BOLTED

Ett forum om optimerad skruvsäkring

Washers reduce costs in propeller assembly

During the worst shipping crisis in history, Mecklenburger Metallguss reinvented the ship propeller to help the world’s largest container ships sail through the storm.

It’s late in the evening and heavily loaded lorries escorted by police cars, blue lights flashing, move through the sleepy town of Waren, north-eastern Germany. Yet the residents of the quaint little houses aren’t worried; they know it’s just another ship propeller about to leave town. Waren, with some 20,000 inhabitants, is home to Mecklenburger Metallguss GmbH (MMG) – a world leader in the design and production of propellers for large container ships. One of its crea-tions, a 131-ton, huge six-blade propeller for Maersk, holds the world record for the largest ship propeller.

It’s a tricky transport challenge. Hamburg, Germany’s largest sea-port, is more than 200 kilometres away and stopping on the autobahn is time-consuming for the convoy of long and heavy vehicles. Some years ago, a whole A-road, along with two railway tracks, had to be moved as the company grew and propeller transports kept jamming the traffic. So, what is an XXL ship supplier like MMG doing this far from the sea?

“We started manufacturing propellers 70 years ago, as the area was a Soviet occupation zone and the East German ship building industry had to be rebuilt after the war,” explains Jörn Klüss, Head of Design and Construction at MMG and a Waren native. “Back then, ship propellers were a lot smaller. Today, the know-how in the region is what makes us stay.”

CARGO CAPACITY has grown 1,200 percent over the past 40 years. Fifteen years ago, ships moved 5,000 TEU (twenty foot equivalent unit, a standard 6.1-metre shipping container). Today, ultra-large container ships load 22,000 TEU.

However, container demand collapsed during the financial crisis in 2009, and orders for new propellers stopped. “What saved us was our  ‘Retrofit’ programme,” says Klüss, “a new generation of propellers that optimises efficiency in old ships.”

UNTIL THEN, propellers were built for ships operating at the highest possible speed. After the crisis, ships started slow steaming with engines running below capacity to cut fuel consumption. Ships that used to cross the oceans at 25 knots (46.3 km/h) slowed down to 18 knots (33.3 km/h) or less.  “The slower an engine runs, the larger you can go on the propeller,” explains Klüss. “By analysing individual operating profiles, we adapt the number of blades and the diameter to determine the most efficient individual propeller.”

The company also analysed the propeller cap – the part of the propeller behind the blades that protects the steel components of the propeller shaft from seawater corrosion. It created a new energy saving cap (MMG-escap) with a new fin design that straightens the hub vortex, reducing the required torque and preventing wear on the rudder. These innovations made it possible to increase efficiency by up to 10 percent, sav-ing roughly EUR 200,000 for an Asia-Europe voyage.

MANY SHIPPING COMPANIES showed interest in upgrading old propellers with the MMG-escap, which alone increases propulsion system efficiency by up to 3 percent. Conventionally, propeller caps are fitted to the propeller with bolts secured by a chemical locking adhesive. But this requires the ship to dock for at least three days, incurring docking fees of about USD 15,000 per day, plus the cost of removing the ship from its sailing schedule. “We started thinking about attaching the new cap underwater, using divers,” says Klüss. “But that excludes the use of adhesives, which need oxygen to harden. That is how we found out about wedge-locking washers and the inventor of this technology – Nord-Lock.”

HOWEVER, the strictly regulated shipping industry relies on classification societies to ensure safety at sea and define technical standards for ship construction and operation. A ship cannot operate without classification, as it won’t get insurance or freight orders. The Nord-Lock washers hadn’t been tested and approved for use with the special copper alloy used in the propeller cap, so a certification that the washers efficiently secured the propeller cap was urgently needed. Every ship building country has its own classification organisation, and MMG works with all of them. In this case, they contacted DNV GL, one of the largest.

“If the shipping company and classification society agree, you may implement an application and perform a subsequent verification,” explains Klüss. “The Nord-Lock washers already had multiple certifications and DNV GL was motivated to test for another one due to our innovative steel-copper alloy combination.”

THE FIRST UNDERWATER ASSEMBLY of a propeller cap with Nord-Lock washers was carried out in 2014 on a large European container ship. Three divers only needed 1.5 days to do it during regular port time and without docking fees – a success. MMG, DNV GL and Nord-Lock met in September 2016. Less than a year later, the washers had been tested and approved.
“The shipping industry is very conservative,” says Klüss. “But we’ve convinced them of the diver solution’s merits, and Nord-Lock is now our new standard for all bolted joint applications.”

