander verbunden werden.
Seit der Erfindung der Dampfturbine im Jahr 1884 sind Wellenkupplungen jedoch
zu einem absolut unverzichtbaren Bestandteil in
der Energieerzeugung und Schifffahrtsindustrie
geworden. Nicht nur Turbinen und Schiffe sind
größer geworden; auch Leistung und Drehmoment, die übertragen werden müssen, sind ständig gestiegen. Dies wiederum hat zu einer erheblichen Erhöhung der Anforderungen an Wellen
und Kupplungen geführt, und bei Schraubenverbindungen auch an die Schrauben selbst.
„In der Energieerzeugung und Schiffsindustrie hat es schon immer Kupplungen gegeben und
sie haben sich eigentlich nicht sonderlich weiterentwickelt“, sagt Martin Walsh, der als Ingenieur
mehr als 30 Jahre Erfahrung mit großen verschraubten Kupplungen gesammelt hat. „Wenn
Sie sich eine Kupplung anschauen, die vor 60 bis
70 Jahren in Gebrauch war, werden Sie sehen,
dass sich an der Konstruktion und dem Konzept
bis heute nicht viel geändert hat. Aber die zugrundeliegende Technik hat sich deutlich weiterentwickelt. Insbesondere in Hinsicht auf die Schrauben
sind Kupplungen viel ausgereifter geworden, was
dazu geführt hat, dass kleinere Kupplungen höhere Drehmomente übertragen können.“
EINE DER WICHTIGSTEN Aufgaben einer verschraub-
ten Kupplung besteht darin, die Wellenausrichtung aufrechtzuerhalten. Bei Schiffen, in denen
sich Wellen in der Regel mit niedriger Drehzahl
drehen, führt jede Fehlausrichtung zu Schwingungen, die wiederum eine unnötige Belastung der
Lager zur Folge haben. In der Stromerzeugung dagegen, wo Drehzahlen bis 3600 U/min nicht ungewöhnlich sind, ist selbst die geringste Vibration
oder ungleichmäßige Belastung nicht akzeptabel,
da sie den Betrieb einer Turbine bei Volllast erheblich beeinträchtigen würde. Aus diesem Grund
werden eine Menge Zeit und Ressourcen in die
„Der Spreizbolzen ist wahrscheinlich der
größte Einzelfortschritt hinsichtlich der
Genauigkeit in den letzten 30 Jahren.“
STEVE BROWN, GLOBAL PRODUCT MANAGER – EXPANSION BOLTS, NORD-LOCK GRUPPE
Optimierung der Wellenausrichtung investiert.
„Sobald die Ausrichtung stimmt, müssen die
Schrauben dafür sorgen, dass sie genauso bleibt
und sich auch während des Betriebs nicht verändert“, führt Walsh weiter aus. „Irgendwann in
der Zukunft werden Sie diese Schrauben ausbauen und die Welle trennen. Und wenn Sie dann
alles wieder zusammenbauen, muss alles wieder
exakt so sein wie vorher, denn Sie haben ja bereits viel Zeit und Arbeit in die richtige Ausrichtung investiert.“
Spreizbolzen nehmen die Funktion eines echten Passbolzens wahr.
VIELE JAHRE LANG wurden meist standardmä-
ßig Durchgangsbolzen als Verschraubungslösung eingesetzt, da sie vergleichsweise billig und
leicht verfügbar sind. Dabei wird einfach ein
Bolzen durch die Bohrung geführt und an beiden Enden mit Muttern festgezogen, um so eine
reibschlüssige Verbindung herzustellen. Aber die
Größe des Drehmoments, das durch Reibung
übertragen werden kann, ist sehr begrenzt und
ein übermäßiges Drehmoment kann zu Schlupf
und Fehlausrichtung führen. Die daraus resul-
tierenden Mikrobewegungen und die ungleichmäßige Belastung können dann zu einer Beschädigung der Bolzen und Bohrungen führen. In
einem solchen Fall muss die Kupplung neu aufgebaut und die Wellenausrichtung wieder hergestellt werden. Theoretisch bieten Passbolzen, die
die Bohrung vollständig ausfüllen, eine größere Drehmomentkapazität, da das Drehmoment
durch direkte Scherung über den gesamten Querschnitt des Bolzens verteilt wird. In der Praxis
ist es aber schwierig, einen echten Passbolzen zu
erzeugen, da sich der Bolzendurchmesser beim
Festziehen verringert. Dadurch entsteht ein Spalt
zwischen dem Bolzen und der Bohrung, was wieder zu den gleichen Problemen mit Schlupf und
Versagen der Schraubenverbindung führt.
Die Notwendigkeit, eine exakte Ausrichtung
der Welle zu erzielen und aufrecht zu erhalten,
auch nach dem Aus- und Wiedereinbau einer
Kupplung, hat dazu geführt, dass immer häufiger Spreizbolzen verwendet werden. Da sich
Spreizbolzen in der Bohrung ausdehnen, können sie die Funktion eines echten Passbolzens
wahrnehmen und eine weitaus gleichmäßigere
Lastverteilung gewährleisten. Verschiebung und
Schlupf werden dadurch beseitigt, so dass die
korrekte Wellenausrichtung automatisch wiederhergestellt werden sollte, wenn die Spreizbolzen wieder eingebaut werden.
„Der Spreizbolzen ist wahrscheinlich der
größte Einzelfortschritt hinsichtlich der Genauigkeit in den letzten 30 Jahren“, sagt Steve
Brown, Global Product Manager – Expansion
Bolts, Nord-Lock. „Er bietet viele Vorteile –
einfache Installation, Passgenauigkeit, leichter
C.A. PARSONS „TURBINIA“
1884 erfand der britische Ingenieur Sir Charles Algernon Parsons
die Dampfturbine.
Sein erstes Modell erzeugte nur 7,5
kW Strom, aber es zeigte enormes Potenzial für die Stromerzeugung und den Antrieb
von Schiffen. 1893 wurde die Parsons Marine Steam Turbine Company gegründet und
begann mit der Entwicklung des Experimentalschiffes „Turbinia“, um die Möglichkeiten
der neuen Technik zu demonstrieren.
