BOLTED

볼트접합부 안전을 최적화하기 위한 토론의 장

How does the Nord-Lock washer work?

 

Nord-Lock washers secure bolted joints with tension instead of friction. Watch this video and let us explain how it works!

► Read more: Introduction to Nord-Lock washers

► Video: Junker vibration test with Nord-Lock wedge-locking washers


농업용 트랙터-낮은 비용, 확실한 체결 방법

4 1월 2018
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문장: Ekin Calisir

사진: Hattat

2017년 Bolted #2에 최초 기재된 기사

고객: HATTAT TRAKTÖR사
마력 범위: 50-102
위치: CERKEZKOY, TEKIRDAG, 터키
NORD-LOCK 제품: NORD-LOCK WASHERS NL8과 NL10
적용처: 농업용 트랙터

20년 가까이 농업용 차량을 생산해 온 터키의 Hattat Traktör사는 제품의 내구성과 신뢰성이 무엇보다 중요하다는 것을 잘 알고 있습니다. 장시간 거친 지형에서 고객 대부분은 생산성 유지를 위해 시간을 두고 경쟁하므로 기계는 진동과 같은 거친 조건들을 견딜 수 있어야만 합니다.

2017 년 초, Hattat Traktör사가 새로운 트랙터 모델을 시험할 때, 그들은 공기 압축기 – 엔진 연결 브래킷의 체결부가 진동으로 인해 느슨해진다는 점을 알게 되었습니다. 회사의 진동 분석에 따르면, 이 문제는 시간과 비용이 많이 드는 브래킷 설계의 변경이나 느슨해진 볼트를 더 강한 볼트로 교체하여 해결할 수 있었습니다.

이 시점에서 회사의 연구 개발팀은 그들의 설계를 대체할 수 있는 대안을 찾기 시작했습니다. 조사와 평가를 모두 마친 후, 잠재적으로 비용 문제를 해결할 수 있는 Nord-Lock 와셔를 발견하였습니다.
테스트를 통해 Nord-Lock Washers는 이 모든 문제점을 해결할 수 있음을 증명하였고 브래킷 설계를 변경하는 것보다 훨씬 더 비용을 절감할 수 있었습니다.

Nord-Lock Washers를 사용하자 진동으로 인한 풀림이 더 이상 발생하지 않게 되었고, 고객들은 가장 혹독한 조건에서도 Hattat Traktör 사의 빨강 트렉터를 안심하고 이용할 수 있게 되었습니다.

The history of the bolt

20 12월 2017
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문장: Alannah Eames

사진: Illustration: Kent Zeiron

At first glance, a bolt may seem like a very simple item that holds things together. But dig a bit deeper and you’ll realise there’s more behind seemingly insignificant bolt and screws than first meets the eye. Without them, all our gadgets and machines would fall to pieces.

History of the bolt drawings

First published in Bolted #2 2012.

Bolts are one of the most common elements used in construction and machine design. They hold every­thing together – from screws in electric toothbrushes and door hinges to massive bolts that secure concrete pillars in buildings. Yet, have you ever stopped to wonder where they actually came from?

While the history of threads can be traced back to 400 BC, the most significant developments in the modern day bolt and screw processes were made during the last 150 years. Experts differ as to the origins of the humble nut and bolt. In his article “Nuts and Bolts”, Frederick E. Graves argues that a threaded bolt and a matching nut serving as a fastener only dates back to the 15th century. He bases this conclusion on the first printed record of screws appearing in a book in the early 15th century.

However, Graves also acknowledges that even though the threaded bolt dates back to the 15th century, the unthreaded bolt goes back to Roman times when it was used for “barring doors, as pivots for opening and closing doors and as wedge bolts: a bar or a rod with a slot in which a wedge was inserted so that the bolt could not be moved.” He also implies that the Romans developed the first screw, which was made out of bronze, or even silver. The threads were filed by hand or consisted of a wire wound around a rod and soldered on.