FACTS:
CUSTOMER:  Mecklenburger Metallguss GmbH.
END CUSTOMERS: Shipping companies across the globe, ship yards mainly in Asia.
LOCATION: Waren (Müritz) in Mecklenburg-Vorpommern, Germany.
APPLICATION: Securing a ship propeller cap with Nord-Lock washers instead of adhesives.
NORD-LOCK GROUP SOLUTION: SMO washers for stainless steel bolts.

BENEFITS GAINED:
■ Excellent locking reliability.
■ Reduction of assembly errors thanks to ease of use.
■ Possibility to fix the propeller cap to an existing propeller under water.

Friformsframställning: fördelarna för skruvbranschen

26 juni 2018
comment

Text: Richard Orange

bild: Simon Van Boxtel

Sedan det nederländska fri-formsframställningföretaget 3D Hubs startade 2013 har de producerat mer än en miljon delar, vilket har gjort dem till världsledande inom distribuerad tillverkning. Chief Marketing Officer Filemon Schöffer förklarar konceptet.

Vad är tanken bakom 3D Hubs?
– Den nuvarande värdekedjan som tillverkar varor genererar även mycket som aldrig används. Många produkter har tillverkats i stora antal för storskalig produktion, men ungefär en tredjedel blir aldrig sålda. Det distribuerad tillverkning kan tillföra är ”on demand-tillverkning”, vilket betyder att varorna produceras först när de säljs. Ingen lagerhållning, inget spill och allt kan skötas lokalt.

– Friformsframställning är en ny tillverk-ningsteknik och fungerar mycket bra som så-dan. Skeptiska åsikter kommer främst från konsumentmarknaden eftersom de flesta inte ser vad som händer. Så mitt budskap skulle vara: allt sker i tillverkningssektorn.

Vilka fördelar kan då friformsframställning innebära för tillverkningen?
– För formsprutning, som är den vanligaste tillverkningsprocessen i Kina, måste man först bygga en form och det betyder stora initiala kostnader. Eftersom inga formar används i friformsframställning är priset väldigt konkurrenskraftigt för produktion i mindre skala. Dessutom görs det on demand, så om du laddar upp en fil nu kan vi börja producera på en gång. Och eftersom processen är additiv (byggs upp skikt för skikt) går det även att göra komplicerade geometrier.

Är det några specifika branscher eller användningsområden som det här fungerar extra bra för?
– Friformsframställning erövrar prototyp-marknaden fullkomligt. Det är även praktiskt i branscher där man behöver framställa mindre mängder av högkomplexa geometrier, exempelvis proteser, hörapparater och tandimplantat. Många kommersiella flygplan innehåller redan friformsframställda delar. Reservdelar är också en stor verksamhet som verkligen påverkar on demandaspekten av friformsframställning.

Vilka är fördelarna för skruvbranschen?
– Det är faktiskt väldigt intressant. Eftersom fästelement nästan per definition är standardiserade delar lämpar de sig typiskt sett inte för friformsframställning – priset är helt enkelt inte konkurrenskraftigt.

I en bredare kontext – sett utifrån värdekedjan – kan dock friformsframställning erbjuda mycket när det gäller tillverkning av reservdelar och leveranser på beställning. Speciellt inom tekniskt underhåll kan vi se hur friformsframställning används för just det här, även för standarddelar. Och det är här jag kan tänka mig att fästelement av alla slag kan dra nytta av tekniken.

FAKTA: FILEMON SCHÖFFER
TITEL: Chief Marketing Officer, 3D Hubs, Amsterdam, Nederländerna.
ÅLDER: 32.
BAKGRUND: Jag är ingenjör inom industridesign och även fysiker, så jag vet en hel del om tillverkning, men jag har alltid arbetat med reklam och kreativ marknadsföring.
BOR: Inte långt från 3D Hubs kontor i Amsterdams trendiga Westerpark-distrikt fyllt av nystartade företag, gallerier och hippa barer.
PASSION: AFC Ajax.
INTRESSANTA FAKTA: Filemons förfader Peter arbetade med Gutenberg på 1400-talet. ”Friformsframställning har stor potential att lokalisera tillverkningen av olika saker och består av både färdighet och kunskap, och jag tror att det kan jämföras med vad tryckpressen åstadkom på sin tid.”

► Video: Watch how Superbolt uses 3D printing in their research and development

Safe and effective wind turbine maintenance

NEARLY TWO YEARS AGO, US company All Energy Management (AEM) began developing retrofits and training com-panies that service a fleet of 1,000 wind turbines in the UK, the US, Canada and Italy.