Das Schiff war mit drei axial durchströmten Parsons-Turbinen ausgestattet, die je
eine Welle antrieben, auf der drei Schiffsschrauben angeordnet waren. Nach ihrer
Fertigstellung im Jahr 1894 war die Turbinia
10
BOLTED # 2 2016
das schnellste Schiff der Welt und erreichte Geschwindigkeiten von bis zu 34 Knoten
(63 km/h) – die schnellsten Schiffe der Royal
Navy dagegen nur 27 Knoten.
1897 lief Parsons mit seiner Turbinia unangekündigt bei einer Flottenparade anlässlich des Diamantenen Thronjubiläums von
Königin Victoria auf. Vor dem versammelten Hochadel und den Lords der Admiralität
demonstrierte das Schiff eindrucksvoll seine
überlegene Geschwindigkeit und Leistung.
Innerhalb von zwei Jahren wurden Parsons-Turbinen von der Royal Navy eingesetzt
und trieben kurze Zeit später auch transatlantischen Passagierschiffe an.
Sir Charles Algernon Parsons Entwürfe sahen
Das 1894 gebaute Schiff „Turbinia“ war mit drei
axial durchströmten Turbinen ausgestattet und zu
dieser Zeit das schnellste Schiff der Welt.
auch eine schnelle Vergrößerung seiner Dampfturbinen vor, so dass es möglich wurde, billig
und reichlich Strom zu erzeugen. 1899 wurde
die erste Megawatt-Turbine in einem Kraftwerk in Deutschland gebaut und noch zu Parsons Lebzeiten hielt seine Erfindung Einzug in
alle großen Kraftwerke auf der ganzen Welt.
Ausbau, Wiederherstellung der Ausrichtung und
– mit korrekt vorbereiteten Bohrungen – Wiederherstellung der Konzentrizität und Wiederverwendbarkeit.“
EXTREM HOHES DREHMOMENT
KANN ZU RISSEN FÜHREN
EIN WESENTLICHER Faktor, der die Entwicklung
von verschraubten Kupplungen vorangetrieben
hat, war die Evolution auf dem Gebiet der technischen Analyse. „Vor 70, 80 Jahren wurden Kupplungen und Schrauben noch überdimensioniert
und waren damit größer, als sie eigentlich sein
müssten, denn die Ingenieure wollten auf Nummer sicher gehen“, erläutert Walsh. „Diese Situation war in vielen Industriezweigen normal, weil
es noch keine Möglichkeit gab, ausgeklügelte Berechnungen und Simulationen durchzuführen.“
Heute sind viele OEMs in der Lage, die Auswirkungen von Temperatur, unterschiedlichen
Werkstoffen und verschiedenen Betriebsbedingungen anhand von Computermodellen und Simulationen zu untersuchen. Aufgrund der Komplexität rotierender Kupplungen wird immer
häufiger die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur
Identifizierung von Schwachstellen und Drehmomenttoleranzen bestimmter Anlagen eingesetzt.
Auch Scherversuche haben sich als sehr nützlich
erwiesen, um die physikalischen Grenzen verschiedener Verschraubungslösungen aufzuzeigen.
„ES GIBT DURCHAUS noch Spielraum für weitere
Analysen und es wäre hilfreich, genau zu sehen,
wie sich die neu konstruierten Spreizbolzen im
Vergleich zu den älteren Bolzen verhalten, wenn es
um die Übertragung höherer Drehmomente geht“,
fügt Walsh hinzu. „Eine vollständige FE-Analyse
könnte sich als erheblicher Vorteil erweisen, da sie
Möglichkeiten aufzeigt, die Anzahl der Bolzen und
die Größe der Kupplung zu reduzieren, vor allem
in Bereichen wie z. B. bei Windkraftanlagen, wo
dazu tendiert wird, verschraubte Kupplungen aufgrund von Platzmangel zu vermeiden.“
Die Entwicklung intelligenterer und kleinerer
Kupplungen wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, denn Größe und Leistung von
Turbinen und Schiffen werden weiter zunehmen,
ebenso wie das zu übertragende Drehmoment.
Die Wahl der richtigen Bolzen für Wellenstränge von Wasserkraftturbinen kann Spannungskonzentrationen
und Mikrobewegungen deutlich reduzieren.
A
ufgrund ihrer schieren Größe bestehen
Wellenstränge von Turbinen in Wasserkraftwerken meist aus mehreren Abschnitten, die (über Kupplungen) miteinander verschraubt sind. Da das Drehmoment
extrem hoch sein kann, sind Kupplungsbolzen
ein kritisches Bauteil, für deren Installation und
Wartung oft große und teure Werkzeuge benötigt werden. Bei laufendem Betrieb können
Schwingungen, Mikrobewegungen und sogar
Totalausfälle von Schrauben teuer, gefährlich
und zeitaufwändig sein.
Die Betreiber eines Wasserkraftwerks in der
Schweiz wandten sich an Nord-Lock, nachdem
Risse im Wellenstrang festgestellt worden waren. Nach Durchführung einer Finite-Elemente (FE) Simulation war Nord-Lock in der Lage,
Spannungskonzentrationen und Mikrobewegungen in den Kupplungen aufzuzeigen.
NORD-LOCK EMPFAHL als Lösung den Einbau
von Spreizbolzen und bestimmte anhand einer
weitere FE-Simulation die Auswirkungen des
optimierten Entwurfs. Es zeigte sich, dass Spannungskonzentrationen reduziert werden konnten und Mikrobewegungen praktisch gar nicht
mehr vorhanden waren. Nach einer solchen
deutlichen Verbesserung entschieden die Betreiber, die Spreizbolzen ein Jahr lang zu testen.