According to bolt expert Bill Eccles’ research, the history of the screw thread goes back much further. Archimedes (287 BC–212 BC) developed the screw principle and used it to construct devices to raise water. However, there are signs that the water screw may have originated in Egypt before the time of Archimedes. It was constructed from wood and was used to irrigate
land and remove bilge water from ships. “But many consider that the screw thread was invented around 400 BC by [Greek philosopher] Archytas of Tarentum, who has often been called the founder of mechanics and considered a contemporary of Plato,” Eccles writes on his website.

The history can be broken down into two parts: the threads themselves that date back to around 400 BC when they were used for items such as a spiral for lifting water, presses for grapes to make wine, and the fasteners themselves, which have been in use for around 400 years.

Moving forward to the 15th century, Johann Gutenberg used screws in the fastenings on his printing presses. The tendency to use screws gained momentum with their use being extended to items such as clocks and armour. According to Graves, Leonardo da Vinci’s notebooks from the late 15th and early 16th centuries include several designs for screw-cutting machines.

What the majority of researchers on this topic do agree on, though, is that it was the Industrial Revolution that sped up the development of the nut and bolt and put them firmly on the map as an important component in the engineering and construction world.

The “History of the Nut and Bolt Industry in America” by W.R. Wilbur in 1905 acknowledges that the first machine for making bolts and screws was made by Besson in France in 1568, who later introduced a screw-cutting gauge or plate to be used on lathes. In 1641, the English firm, Hindley of York, improved this device and it became widely used.

Across the Atlantic in the USA, some of the documented history of the bolt may be found in the Carriage Museum of America. Nuts on vehicles built in the early 1800s were flatter and squarer than later vehicles, which had chamfered corners on the nuts and the flush was trimmed off the bolts. Making bolts at this time was a cumbersome and painstaking process.

Initially, screw threads for fasteners were made by hand but soon, due to a significant increase in demand, it was necessary to speed up the production process. In Britain in 1760, J and W Wyatt introduced a factory process for the mass production of screw threads. However, this milestone led to another challenge: each company manufactured its own threads, nuts and bolts so there was a huge range of different sized screw threads on the market, causing problems for machinery manufacturers.

It wasn’t until 1841 that Joseph Whitworth managed to find a solution. After years of research collecting sample screws from many British workshops, he suggested standardising the size of the screw threads in Britain so that, for example, someone could make a bolt in England and someone in Glasgow could make the nut and they would both fit together. His proposal was that the angle of the thread flanks was standardised at 55 degrees, and the number of threads per inch, should be defined for various diameters.
While this issue was being addressed in Britain, the Americans were trying to do likewise and initially started using the Whitworth thread.

In 1864, William Sellers proposed a 60 degree thread form and various thread pitches for different diameters. This developed into the American Standard Coarse Series and the Fine Series. One advantage the Americans had over the British was that their thread form had flat roots and crests. This made it easier to manufacture than the Whitworth standard, which had rounded roots and crests. It was found, however, that the Whitworth thread performed better in dynamic applications and the rounded root of the Whitworth thread improved fatigue performance.

During World War I, the lack of consistency between screw threads in different countries became a huge obstacle to the war effort; during World War II it became an even bigger problem for the Allied forces. In 1948, Britain, the USA and Canada agreed on the Unified thread as the standard for all countries that used imperial measurements. It uses a similar profile as the DIN metric thread previously developed in Germany in 1919. This was a combination of the best of the Whitworth thread form (the rounded root to improve fatigue performance) and the Sellers thread (60 degree flank angle and flat crests). However, the larger root radius of the Unified thread proved to be advantageous over the DIN metric profile. This led to the ISO metric thread which is used in all industrialised countries today.

Those working in the industry have witnessed much fine-tuning of bolts during recent decades. “When I started in the industry 35 years ago the strength of the bolts was not as fully defined as it is today,” recalls Eccles. “With the introduction of the modern metric property classes and the recent updates to the relevant ISO standards, the description of a bolt’s strength and the test methods used to establish their properties is now far better defined.”