When embarking on repair work, it was found that the pins attaching the turbine blades to the rotor were wearing prematurely, along with the rotor holes. Line boring and welding when up on the turbine tower was not possible due to weight and space constraints. The only solution was to replace the rotor and pins, which took roughly 10 working days and cost USD 15,000.

Subsequently, AEM began discussions with Expander about developing a solution that would increase speed, improve efficiency and maintenance safety, and ultimately reduce costs. AEM developed a system to bore the holes out before installing the pins to ensure a reliable connection. Sets of three pivot pins and three different oversized sleeve options were supplied by Expander, which fitted perfectly into the holes depending on the degree of wear.

Fewer parts meant faster and simpler installation, while the Expander System also provided a perfect fit into the borehole, eliminating further movement causing wear. AEM has now been using the solution for over a year and is delighted with the results. “Instead of taking three days with four workers onsite to repair a turbine, it now takes us less than a day with only two workers required,” says Ian Sleger, Operations Manager. “The guys at Expander are really accommodating and the solution has freed us up to concentrate on other matters.”

Vinnarna i SpaceX-tävling väljer killåsningsbrickor

Först publicerad i Bolted #1 2018.

2015 lanserades tävlingen Hyperloop Pod Competition av ELON MUSK, miljardären bakom teknikföretagen Tesla och SpaceX som sysslar med futuristiska transportmedel. Här utmanas universitetsstudenter att designa bästa möjliga transportkapslar för Hyperloop – Musks dröm, där människor färdas inuti en kapsel svävande över ett spår med supersonic fart genom ett gigantiskt nätverk av tunnlar som kopplar samman de största städerna i världen.

Vid 2017 års tävling var WARR Hyperloopteamet från Münchens tekniska universitet de som till sist fick ta emot den lasersintrade trofén av titan. Under tävlingens gång slog de världsrekordet i att resa med hyperloop och använde då Nord-Lock killåsningsbrickor för att säkra varje skruv i sin kapsel.

DET 30 PERSONER STARKA WARR Hyperloopteamet delades in i flera delteam för att hantera olika områden från CAD-design och konstruktion till anskaffning, ekonomi och marknadsföring. Ledaren för delteamet som hade hand om CAD-design och konstruktion, Florian Janke, säger att han inspirerades av Musks vision om ett supersnabbt futuristiskt transportsystem och speciellt idén att människor en dag skulle kunna resa från München till Berlin på bara 30 minuter.

– När Musk lanserade SpaceX-tävlingarna visste jag att jag var tvungen att vara med. Vi klarade oss bra i alla delar av Hyperloop Pod Competition. I sista delen, som fokuserar på maxhastighet, lyckades vi komma upp i 324 km/h, säger han.

WARR Hyperloop-teamets lätta kapsel slog det tidigare rekordet på 310 km/h som innehades av Hyperloop One från Kalifornien, vars kapsel uppnådde denna hastighet i ett 500-metersrör.

– Det uppstår såklart stor acceleration och mycket vibrationer vid tester i så höga hastigheter i ett relativt kort rör – 1,2 km. Att skruvarna satt säkert var en prioritet, så vi använde Nord-Lock killåsningsbrickor, som håller skruvarna säkert på plats. De var perfekta, förklarar Janke.

WARR-teamet har registrerat sig för nästa Hyperloop-tävling som är den tredje och har redan klarat första uttagningen. Några deltagare från det gamla teamet är även med i 2018 års team i nya roller och ansvarsområden, men de flesta av dem fortsätter med sina studier. Några reser från mässa till mässa och visar upp 2017 års vinnande kapsel.

EFTERSOM TEAMET HADE ett nära samarbete med många tillverkare för att få ekonomiskt stöd och tillgång till olika delar har några teammedlemmar i efterhand varit på intervjuer hos dessa företag och kommer eventuellt att börja arbeta hos dem.

Nytt nummer av Bolted ute nu!

Nummer 1 – 2018 av Bolted är nu ute! Precis som vanligt är detta numret fullt av intressanta artiklar och insikter från skruvsäkringsbranschen.

I det här numret av Bolted tittar vi närmare på hur produktionsprocessen av en traditionell skruv ser ut – från råmaterial till skräddarsydda applikationer.

Vi har träffat experten Filemon Schöffer för att prata trender inom friformsframställning (3D-printing), och vi har besökt det tyska företaget ”MMG” som producerar gigantiska propellrar – huvudsakligen för fartyg.

Och givetvis mycket mer.

Bolted finns tillgängligt på 9 olika språk, som du kan läsa här:
Engelska
Tyska
Franska
Svenska
Finska
Japanska
Kinesiska
Koreanska
Spanska

Vill du få Bolted gratis hem i brevlådan? Prenumerera genom att klicka här!