Während der Testphase entsprach das Verhalten der Spreizbolzen den Vorhersagen
der FE-Simulation. Bei Resonanz wurde die
Spannungsamplitude von 170 % auf 118 %
Nenndrehmoment reduziert. Spannungen wurden unter die Ermüdungsgrenze verringert und
Mikrobewegungen auf weniger als 0,002 mm
reduziert – deutlich unter dem zulässigen Grenz­
wert. Tatsächlich erwiesen sich die Spreizbolzen
als so erfolgreich, dass die Betreiber den einjährigen Probelauf nach nur drei Monaten beendeten und Spreizbolzen sofort in alle vier Wellenstränge einbauten.
Dank der Umrüstung war das Wasserkraftwerk in der Lage, bares Geld zu sparen, da die
Wartungskosten reduziert und die Verfügbarkeit
der Anlage erhöht werden konnte.
ZUSAMMENHALT
IST ALLES
Die Notwendigkeit, Komponenten in Schraubenverbindungen zu montieren, ist
uralt. Lange wurde der Durchgangsbolzen als das Standard-Verbindungselement mit Gewinde eingesetzt. Er wird durch die Bohrung geführt und an
beiden Enden mit Muttern festgezogen, um so eine reibschlüssige
Verbindung herzustellen. Übermäßiges Drehmoment kann zu Schlupf
und Fehlausrichtung führen, was
wiederum zu einer Beschädigung
der Bolzen und Bohrungen führt.
Der Spreizbolzen ist eine neuere Erfindung,
die diese Probleme löst. Er dehnt sich in der Bohrung aus,
nimmt so die Funktion eines echten Passbolzens wahr und
gewährleistet eine weitaus gleichmäßigere Lastverteilung. Außerdem vereinfacht er die Montage, Demontage und Nachrüstung.
BOLTED # 2 2016
11
12
BOLTED # 2 2016
FRAUNHOFER-INSTITUT SETZT
AUF SICHERE SCHRAUBENVER­
BINDUNGEN VON NORD-LOCK
Da der Windenergiesektor weltweit jedes Jahr beständig weiter wächst, ist die Branche
auf der Suche nach Möglichkeiten, mit weniger Material große Windturbinenteile
herzustellen. Ein deutsches Projekt erprobt nun neue Konstruktionsverfahren, bei denen
der Verschleiß von 20 Jahren in nur einem Bruchteil dieser Zeit simuliert wird.
TEXT:
ULRICH SCHAMARI
D
PHOTO:
FRAUNHOFER, 123RF
EN HERSTELLERN VON Windener-
gieanlagen (WEA), Windparkbetreibern, Zulieferern und Energieversorgungsunternehmen bietet das
Fraunhofer-Institut für Windenergie
und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IWES) industrierelevante Forschungsdienstleistungen und die zielführende
Kooperation zu allen technischen Fragestellungen der Windenergienutzung. „Das IWES
beschäftigt sich als Brancheninstitut mit dem
Thema Windenergie“, erläutert Dipl.-Ing. Hans
Kyling, Leiter des Projekts BeBen XXL. Das
Kürzel steht für „Beschleunigter experimenteller Betriebsfestigkeitsnachweis von WEA-Großkomponenten am Beispiel der Hauptwelle“. Das
Projekt entstand in Zusammenarbeit mit dem
Windkraftanlagenhersteller Suzlon Energy
GmbH, der Zweifel daran hatte, dass die heutigen Sicherheitsvorgaben praxisbezogen ausgelegt werden, und mit der Hochschule für angewandte Wissenschaft HAW.
ZIELSETZUNG IST ZU erforschen, ob sich die Si-
cherheitsanforderungen auch durch den Einsatz
von weniger Material erfüllen lassen. „Leichtbau ist ein bisschen übertrieben, weil wir nicht
wirklich leicht bauen, aber leichter bauen“, veranschaulicht Kyling. Basis der Versuche ist der
Standpunkt, dass die geforderte Sicherheit in der
Auslegung des Materials zu hoch ist. Von positiven Ergebnissen werden alle Erstausrüster der
Windbranche profitieren, denn wenn das Ziel
einer Richtlinienanpassung umgesetzt werden
kann, bedeutet dies mehr Wirtschaftlichkeit
durch Verzicht auf Überdimensionierung von
WEA-Komponenten. Exemplarisch für diese
Komponenten befasst sich das Fraunhofer IWES
lung einer Wöhlerkurve, mit der die Schwingfestigkeit eines Werkstoffs oder eines Bauteils
bestimmt wird, für ein extrem großes Bauteil.
Standardmäßig wird die Schwingfestigkeit im
Automobilbereich an wesentlich kleineren Komponenten ermittelt. Auch in der Luftfahrt werden die Versuche aus Kostengründen an deutlich
kleineren Teilen durchgeführt.
TROTZ DER GEWALTIGEN Dimensionen der
Hans Kyling, wissenschaftlicher Mitarbeiter beim
Projekt BeBen XXL, das die Art und Weise, wie
Windkraftanlagen in Zukunft gebaut werden,
grundsätzlich ändern könnte.
mit der Hauptantriebswelle, um an diesem Bauteil aufzuzeigen, welche Betriebsfestigkeit für
eine definierte Lebensdauer notwendig ist.
DAS PROJEKT WURDE 2012 bei der Firma Suzlon in Hamburg gestartet und wird 2017 beendet sein. Neben dem Hauptziel, die mögliche
Senkung des Materialeinsatzes in der Herstellung von WEA-Großkomponenten bei gleichbleibender Betriebssicherheit der Bauteile zu
ermitteln, wird auch die Eignung von höherfestem Gusseisen als Ersatz für kostenintensive
Schmiedematerialien geprüft und validiert. „Wir
machen einen beschleunigten Lebensdauertest,
und das machen wir, indem wir an mehreren
Parametern etwas gedreht haben“, beschreibt
Kyling das Vorgehen im Rahmen des Projekts.
So wurde eine höhere Drehzahl gegenüber dem
normalen WEA-Betrieb ebenso begutachtet wie
eine höhere Belastung der Hauptwelle durch ein
höheres Eigengewicht des Rotors.
Das Innovative an dem Projekt ist die Erstel-
WEA-Hauptwelle existiert nur ein sehr begrenzter Bauraum für die Schraubenverbindungen.
