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von Schraubenverbindungen

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Die Experten: Dauerhaltbarkeitsverbesserung einer Schraube

Erstveröffentlichung: Bolted #2 2015.

A: Das Festigkeitsverhalten einer Schraube gegenüber mechanischer Beanspruchung wird nachhaltig davon beeinflusst, ob die Beanspruchung zügig oder schwingend ist. Auftretende Kerbspannungen führen dazu, dass Schraubenverbindungen nur relativ geringe Schwingkräfte übertragen können. Die Maßnahmen zur Dauerhaltbarkeitsverbesserung der Schraube zielen darauf ab, die Schwingfestigkeit an den kritischen Stellen zu steigern.

Zur Erhöhung der Gewindebelastbarkeit empfiehlt sich die Verwendung von Schrauben mit schlußgewalztem anstatt schlußvergütetem Gewinde. Verwenden Sie anstelle eines einzigen großen Verbindungselements mehrere kleine Verbindungselemente, um eine Schraubenverbindung mit höherer Belastbarkeit zu erzielen.

Darüber hinaus wird die Belastbarkeit auch durch die Verwendung optimierter Verbindungselemente erhöht, wie beispielsweise durch Superbolt-­Spannmuttern mit Vielfachschrauben (MJT) oder -Flexmuttern, die die Lastverteilung in den Gewinden verbessern und der Schraubenverbindung zusätzliche Elastizität verleihen.

Die beste Vorgehensweise, um die Dauerhaltbarkeit zu verbessern, besteht darin, die wechselnden Belastungen am Gewinde zu verringern. Dafür stehen drei wesentliche Möglichkeiten zur Verfügung: Konstruktive Gestaltung, sachgerechte Montage und richtiges Sichern der Baugruppe.

Der Konstruktionsprozess der Baugruppe bietet die Möglichkeit, die Verteilung der auf die Schraubenverbindungen einwirkenden Lasten zu verbessern und das Ausmaß der äußeren Belastungen, die von jeder Verbindung getragen werden, zu verringern. Um dies zu erreichen, halten Sie sich an die folgenden Prinzipien:

1. Verwenden Sie eine möglichst hohe Vorspannung
2. Minimieren Sie die Exzentrizität von Schraube zu Last
3. Verwenden Sie möglichst große Kontaktflächen
4. Verwenden Sie möglichst große Klemmlängen
5. Verminderung der Schraubenzusatzkraft

Weitere Optionen für die konstruktive Gestaltung der Baugruppe umfassen die Verwendung von Bolzen oder Schrauben mit Dehnschaft und den Einsatz von Federscheiben, die den Auswirkungen von Relaxation, Kriechen und unterschiedlicher Wärmedehnung entgegen wirken.

Bei der Montage der Baugruppe ist das Erreichen der notwendigen Vorspannung der wesentliche Faktor, wenn es um die Reduzierung wechselnder Belastungen geht. Es wird empfohlen, kalibrierte Werkzeuge mit hoher Genauigkeit zu verwenden. Außerdem empfiehlt sich die Benutzung eines geeigneten Schmiermittels, um eine präzise Vorspannung zu erzielen und das Risiko des Festfressens zu verringern. Achten Sie auf die richtige Anzugsreihenfolge, um das Risiko ungleichmäßig belasteter Schrauben zu minimieren und die Vollständigkeit der Schraubenverbindung sicherzustellen.

In Bezug auf die Sicherheit der Baugruppe ist es empfehlenswert, die Schraubenverbindung vor einem Verlust der Vorspannung zu schützen. Schützen Sie die Baugruppe außerdem vor Umwelteinflüssen, wie etwa Korrosion, die zu Ermüdungsrissen führen können. Dies kann durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe und/oder Beschichtungen für Bauteile und Verbindungselemente geschehen.

 

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„Jeder Tag hält neue Herausforderungen bereit“

1 November 2017
Kommentar

Text: Chad Henderson

Foto: John Kelly

Wenn es um den langfristigen Einsatz von Superbolt Spannelementen geht, dürfte der Amerikaner Mike Bruno nur schwer zu schlagen sein. Vor mehr als 30 Jahren war er an einer der ersten Installationen von Superbolt-Spannelementen in einer Wasserkraftturbine beteiligt. Damals wie heute ist er von den handfesten Vorteilen beim Einsatz von Spannelementen fest überzeugt. In diesem Artikel teilt er einige inspirierende Einblicke mit uns.

Erstveröffentlichung Bolted #2 2017.