As the raw materials industry has become more sophisticated, the DNA of bolts has changed from steel to other more exotic materials to meet changing industry needs.

Over the last 20 years there have been developments in nickel-based alloys that can work in high temperature environments such as turbochargers and engines in which steel doesn’t perform as well. Recent research focuses on light metal bolts such as aluminum, magnesium and titanium.

Today’s bolt technology has come a long way since the days when bolts and screws were made by hand and customers could only choose between basic steel nuts and bolts. These days, companies like Nord-Lock have invented significant improvements in bolting technology, including wedge-locking systems. Customers can select pre-assembled zinc flake coated or stainless steel washers, wheel nuts designed for flat-faced steel rims, or combi bolts, which are customised for different applications. The acquisition of US company Superbolt Inc. and Swiss company P&S Vorspannsysteme AG (today Nord-Lock AG) has added bolting products used in heavy industry, such as offshore, energy, and mining, to Nord-Lock’s portfolio, taking a huge step in becoming a world leader in bolt securing.

There is also much more emphasis now on analysing joints. “In the past, people used to decide upon a certain size of fastener based on their experience alone. And, fingers crossed, it would work,” Eccles explains. “Nowadays, people focus more on analysis and making sure things work before products are built and sent out into the market.”

 

Video: Comparison of common bolt locking methods

Video: Tightening large bolts with only hand tools

Bolt Tensioner에 Boltight를 설치하는 방법

현장에서 30 년 이상의 경험을 바탕으로 설계된 Boltight는 오늘날 볼트 텐셔닝과 관련된 요구 사항을 만족시킬 수 있는 다양한 도구를 개발했습니다.

이 텐셔너를 설치하는 것이 얼마나 쉬운 지 지금 확인하세요!

Boltight에 대한 자세한 내용을 확인하시려면 여기를 클릭하세요.

항구 크레인

4 12월 2017
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문장: Roxana Ortiz

사진: Paceco

2017년 Bolted #2에 최초 기재된 기사

고객: PACECO ESPAÑA S.A 사
적용처: 부두 크레인, 야드 크레인, 컨테이너 처리용 서비스 및 시스템
설립: 1967 년
주주: MITSUI GROUP 및 URSSA사, S. COOP사
NORD-LOCK 제품: NORD-LOCK 20 / NL20

크레인 관련 서비스 및 시스템을 컨테이너 취급 업체에 제공하는 Paceco España 사(스페인)는 변화하는 고객의 요구를 빠르게 받아들입니다. 점점 커지는 선박의 크기에 맞추어 부두와 야드 크레인은 높이와 도달 거리를 늘리는 동시에 효율성은 높여야 했습니다. 오늘날, Paceco España 사는 25개의 컨테이너 라인에서 선박을 적재하고 내릴 수 있습니다. 이 회사는 현재 시장에서 가장 크고 효율적인 크레인 중 하나인 Portainer Malaccamax를 생산합니다. 이 크레인은 도달 거리가 72.5m, 스프레더 아래 간격이 52.5m이며 레일 폭이 30.48m입니다.

2009년 Paceco España 사는 안벽 크레인에 문제가 발생하여 Nord-Lock 에 연락하였습니다. 65톤 까지 적재 가능한 이 크레인을 부두를 따라 이동시키는 기어 박스가 갠트리 리듀서이며, 작동 중에 이 갠트리 리듀서의 고정 나사가 진동으로 풀렸기 때문입니다.

문제의 원인을 분석하던 중 Paceco España 사의 엔지니어가 Nord-Lock에 문의하였고 이후 제안받은 솔루션에 Paceco España 사는 만족하였습니다. “우리는 2009 년부터 Nord-Lock 와셔를 사용해왔고 이후로 진동에 노출된 볼트 체결부에 어떠한 문제도 없습니다.”라고 엔지니어인 Pelayo Bobes씨가 말합니다. “Nord-Lock 와셔 덕분에 고객 만족도는 높이고 시간과 돈도 절약할 수 있었습니다.”