Das war ein wesentlicher Grund dafür, dass man
im Zuge des Projekts solche Produkte von NordLock auswählte, die auch auf engstem Raum einsetzbar sind. Kyling berichtet: „Wir haben den
Prüfstand in geteilter Form ausgeführt. Es gibt
einen Stahlbau, der mit dem Fundament verbunden ist, und einen oberen Stahlbau, der mit dem
Prüfling verbunden ist.“ Zwischen den beiden
oberen Stahlbauteilen wie auch nach unten hin
zwischen Stahlbau und Fundament werden die
Superbolt-Spannmuttern von Nord-Lock verwendet. Zum Einsatz kommt achtmal die Größe
M80, aber auch 28 kleinere M56-Spannmuttern
tun ihren zuverlässigen Dienst.
SOWOHL DIE VERBINDUNG des Stahlbaus zum
Fundament als auch die Verbindung des Stahlbaus in sich sind Anwendungen, bei denen die
Zugänglichkeit sehr schlecht ist. Denn die Konstruktion ist lastoffen – also lastflussoptimiert
– ausgeführt, und das hat zur Folge, dass die
Schrauben teilweise an schlecht erreichbaren
Stellen platziert sind und wenig Bewegungsraum
für Werkzeuge gegeben ist. Neben dem engen
Raum benennt Kyling weitere Herausforderungen für die Produkte von Nord-Lock: „Der Vor-
BOLTED # 2 2016
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Technische Einblicke:
DAS ANGEBOT VON NORD-LOCK
FÜR DIE WINDENERGIE-INDUSTRIE
Das BeBen XXL Projekt verwendet M80 und M56 Superbolt-Spannelemente mit Vielfachschrauben,
um Verbindungen am Prüfstand zu sichern. Die Schrauben müssen in der Lage sein, sehr hohen
Kräften sicher zu begegnen. Trotz der enormen Größe des Prüfstandes geht es an vielen Stellen mit
Schraubenverbindungen sehr eng zu, und die Schrauben müssen auch dieser Anforderung gerecht werden.
spannverlust soll möglichst gering sein,
und sehr hohen Kräften ist zu begegnen.“ Bei
den großen M80-Superbolt-Spannelementen
sind es immerhin bis zu 2,8 Meganewton, die
zu bewältigen sind. Die Superbolt-Technologie mit ihren Vielfachschrauben bietet hier
überzeugende Problemlösungen.
Zur Sicherheit im Rahmen des Projekts
tragen die eingesetzten Spannelemente von
Nord-Lock bei, weil sie die Arbeit an den
schlecht zugänglichen Orten überhaupt erlauben, und dies auch noch mit leichterem
Werkzeug. Zu derartigen Problemen bei
Windturbinen meint Kyling: „Es gibt eine
Vielzahl von Herausforderungen, die zu
bewältigen sind.“ Dazu zählen die immer
größeren Rotorblätter, und was den Trieb­
strang betrifft, so stellt sich die Problematik
des Einsetzens von Gusswellen anstelle von
Schmiedewellen zwecks Kostenreduzierung
bei großen Stückzahlen. Auch die Frage der
Lagerung beschäftigt die WEA-Hersteller, da
es kein generelles Triebstrangkonzept gibt.
Dem Projekt BeBen XXL nützt, dass
Nord-Lock bereits anderweitig im Bereich
der Windenergie-Industrie tätig ist. Denn
gerade in diesem Markt muss man nach Auffassung des Projektleiters von Fraunhofer
IWES darauf achten, wo man sich platziert.
„Weil der Kostendruck eben da ist“, betont
Kyling. Für Superbolt-Produkte spricht vor
allem, dass sie als echte Premium-Erzeugnisse einen Mehrwert mitbringen. Dieser liegt in
der unübertroffenen Qualität der Schraubensicherungssysteme von Nord-Lock. Das Unternehmen kann sich als hochqualifizierter
Zulieferer der Windenergie-Industrie daran
freuen, dass der Wachstumstrend in dieser
Branche fortbesteht. Dies gilt besonders für
Schwachwindanlagen, die den vorhandenen Wind voll ausnutzen und daher für viele
Standorte in aller Welt sehr geeignet sind.
DIE PRODUKTPALETTE von
Nord-Lock ist für die Windenergie-Branche äußerst attraktiv, denn
sie stellt ein Angebot dar, aus dem
sich die Windanlagenbetreiber
umfassend bedienen können. Die
Keilsicherungsscheiben und Superbolt-Spannelemente von Nord-Lock sind das Mittel der Wahl,
wenn es darum geht, die Schraubenverbindungen von Windkraftanlagen zu sichern. Denn diese Anlagen müssen enormen
Drücken unter extremen Bedingungen standhalten, und hier
ist es von großem Vorteil, wenn die Schraubensicherung quasi wartungsfrei ist. Einige spezielle Produkte von Nord-Lock
sind daher exakt für den Bereich der Windenergie geeignet.
Dazu zählen die Keilsicherungsscheiben, die in verschiedenen
Abmessungen und Materialien erhältlich sind. Sie schützen
Schraubenverbindungen gegen spontanes Lösen, und zwar
durch Vorspannkraft statt durch Reibung. Damit wird das Risiko von Produktionsausfällen oder Sachschäden reduziert.
Auch die X-series Keilsicherungsfederscheiben von
Nord-Lock sorgen für mehr Sicherheit in Windenergieanlagen: Mit Hilfe einer einzigartigen multifunktionalen Technologie bieten sie die höchste Sicherheit zum einen gegen
das spontane Lösen der Schraube durch starke Vibrationen
oder dynamische Belastungen, zum anderen gegen das Lockern aufgrund von Setzerscheinungen oder Relaxation. Die
wirkungsvollen Schraubenverbindungen erhöhen also die
Lebensdauer aller Komponenten. Vor allem bei neuen Anlagen mit immer höheren Leistungen ermöglichen sie die
zuverlässige Beherrschung von dynamischen Belastungen.