Zum ersten Mal hatten Sie es 1984 am ­Diablo-Staudamm mit Superbolt-Spann­elementen zu tun. Wie kam es dazu?
„Ich arbeitete als Mechaniker bei Seattle City Light, dem Stromversorger für Seattle. Wir waren dort in der Werkstatt tätig und wurden zur Unterstützung der anderen Arbeiter zum Diablo-Staudamm geschickt. 1984 führten sie eine Stator-Rotor-Inspektion an der Turbine durch und mussten dafür den Rotor abbauen; das beinhaltet die Demontage des Stützlagers, das auf der Turbinenwelle sitzt. Es ist sehr wichtig, dass das Stützlager einen exakten rechten Winkel zur Welle aufweist, mit einer Toleranz von weniger als einem Tausendstel Zoll. Ansonsten treten Unwuchten der Turbine auf.“

Wie haben die Superbolt-Spannelemente dabei geholfen?
„Um die richtige Vorspannung in den Schrauben zu erzielen, musste man damals die Schrauben erhitzen, so dass sie sich ausdehnen; anschließend hat man sie eingebaut und musste darauf warten, dass sie sich über Nacht abkühlen. Und wenn das Stützlager nicht ganz präzise auf der Welle saß, musste man noch einmal von vorn beginnen.“

„Die Ingenieure des Diablo-Staudamms waren bereits mit Superbolt in Kontakt gekommen, und sie modifizierten die Schrauben so, dass wir auf diesen langen Prozess verzichten konnten. Stattdessen brauchten wir nur diese kleinen Druckschrauben anzuziehen. Wenn das Stützlager nicht exakt rechtwinklig saß, reichte es schon aus, die Druckschrauben auf der gegenüberliegenden Seite etwas zu drehen. Diese Modifikation hat uns viel Arbeit erspart.“

Heute arbeiten Sie am Wells-Staudamm. Was ist dort Ihre Aufgabe?
„Seit etwa 17 Jahren steuere und überwache ich das Wells Hydroelectric Project. Was mir bei meiner Arbeit immer gefallen hat, ist die Tatsache, dass jeder Tag neue Herausforderungen mit sich bringt oder etwas, das repariert werden muss. Wir haben Druckluftsysteme, elektrische Systeme, mechanische Systeme, hydraulische Systeme – all diese verschiedenen Hilfssysteme zur Versorgung der Turbinen, die 24 Stunden am Tag in Betrieb sind.“

Wie wurde der Damm im Laufe der Jahre modernisiert?
„Unter anderem haben wir den Großteil unserer Alarmsysteme mit SPS-Systemen ausgestattet. Heute verfügen wir über 2.500 Alarmpunkte an verschiedenen Anlagen. Dadurch können wir mehr Parameter für die Alarmpunkte setzen, Trendanalysen und Vergleiche zwischen verschiedenen Maschinen durchführen. Wenn die Gefahr eines Ausfalls besteht, lässt sich ein Parameter für die Alarmauslösung einrichten, so dass das Problem behoben werden kann, bevor eine Komponente tatsächlich ausfällt“.

„Außerdem setzen wir bei der Turbinenrevision Superbolt-Spannelemente ein. Sie werden an den Lastschrauben verwendet, die die Turbinenlagerschuhe sichern, sowie an der äußeren oberen Turbinenabdeckung, weil dort zu wenig Platz ist, um die Schrauben mit einem großen Schraubenschlüssel zu erreichen. Sie sind sehr zuverlässig.“

FAKTEN: MIKE BRUNO

TITEL: Project Superintendent, Wells Hydroelectric Project, Douglas County Public Utility District
ALTER: 60
WOHNHAFT: Chelan, Washington
HINTERGRUND: Abschluss in Industrietechnik am Shoreline College; studierte auch am Cogswell College. War bis 1990 als Mechaniker für Wasserkraftanlagen und Vorarbeiter bei Seattle City Light tätig, dann bis 2000 als leitender Mechaniker für das Skagit River Hydroelectric Project. Ist seitdem beim Wells Hydroelectric Project.
HOBBY: Verheiratet, drei erwachsene Töchter und zwei Enkeltöchter. Mag die Bogenjagd und spielt gerne Golf.

Superbolt widersteht glühend heißem Stahl

18 Oktober 2017
Kommentar

Text: Keisuke Okada & Nic Townsend

Erstveröffentlichung Bolted #2 2017.

SICHERHEIT. West Japan Works der JFE Steel Corporation ist eines der größten und modernsten Stahlwerke der Welt. Wie in allen Stahlwerken stellen die Betriebsbedingungen eine extreme Belastung für Maschinen und Anlagen dar und können für das Personal gefährlich sein – besonders das Warmwalzwerk, in dem geschmolzener Stahl flach und in dünne Bleche gewalzt wird. Dabei erreicht der Stahl Temperaturen von mindestens 450 °C (842 °F).