“매일 새로운 도전이 있습니다”

1 11월 2017
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문장: Chad Henderson

사진: John Kelly

Superbolt를 오래 사용한 고객들도 미국인 Mike Bruno 씨를 경력면에서 이기기 힘듭니다. 30 년 전 그는 초기 Superbolt 텐셔너를 수력 터빈에 설치하는 작업을 하였고, 지금까지도 이 텐셔너의 뛰어난 성능을 칭찬합니다. Superbolt에 관한 Mike Bruno씨의경험과 생각을 이 기사에서 공유합니다.

2017년 Bolted #2에 최초 기재된 기사

1984년에 Diablo Dam에서 최초로Superbolt 텐셔너로 작업했습니다. 어떻게 작업을 시작하게 되었습니까?
“저는 시애틀의 전력 공급 회사인 Seattle City Light에서 기계공으로 근무했습니다. 우리는 아래 기계 공장에서 일하면서 Diablo Dam으로 올라가 노동 지원을 하기도 했습니다. 1984 년 Diablo Dam의 터빈에서 고정자 – 회전자 검사를 위해 회전자를 제거하는 이 작업에는 터빈 샤프트에 장착된 스러스트 베어링의 분리가 포함되었습니다. 스러스트 블록이 1/1000 인치 이내에서 샤프트에 수직을 유지하는 것은 매우 중요합니다. 그렇지 않으면, 스러스트 블럭은 떨어져 나가거나 흔들릴 수 있습니다.”

Superbolt tensioners가 어떤 역할을 했습니까?
“ 정확한 인장력을 얻기 위해 당시에는 볼트를 가열하여 볼트의 길이를 늘린 후 설치했습니다. 이후 냉각될 때까지 밤새 기다려야만 했습니다. 스러스트 베어링이 샤프트의 위에 정확하게 안착되지 못했다면 전체 작업을 다시 시작해야만 했습니다.”

“Diablo Dam의 엔지니어는 Superbolt사와 접촉 후 이 긴 과정이 필요 없도록 볼트를 바꾸었고, 이후 우리는 이 작은 볼트로 정확히 체결할 수 있었습니다. 스러스트 베어링이 완벽하게 수직이 아닌 경우에도 반대쪽 볼트를 잡아당기면 됩니다. Superbolt로 변경하여 큰 비용을 절약할 수 있었습니다.”

현재 Wells Dam에서 근무하시는데, 어떤 일을 하시나요?
“저는 Wells Hydroelectric Project를 관리하고 모니터링하는 데 약 17년을 보냈습니다. 제 일이 언제나 흥미로운 이유는 매일 새로운 도전과 해결해야 할 일이 있다는 것입니다. 우리는 공기 시스템, 전기 시스템, 기계 시스템, 유압 시스템 등 터빈을 24시간 가동하는 데 필요한 다양한 보조 시스템을 갖추고 있습니다.”

수년 동안 댐은 어떻게 현대화되었습니까?
“가장 두드러진 변화는 대부분의 경보 시스템에 PLC를 설치한 것입니다. 현재 서로 다른 시스템에 2,500개 이상의 경보 포인트가 있어 더 많은 매개 변수의 설정이 가능하며 시간 경과에 따른 상황을 파악하고 다른 시스템과 비교할 수 있습니다. 어떤 오류가 발생하기 시작하면 매개 변수를 설정하여 경고를 얻을 수 있기 때문에 오류가 실제로 발생하기 전에 조사가 가능합니다.”

“또 다른 변화로 터빈을 다시 설치할 때 터빈 베어링 슈즈를 고정시키는 로드 스크류와 터빈의 외측 헤드 커버에Superbolt tensioners를 사용하였습니다. 외측 헤드 커버는 공간이 매우 협소하여 큰 렌치로 볼트를 체결할 수 없습니다. Superbolt는 이런 적용처에 매우 신뢰할 만합니다.”