Für den Einsatz in Windenergieanlagen sind auch die Superbolt-Spannelemente von Nord-Lock bestens geeignet. Sie ersetzen herkömmliche Muttern und Schrauben, verlängern die Lebensdauer der Schraubenverbindungen und benötigen relativ
geringe Anzugsmomente. Im Antriebsstrang vor und nach dem
Getriebe, an Gehäuse oder an Fundamentverschraubungen sichern die Superbolt-Spannelemente Schraubenverbindungen,
die dauerhaft großen Kräften ausgesetzt sind.
Und für die Vorspannung von Turmfeldverschraubungen
sowie bei Rahmen, Lagern und Rotorblättern bietet NordLock der Windenergie-Industrie – sowohl für den Bau als
auch für die Instandhaltung der Anlagen – die Boltight-Vorspannwerkzeuge. Dies sind hydraulische Werkzeuge für eine
zuverlässige und präzise Vorspannung bei allen kritischen
Schraubenverbindungen.
FAKTEN:
SPANN­ELEMENT MIT
VIELFACHSCHRAUBEN
DAS BEBEN XXL FORSCHUNGSPROJEKT
KUNDE: Fraunhofer-Institut für Windenergie
und Energiesystemtechnik (Fraunhofer IWES).
ORT: Bremerhaven, Deutschland.
PROJEKT: Das BeBen XXL Forschungsprojekt,
Laufzeit 2012–2017.
PROJEKTZIEL: Erforschung der Möglichkeiten
zur Reduzierung oder Änderung des Materialeinsatzes für die Hauptwelle von Windenergieanlagen.
NORD-LOCK PRODUKTE: M80 und M56 Superbolt-Spannelemente mit Vielfachschrauben
ERZIELTE VORTEILE:
• Perfekt bei beengten Einbauräumen.
• Kein Vorspannkraftverlust.
• Für sehr hohe Kräfte geeignet.
• Einsatz leichterer Werkzeuge.
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BOLTED # 2 2016
ROTORWELLEN-PRÜFSTAND
Lasteinleitung
Lasthebel (Gusswelle)
Hauptlager
Stützlagerung
Antrieb
Hydraulik
Stahl-Unterbau
Fundament
IM RAMPENLICHT
„Eine einzigartige Technologie entsteht“
TEXT:
ALASTAIR MACDUFF
PHOTO:
LAURENCE CLAUS
Mit
mehr als 25 Jahren Erfahrung in der US-amerikanischen Verbindungselemente- und Fahrzeug­
zulieferindustrie treibt ihn der Wunsch, sein Wissen zu teilen. Mittlerweile führt er eine eigene
Firma, die Unternehmen in der Fertigungs- und
Automobilindustrie Schulungen und Beratungsdienstleistungen im Zusammenhang mit Verbindungselementen bietet.
LAURENCE CLAUS HAT EINE LEIDENSCHAFT.
Welche Wissenslücken sehen Sie in Hinsicht auf Verbindungselemente in der modernen Arbeitswelt?
„In Nordamerika nimmt der Altersdurchschnitt der allgemeinen Belegschaft immer weiter zu und Unternehmen haben es schwer, erfahrene Mitarbeiter zu ersetzen. In den USA gehen
jeden Tag mehr als 10.000 „Babyboomer“ in den
Ruhestand. Ihnen folgt ein großer Zustrom der
„Generation Y“ und daraus resultiert, dass Arbeitskräfte neu ausgebildet werden müssen.“
„Menschen der Generation Y denken über
die Arbeit ganz anders als ihre Vorgänger, werden aber vor allem von Arbeitgebern angezogen,
die Interesse an ihnen zeigen. Das ist zwar positiv, stellt aber für Unternehmen eine Herausforderung dar, denn sie müssen in die Ausbildung
neuer Mitarbeiter investieren.“
Können Sie uns einige aktuelle Trends auf
dem Gebiet der Verbindungselemente in
der Fertigungs- und Automobilindustrie
nennen?
„Im Vergleich zu Europa hat sich die US-amerikanische Schraubenindustrie nur langsam selbst
modernisiert. Ich glaube, dass Unternehmen
hier damit beginnen, neu zu investieren und
sich selbst neu zu erfinden. In den letzten Jahren drehte sich fast alles um Lean Manufacturing
und Erhöhung der Effizienz.“
„Heute steht in der Automobilindustrie die
Gewichtsreduzierung, d. h. der Leichtbau, im
Mittelpunkt. Automobil-OEMs entwickeln zunehmend gemischte Materialstrukturen mit dem
Fokus auf Aluminium, Verbundwerkstoffe und
ultrahochfesten Stahl. Dies ist jedoch nicht möglich, ohne die Voraussetzungen für eine entsprechende Verbindungstechnik zu schaffen. Hybride,
nicht-traditionelle Kombinationen wie Aluminium/Aluminium, Aluminium/Stahl oder Magnesium/Stahl sind immer häufiger anzutreffen.“
Mit welchen Herausforderungen sind Endnutzer im Zusammenhang mit Multi-Material-Verbindungen konfrontiert?
„Hier entsteht eine einzigartige Technolo-
Laurence Claus sagt, dass Konsumenten aus der Fertigungs- und Automobilindustrie zunehmend nach
Unternehmen suchen, die Mehrwert bieten, egal ob es sich dabei um Produktinnovation oder Unterstützung bei
Verbindungselementen handelt.
gie, deren Vorreiter europäische Unternehmen
sind. Autos wurden schon immer zusammengeschweißt. Bei gemischten Werkstoffen funktioniert
das aber nicht mehr. Um den Anforderungen dieser neuen Multi-Material-Verbindungen gerecht
zu werden, setzen innovative Unternehmen sogenannte gewindeformende Flow Drill-Schrauben
und Reibschweiß-Technologien ein.“
die andere Richtung schwingt. Verbindungselemente sind keine einfachen Produkte und Kunden, die früher keine angemessenen Preise für
Komponenten zahlen wollten, sind jetzt eher bereit dazu. Sie wachen auf und werden sich der
größeren Zusammenhänge bewusst.“ FA K T E N :
Wie wichtig ist es, bei der Auswahl von
Verbindungselemente auch über die Lebenszykluskosten nachzudenken?