Bis vor kurzem wurden die Befestigungselemente, die die Verzögerer und Kammwalzgerüste im Warmwalzwerk miteinander verbinden, über ein 300 kg-Gewicht angezogen, das an einem Deckenkran hing. Das Gewicht wurde von einem behelfsmäßigen Gerüst herunter gezogen, bevor man es dann wie einen Hammer auf den Schraubenschlüssel herabfallen ließ. Insgesamt wurden für diesen Vorgang fünf Personen benötigt: Drei zum Hochziehen des Gewichts, eine zum Halten des Schraubenschlüssels und eine zum Bedienen des Krans. Das Festziehen der Schrauben dauerte jeweils eine Stunde und das Verfahren brachte erhebliche Sicherheitsrisiken für die beteiligten Personen mit sich.

Durch die Umstellung auf Superbolt-Spannelemente mit Vielfachschrauben ist eine der riskantesten Wartungsaufgaben im gesamten Werk nun zu einer der sichersten geworden. Jede Verbindung kann jetzt in nur 15 Minuten von einer einzigen Person sicher festgezogen werden. Bei acht Schrauben an jeder Anwendungsstelle ist die Gesamtreduzierung der Ausfallzeiten und die Steigerung der Produktivität beträchtlich.

Tatsächlich haben sich die Superbolt-Spannelemente mit Vielfachschrauben als so effektiv erwiesen, dass sie auch in den anderen Warmwalzwerken von JFE Steel in Fukuyama und Chita eingeführt wurden.

Watch: Superbolt multi-jackbolt tensioners explainer video

Eine Komplettlösung weist den Weg in die Zukunft

28 September 2017
Kommentar

Text: Alastair Macduff

Erstveröffentlichung Bolted #2 2017.

HyFit und EzFit (vormals EB für mechanischer „Expansion Bolt“ [Spreizbolzen]) sind so konzipiert, dass sie eine einfach zu montierende Lösung bieten, die nach dem Anziehen eine lange und zuverlässige Lebensdauer gewährleistet.

VersaTite ist, wie der Name schon sagt (vom Englischen „Versatile“ = „Vielseitig“), ein vielseitiges Vorspannwerkzeug, das Kunden die Flexibilität bietet, hydraulisches und mechanisches Vorspannen miteinander zu verbinden. Durch die Kombination der Geschwindigkeit hydraulischer Vorspannwerkzeuge mit der Präzision von mechanischen Superbolt-Vorspann­elementen hat VersaTite seit seiner Vorstellung auf der Fachmesse Power-Gen International im Dezember 2016 das Vorspannen für eine Reihe von Branchen revolutioniert. „Diese Komplettlösung stellt für die Nord-Lock Gruppe den nächsten Entwicklungsschritt dar, in dem das Unternehmen seinen Kunden eine neue Generation von Verschraubungslösungen zur Verfügung stellt“, fährt Brown fort.

HyFit hydraulische Spreizbolzen

EzFit mechanische Spreizbolzen

 

Neue Bolted Ausgabe ab sofort erhältlich!

Die 2017 September Ausgabe des Bolted Magazins ist ab sofort erhältlich! Wie bei jeder Ausgabe, haben wir das Magazin mit interessanten Fällen und Einblicken aus der Welt der Verschraubung gefüllt.

In dieser Ausgabe konzentriert sich unser Themenartikel auf Gelenkverschleiß, der ein verbreitetes Problem bei Gelenkverbindungen ist. Aber warum tritt er auf, welche Lösungen gibt es und lösen sie wirklich die Ursache des Problems?

Erfahren Sie mehr über das Expander System in unserem Anwendungsfall, bei dem wir das dänische Unternehmen Viggo Benz besuchten, das Geräte zum Zerkleinern, für den Abriss und zum Sortieren liefert.

Sehen Sie auch, wie Nord-Lock Keilsicherungsscheiben Transportbehälter sichern, die radioaktive Stoffe transportieren, wo es zu keinem Materialversagen kommen darf.

Und verpassen Sie nicht, wie und warum wir jetzt eine lebenslange Garantie für unser Produktsortiment anbieten.

Das Bolted Magazin ist in 9 Sprachen erhältlich – laden Sie sie jetzt herunter:
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Die Umwandlung von Wellenbewegungen in Energie

CorPower Ocean gewinnt Energie aus dem Meer

Erstveröffentlichung Bolted #1, 2017.

ENERGIE. Angesichts der Tatsache, dass unser Planet zu mehr als 70 Prozent von Ozeanen bedeckt ist, stellt Wellenenergie eine gigantische und bisher weitgehend ungenutzte Quelle erneuerbarer Energie dar. Das Problem ist, dass die meisten Wellenenergiewandler für eine kommerzielle Nutzung zu groß und zu teuer sind. Eine Lösung könnte nun vom schwedischen Unternehmen CorPower Ocean kommen.