인물: MIKE BRUNO
직위: 더글라스 카운티 공공 유틸리티 지구의 웰스 수력 발전 프로젝트 감독관
나이: 60
주소: Chelan, Washington
배경: Shoreline대학에서 산업 기술 학위 취득. Cogswell 대학 수료. 시애틀 시티 라이트에서 1990년까지 수력 기술자 및 감독직으로 일한 후 2000년까지 Skagit River Hydroelectric Project의 기계 감독자로 근무. 현재 Wells Hydroelectric Project에서 근무 중.
주요 관심사: 성인이 된 세 딸과 어린 두 손녀. 활사냥과 골프가 취미.

Hydraulic tensioning tool for nuclear reactor pressure vessel

Doosan Heavy Industries & Construction required a bolt tensioning solution to tighten nuclear reactor pressure vessel stud bolts. Boltight was contacted to design a hydraulic tensioning tool to achieve a predetermined bolt elongation, without exceeding the reactor head’s maximum allowable bearing stress.

The required bolt load was critically high (14,500 kN), and the space envelope was very small – the radial space available to install and operate the tensioner was particularly tight.

A tensioning system was designed to accommodate this high preload capacity within the space available. In realising these tools, Boltight engineers also incorporated a hydraulic piston retraction function into the design; to enable the equipment to be reset quickly, reducing operator fatigue. To compensate for dynamic joint behaviour, a spherical reaction nut and piston interface was integrated to accommodate any bending effects in the event of flange rotation.

Various safety mechanisms were incorporated to protect both the tools and the operators. Pressure relief valves were installed, and a floating gearbox design was engineered to avert damage should nut misalignment occur. The gearbox directly interfaced the geared nut which negated the need for a costly, heavy socket, and provided the necessary torque to rotate the nut.

Boltight were able to supply a complicated, bespoke design to exacting standards and achieved the tight delivery period set down by the client.

► Watch: Installation of Boltight bolt tensioner

고온의 강철을 견디는 Superbolt

18 10월 2017
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문장: Keisuke Okada & Nic Townsend

2017년 Bolted #2에 최초 기재된 기사

안전. JFE STEEL CORPORATION의 WEST JAPAN WORKS사는 세계에서 가장 크고 뛰어난 제철소 중 하나입니다. 모든 철강 플랜트와 마찬가지로 기계 및 장비의 작동 조건이 매우 까다로우며, 특히 작업자에게 위험 할 수 있습니다. 특히 용강을 평평하게 만들고 얇은 시트로 늘리는 열간 압연기는 강철의 온도가 최소 450 ° C (842 ° F)에 달합니다.

최근까지 감속기와 열간 압연기의 피니언 스탠드를 연결한 화스너는 300kg의 무게로 체결되었습니다. 이 무게는 크레인을 통해 천장에 매달려 있다가 임시 비계로 당겨진 뒤 떨어지면서 망치와 같은 렌치를 저절로 치게 됩니다. 전체 작업에는 다섯 사람이 참여합니다. 세 명은 이 무게를 당기고, 한 명은 렌치를 조으며 마지막 한 명은 크레인을 조작합니다. 각 볼트를 체결하는 데 한 시간 이상 소요되며 작업자의 안전은 보장받지 못했습니다.

Superbolt multi-jackbolt 텐셔너로 전환 후 공장에서 가장 위험한 유지 보수 작업 중 하나가 가장 안전한 작업으로 바뀌었습니다. 볼트 하나를 한 사람이 15 분 만에 안전하게 체결할 수 있게 되었습니다. 각 적용처마다 8 개의 볼트가 있어 전체적으로 가동 중단 시간의 감소 및 생산성 증가를 뚜렷이 확인할 수 있었습니다.

실제로, Superbolt multi-jackbolt 텐셔너의 뛰어난 성능이 확인되어 JFE Steel사의 후쿠야마 및 치타에 있는 다른 열간 압연기로 추가 사용하고 있습니다.

Watch: Superbolt multi-jackbolt tensioners explainer video