„Die Automobilindustrie ist sehr kostenbewusst, aber einer unserer Kunden musste zu seinem Leidwesen erfahren, dass der Preis bei der
Auswahl eines Zulieferers nicht an erster Stelle
stehen sollte. Seine preisbestimmte „Strategie“
hatte zwei negative Folgen. Es kam zu erheblichen Qualitätseinbußen – er sparte kurzfristig
Geld, machte aber langfristig gesehen Verluste.
Außerdem musste er feststellen, dass Zulieferer,
die ihn früher bei technischen Fragen mit Rat
und Tat unterstützt hatten, nun nicht mehr in
der Lage waren, ihm zu helfen. Und das hat sich
äußerst negativ auf sein Geschäft ausgewirkt.“
„Ich glaube, dass das Pendel nun wieder in
LAURENCE CLAUS
TITEL: President, NNi Training and Consulting, Inc.
ALTER: 49.
WOHNHAFT: In einem Vorort im Norden von
Chicago, Illinois.
HINTERGRUND: Diplom als Maschinenbauingenieur. Über 25 Jahre Erfahrung in
der Verbindungselemente- und Fahrzeugzulieferindustrie. War die meiste Zeit seiner
Laufbahn für einen Hersteller von Verbindungselementen für die Automobilindustrie
tätig, die letzten Jahre als Vice President of
Technology and Engineering. Hat vor vier
Jahren NNi gegründet.
HOBBY: Seine Familie. Er hat fünf Kinder in
einem Alter zwischen 2 und 10 Jahren. NNi
ist nach seinen ersten drei Kindern benannt
– Noah, Nathan und Isaac.
BOLTED # 2 2016
15
DIE LÖSUNG
Durch die Umstellung
auf SuperboltSpannelemente ist
Sodick in der Lage,
lose Schrauben in
seinen Formmaschinen
zu vermeiden.
Drückend überlegen – Superbolt als Problemlöser
TEXT:
CAROL AKIYAMA
PHOTO:
SODICK
DIE HERAUSFORDERUNG Da Schraubenverbindungen ein wesentlicher Bestandteil der
meisten Maschinen sind, haben sie für viele Anwendungen der japanischen Sodick Corporation
entscheidende Bedeutung. Das Unternehmen
stellt Industrie- und Werkzeugmaschinen sowie
Verbrauchsmaterialien und andere Produkte her.
Zu den wichtigsten Prioritäten zählt die hauseigene Forschung und Entwicklung, um qualitativ
hochwertige Produkte anbieten zu können, die
die Fertigungsabläufe von Kunden optimieren.
Vor kurzem nahmen einige Ingenieure, die
bei Sodick für Formmaschinen zuständig sind,
an einer Schulung von Ikeda Metals, einem japanischen Vertriebspartner von Nord-Lock, teil,
in dem Lösungen für die Problematik sich losdrehender Schrauben vorgestellt wurden. Genau
das Problem, mit dem Sodick zu kämpfen hatte.
Gemeinsam begannen die Ingenieure von Ikeda Metals und Nord-Lock mit der Suche nach
Bereichen, in denen die von Sodick verwendeten Schraubenverbindungen verbessert werden
konnten. Sie stellten fest, dass die Bolzen der
Zugankerstangen in den Sodick-Formmaschinen
mit einem traditionellen Verfahren angezogen
wurden. Die Zuganker sind sehr lang, und wenn
16
BOLTED # 2 2016
sie einer Torsionsbelastung ausgesetzt sind, während die Maschine lange Zeit am Standort des
Endkunden in Betrieb ist, wird es schwierig, eine
optimale Leistung zu garantieren. Aus Sicht des
Kunden ist die Fähigkeit, die auf die Verbindungen einwirkende Kraft richtig zu kontrollieren,
unerlässlich, da sie der Schlüssel für einen sicheren Betrieb ohne teure Stillstandszeiten ist.
Formmaschinen werden verwendet, um Teile für viele
Produkte und Geräte herzustellen, die aus unserem
Alltag nicht mehr wegzudenken sind, wie zum Beispiel Autos und Mobiltelefone.
DIE LÖSUNG Superbolt-Spannelemente waren die perfekte Lösung, weil sie rein axial verspannt werden. Da bei Superbolts keine Reibung
entsteht, kann die auf die Verbindungen einwirkende Kraft kontrolliert werden, ohne dass eine
Torsionsbelastung auftritt. Die Leute bei Sodick
waren beeindruckt, wie sorgfältig Nord-Lock Ingenieure nach Lösungen suchten, die exakt auf
ihre ganz speziellen Anwendungsbedürfnisse zugeschnitten waren.
DAS ERGEBNIS Superbolt-Spannelemente
sind Premium-Produkte, und obwohl billigere Alternativen auf dem Markt erhältlich sind, ist Sodick fest davon überzeugt, dass ihr Preis-Leistungsverhältnis sie sehr attraktiv macht. Etwa die
Hälfte der Sodick-Produkte wird nach Übersee
verkauft und einige große Maschinen müssen
zerlegt geliefert werden. Aus diesem Grund ist
es sehr wichtig, dass die Montage ihrer Formmaschinen und der mögliche Austausch von Teilen
einfach, schnell und sicher am Standort des Endkunden durchgeführt werden kann. Sodick freut
sich, dass zufriedene Kunden in vielen positiven
Rückmeldungen über reibungslose, schnelle Abläufe berichten.