Der kompakte Wellenenergiewandler des Unternehmens oszilliert in Resonanz mit den Wellen, verstärkt ihre Bewegung und wandelt diese Energie dann in Strom um. Corpower Ocean-Gründer Stig Lundbäck, seines Zeichens Kardiologe, entwickelte das grundlegende Konzept in Anlehnung an die Pumpprinzipien des menschlichen Herzens. In gleicher Weise, wie das Herz hydraulisch gespeicherte Energie zur Rückkehr in seine Ursprungsform einsetzt, verwendet der Wellenenergiewandler ein pneumatisches Vorspannsystem, um die Boje wieder nach unten zu ziehen, nachdem sie durch eine Welle angehoben wurde.

Dadurch ist es einem relativ kleinen Gerät möglich, eine große Menge an Energie zu gewinnen. Schätzungen zufolge kann eine Boje mit einem Durchmesser von acht Metern rund 250 Kilowatt Energie erzeugen. Das reicht aus, um etwa 200 Haushalte mit Strom zu versorgen.

„Wenn man das Wellenenergiepotenzial betrachtet, könnten ungefähr 10 bis 20 Prozent des weltweiten Energiebedarfs durch Wellenenergie gedeckt werden“, erläutert Patrik Möller, CEO, CorPower Ocean. „Diese Energieform hat das Potenzial, zur wettbewerbsfähigsten Quelle für erneuerbare Energien zu werden. Ihre Energiedichte ist fünfmal höher als die von Wind und zehnmal höher als bei der Solarenergie. Da Wellen geringeren Schwankungen unterliegen und besser vorhersehbar sind als Sonne und Wind, kann der Energiefluss auf mehrere Tage vorhergesagt werden.“

Derzeit durchläuft der Wellenenergiewandler eine Reihe von Tests mit simulierter Wellenbelastung; eine Demonstration im Maßstab 1:1 ist für 2017 geplant. Eine der wesentlichen Herausforderungen bestand darin, die Boje klein und leicht zu halten; gleichzeitig musste sie aber auch stabil und haltbar genug sein, um selbst die heftigsten Stürme auf hoher See zu überstehen.

Das brachte in Hinsicht auf die Verbindungselemente einige Probleme mit sich. Am Hauptrahmen im Inneren der Boje setzt CorPower Ocean Superbolt-Spannelemente ein, da ihre Drehmomentanforderungen im Vergleich zu Standardschrauben deutlich geringer sind, was die Montage erheblich erleichtert. Außerdem ist Superbolt in der Lage, deren Zuverlässigkeit über die gesamte vorgesehene Lebensdauer der Bojen von 20 Jahren zu garantieren. An der Bojen-Unterseite sind Nord-Lock Keilsicherungsscheiben verbaut, da sie über viele Jahre und Lastzyklen hinweg die korrekte Vorspannung aufrechterhalten können.

Messerückblick – Fastener Fair 2017

Letzte Woche fand in Stuttgart die Fastener Fair statt, die internationale Leitmesse der Verbindungs- und Befestigungsindustrie findet alle zwei Jahre statt und zieht tausende Fachbesucher an. Wir bedanken uns bei allen Besuchern, die auf unserem Stand vorbeigeschaut haben!

Auf unserem Messestand stellten wir neben der original Nord-Lock Keilsicherungstechnologie auch die Superbolt Spannelemente, die hydraulischen Spannwerkzeuge von Boltight und das Expander System aus. Als das Highlight der Messe und als erstes Unternehmen in der Branche stellten wir mit der Lifetime Warranty eine lebenslange Garantie auf unsere Produkte aus allen vier Divisionen vor. Dies bedeutet, dass über die gesamte Lebensdauer einer Schraubenverbindung die gesicherte Funktion garantiert wird. Weitere Highlights waren der hydraulische Spreizbolzen HYFiT, das hydraulisch-mechanischen Vorspannwerkzeug VersaTite, beides Neuheiten der Produktdivision Superbolt, sowie die Bekanntgabe der Kältebeständigkeit der original Nord-Lock Keilsicherungsscheiben bei bis zu -50 Grad Celsius. Einen kurzen Rückblick finden Sie im folgenden Video.

Wir freuen uns auf ein Treffen auf einer der nächsten Messen!

 

Drückend überlegen – Superbolt als Problemlöser

18 Januar 2017
Kommentar

Text: Carol Akiyama

Foto: Sodick

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.

Erstveröffentlichung Bolted #2, 2016.

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 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.

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.