AUSBLICK
Aktuelles aus der Welt der Schraubenverbindungen
Im Trend: Sicherheit rund um
die Gleise durch neue Materialien
PHOTO: CTS
DIE ENTWICKLUNG neuer Werkstoffe wie etwa
glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) hat auch
für die Infrastruktur von Eisenbahngesellschaften
neue Trends gesetzt. An den Gleisanlagen werden
zunehmend Materialien wie Stahl und Holz durch
GFK ersetzt, weil durch Einsatz von GFK Gitterroste, Laufsteganlagen, Brückeneindeckungen, Rettungswege und Dienstwege witterungsbeständig,
rutschfest und damit sicherer gemacht werden
können. Auch komplette Konstruktionen aus
GFK-Profilen beispielsweise für Geländer, Steigleitern, Hangtreppen und Arbeitsbühnen erfreuen
sich aufgrund ihrer unkomplizierten Modulbauweise immer größerer Beliebtheit bei den Bahnbetreibern. Geringes Gewicht und höchste Belastbarkeit sprechen für den innovativen Werkstoff.
NATÜRLICH MÜSSEN DIE Produkte und Konstruk-
VOR ALLEM DIE Deutsche Bahn hat sich entschie-
den, GFK in ihrer Infrastruktur vermehrt einzusetzen. „Das ist ein Trend, weil die Deutsche Bahn die
Vorteile des Materials 100-prozentig für sich erkannt
hat“, freut sich Philipp Wilczek, Juniorpartner und
Verkaufsleiter der CTS Composite Technologie Systeme GmbH, die auf dem Gebiet der Glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK) zum Technologieführer
geworden ist. Speziell das leichte Gewicht im Vergleich zu Stahl und die Tatsache, dass nicht die gesamte Konstruktion geerdet werden muss, weil GFK
elektrisch isolierend ist, sprechen für den Werkstoff.
Zudem ist GFK korrosionsfrei, wodurch praktisch
keine Instandhaltungskosten entstehen. Die Deut-
sche Bahn ist hiermit Trendsetter für Europa, denn
die Eisenbahnbetreiber im benachbarten Ausland
orientieren sich am größten Unternehmen der Branche auf dem Kontinent.
GFK ist eine sehr gute Wahl für die Eisenbahn-Infrastruktur und eignet sich beispielsweise für Laufsteganlagen, Gitterroste und Brückeneindeckungen. Weitere
Anwendungsbereiche sind Windenergie, Anlagenbau
und Architektur.
tionen aus dem sehr dauerhaften GFK in der Anwendung verschraubt werden, und diese Schraubenverbindungen können Probleme bereiten. Um
dies zu vermeiden, hat sich CTS für das innovative Schraubensicherungssystem X-series von NordLock entschieden. Maik Hartmann, Technischer Leiter bei CTS, erläutert dies: „Unser Material ist ja
grundsätzlich wartungsarm. Damit aber auch die
gesamte Konstruktion wartungsarm ist, haben wir
eine Lösung gebraucht, wie wir die Schrauben so
sichern können, dass wir den Vorteil des Materials
eben auch auf die Verbindungsmittel ausweiten
können.“ Wenn man sich im und am Gleis bewege, sei durch den Zugverkehr mit Erschütterungen
und Vibrationen zu rechnen. Deshalb komme man
um eine optimale Schraubensicherung, wie sie die
Nord-Lock X-series Keilsicherungsfederscheiben
bieten, einfach nicht herum. Dieses weltweit modernste Schraubensicherungssystem kombiniert
das Keilsicherungsprinzip mit einem Federeffekt
gegen Lockern durch Setzerscheinungen und Relaxation. Damit verbessert es die GFK-Produkte von
CTS auf absolutes Spitzenniveau und macht diese
zu einem Sicherheits-Muss im Bahnverkehr.
ULRICH SCHAMARI
BOLTED
BOLTED ##2
1 2016
2014
17
AUSBLICK
Aktuelles aus der Welt der Schraubenverbindungen
Leben auf der (technischen) Überholspur
FÜR DIE FERTIGUNGSINDUSTRIE wird es immer schwieri-
ger, talentierten nachwuchs zu finden. Einige vertreten die
Meinung, dass der Mangel an zukünftigen Ingenieuren für
einzelne Unternehmen und die Branche als Ganzes eine
ernsthafte Gefahr darstellt. Was können Unternehmen und
Hochschulen also tun, damit sie für talentierte junge Menschen attraktiv sind?
Eine Möglichkeit besteht darin, dem Mix eine spannende
und aufregende Komponente hinzuzufügen. Mehrere Universitäten versuchen, das Interesse der Studenten durch extracurriculare Motorsportprojekte im wahrsten Sinne des Wortes zu beschleunigen. Zwei amerikanische Projekte – Gator
Motorsports an der University of Florida, Gainesville, und das
Virginia Tech Baja SAE-Team in Blacksburg – sowie das niederländische Forze Hydrogen Racing an der Technischen Universität Delft werden von der Nord-Lock Gruppe gesponsert.
Diese Projekte decken die gesamte Bandbreite ab – von
der Planung und Entwicklung bis hin zur Montage und dem
Einsatz der Fahrzeuge im Rennen. Gator Motorsports betont, wie sich Studenten technische Kenntnisse aneignen,
während sie Teamarbeit und Projektmanagement üben; alles Fähigkeiten, die für ihre spätere Karriere in der Industrie
von großem Vorteil sind.
bewerb „Formula Society of Automotive Engineers“ (FSAE)
teil, der einmal im Jahr in Michigan, USA, stattfindet. Hier
treten sie mit ihrem hochgezüchteten Rennwagen im Formel-1-Stil gegen mehr als 100 andere Teams aus der ganzen Welt an.
Forze Delft setzt auf eine Kombination aus Motorsport
und nachhaltiger Technologie und konzentriert sich auf
Rennwagen, die von Wasserstoff-Brennstoffzellen angetrieben werden. Ihr neuestes Modell, der Forze VI, ist einer
der weltweit ersten Rennboliden mit Brennstoffzellenantrieb und der erste und schnellste wasserstoffbetriebene
Rennwagen, der je auf der Nürburgring-Nordschleife in
Deutschland gemessen wurde. Vor kurzem brach er den
Rundenrekord für Elektrofahrzeuge auf dem Circuit Park
Zandvoort in den Niederlanden.
Getreu seinem Motto „Fun, fast, dirty“ hat sich das Virginia Tech Baja SAE-Team für die Offroad-Variante entschieden. Sie schicken ihr einsitziges Fahrzeug jedes Jahr in einem
internationalen Wettbewerb der Society of Automotive Engineers (SAE) ins Rennen.
DIESE STUDENTENPROJEKTE sind sehr stark Sponsoren-ab-
hängig, aber es geht nicht nur darum, kostenlose Teile zu
erhalten. „Durch die Vernetzung mit Sponsoren aus der Industrie erleben wir die Praxis, mit der wir es nach der Ausbildung zu tun haben“, sagt Jess Barton vom VT Baja SAE
Team. „Wir haben die Möglichkeit, von den Unternehmen
zu lernen, zu erfahren, wie sie arbeiten, was sie entwickeln
und was sie herstellen. Durch das Erlernen praktischer Fähigkeiten und Ratschläge von Sponsor-Unternehmen werden wir zu ausgezeichneten Ingenieuren und Fachleuten.“
ULF WIMAN
18
BOLTED # 2
1 2016
2014
Das stolze Forze-Team
erreicht die Ziellinie
und verwandelt
Spaß ausserhalb
des Lehrplans in
praktische Erfahrung
mit Langzeitnutzen.
3 Fragen
Johanna Persson, Sales and Marketing Director, Nord-Lock Gruppe
1
Welche Art von Studentenprojekten
sponsert die Nord-Lock Gruppe?
„Die Projekte, die wir auswählen, sollten
mit unserer Geschäfts- und Markenstrategie im Einklang stehen. Wir möchten mit
zukünftigen Ingenieuren, Designern und
Innovatoren in Kontakt treten, die bei
der Entwicklung von Lösungen für aktuelle und künftige Herausforderungen in
unserer Welt eine wichtige Rolle spielen
werden.“
2
Was haben die Studenten auf lange
Sicht davon?
„Wir möchten ihnen helfen, ihre Kreativität
zu entwickeln. Wir unterstützen durchdachte, innovative Projekte und Programme, die Studenten die Fähigkeit verleihen,
in einer sich ständig verändernden Welt
erfolgreich zu sein.“
3
Was muss ich tun, damit mein Studentenprojekt gesponsert wird?
„Alle Studentenorganisationen können uns
über unsere Website Vorschläge schicken,
wenn sie eine Verwendung für unsere Produkte sehen. Wir können Projekte nicht
mit Geldmitteln unterstützen, aber wir
stellen ihnen Wissen und marktführende
Produkte zur Verfügung.“
PHOTO: FORZE HYDROGEN RACING
GATOR MOTORSPORTS nimmt an dem Konstruktionswett-
Liken Sie uns
– auf Facebook
BESUCHEN SIE die neue Nord-Lock
Zeit sparen mit Spreizbolzen
Schwere Maschinen erfordern Verschraubungselemente, die sich einfach ein- und ausbauen lassen. Das
gilt insbesondere für große und hochbelastete Flanschkupplungen. Um hohe Drehmomente zu übertragen,
werden die Bauteile oft aufwendig mit Passbolzen verspannt. Der starre Passbolzen ist schwer zu fügen und
beim axialen Vorspannen verjüngt sich der Bolzen im
Bereich der Passung. Das radiale Spiel vergrößert sich
und im Betrieb kommt es zu zerstörenden Mikrobewegung. Spreizbolzen lassen sich wesentlich einfacher einund ausbauen und können problemlos axial und radial vorgespannt werden. Mikrobewegungen im Betrieb
sind ausgeschlossen, da der Spreizbolzen die Bohrung
radial und das Flanschpaar axial vorspannt.
Einfach: Die mit Spielpassung konstruierten
Konushülsen können leicht in die Bohrungen
eingesetzt werden, selbst wenn diese aufgrund
von Fluchtungsfehlern schlecht ausgerichtet sind.
Spreizbolzen müssen nicht gekühlt oder die Bohrung erwärmt werden. Zum Spannen wird lediglich
ein handgeführter Drehmomentschlüssel benötigt.
Schnell: Das Spannen kann pro Element in nur
wenigen Minuten erfolgen.
Sicher: Schweres Gerät, thermische Anziehverfahren oder sonstige aufwendige Montagemethoden
entfallen.
Wirtschaftlich: Wiederverwendbar. Zeit- und
kostensparend. Keine unvorgesehenen Stillstände
aufgrund von festgefressenen Gewinden.
Hier geht es zum Download der Spreizbolzenbroschüre:
www.nord-lock.com/expansion-bolt
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Schraubensicherung in
Stahlkonstruktionen
Für hochfeste Schraubverbindungen im Metallbau werden vorspannbare
Schraubengarnituren nach HR- oder HV-Standard (DIN EN 14399-3 / DIN EN
14399-4) eingesetzt. Mit den neuen Nord-Lock SC-Keilsicherungsscheiben
(„steel construction washers“) die speziell für HV-Schrauben und –Muttern
entwickelt wurden (Innen- und Außendurchmesser gemäß DIN EN 14399-6),
werden diese Verbindungen zuverlässig gegen Losdrehen bei Stoßbelastungen
oder erheblicher Schwingungsbeanspruchung gesichert.
Um eine optimale Kontaktfläche zwischen dem Schraubenkopf und der
Keilsicherungsscheibe zu gewährleisten, ist jedes SC-Scheibenpaar mit Fasen am
Innendurchmesser versehen. Die bewährte Keilsicherungstechnologie verhindert,
dass sich die Schraube durch Vibrationen oder Stöße selbsttätig losdreht.
SC-Keilsicherungsscheiben von Nord-Lock besitzen die CE-Kennzeichnung
zur Verwendung in Kombination mit HV-Schraubengarnituren nach DIN
EN 14399-4 oder DIN EN 14399-8. Sie sind bauaufsichtlich zugelassen und
besitzen eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Nr. Z-14.4-629 sowie
eine europäisch technische Zulassung ETA-13/0246.
Weitere Informationen finden Sie unter www.nord-lock.de oder
konaktieren Sie Ihren direkten Nord-Lock Ansprechpartner.