{"id":3999,"date":"2025-06-23T12:50:55","date_gmt":"2025-06-23T10:50:55","guid":{"rendered":"https:\/\/www.emag.com\/blog\/?p=3999"},"modified":"2025-06-23T12:50:55","modified_gmt":"2025-06-23T10:50:55","slug":"wie-funktioniert-bohrturm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.emag.com\/blog\/wie-funktioniert-bohrturm\/","title":{"rendered":"Wie funktioniert eigentlich… ein Bohrturm? F\u00fcnf Fragen \u2013 F\u00fcnf Antworten"},"content":{"rendered":"

Bohrt\u00fcrme (Drilling Rigs) sind komplexe Anlagen, die dazu dienen, tiefe Bohrungen in den Untergrund vorzunehmen \u2013 beispielsweise zur F\u00f6rderung von Erd\u00f6l oder Erdgas. Zentrales Element ist der Bohrstrang, der aus zahlreichen Stahlrohren besteht, die \u00fcber Gewindeverbindungen miteinander verschraubt sind. Diese Rohre und die verbindenden Gewindemuffen (Kupplungen) m\u00fcssen enormen mechanischen Belastungen standhalten und absolut zuverl\u00e4ssig abdichten. In diesem Blogbeitrag beleuchten wir, wie ein Bohrturm und seine Rohrsysteme funktionieren und wie insbesondere die spanende Fertigung der Rohre und Muffen abl\u00e4uft. Im Fokus stehen dabei Werkzeugmaschinen der EMAG Gruppe \u2013 insbesondere die Baureihen USC (f\u00fcr Rohre) und VSC (f\u00fcr Muffen) \u2013, die bei der Bearbeitung von OCTG-Komponenten (Oil Country Tubular Goods) zum Einsatz kommen.<\/strong><\/p>\n

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1. Wie ist ein Bohrturm aufgebaut und welche Rolle spielen Rohre und Muffen darin?<\/strong><\/h3>\n

Ein Bohrturm ist eine hohe Stahlkonstruktion (Derrick), die \u00fcber dem Bohrloch errichtet wird und als zentrales Hebe- und F\u00fchrungsger\u00fcst f\u00fcr die Bohrarbeiten dient. Im Inneren des Bohrturms befinden sich Hebezeuge (Flaschenzug) und ein drehmomentstarker Antrieb (entweder ein Drehtisch am Boden oder ein moderner Top Drive im Turm), der den Bohrstrang rotieren l\u00e4sst. Der Bohrstrang selbst besteht aus vielen einzelnen Bohrrohren, die zu einem immer l\u00e4nger werdenden Rohrgest\u00e4nge zusammengeschraubt werden. So wird nach und nach die erforderliche Tiefe erreicht. Am unteren Ende dieses Rohrstrangs sitzt der Bohrmei\u00dfel, der das Gestein zertr\u00fcmmert. Die Verschraubung der Rohre erfolgt entweder \u00fcber angeschwei\u00dfte Werkzeugkupplungen (bei Bohrgest\u00e4nge in Form von integralen Werkzeugverbindungen) oder \u2013 besonders bei F\u00f6rder- und Futterrohren \u2013 \u00fcber separate Gewindemuffen. Eine Gewindemuffe ist im Grunde ein kurzes dickwandiges Rohrst\u00fcck mit Innengewinde an beiden Enden, das zwei Rohre verbindet. W\u00e4hrend der Bohrung werden die einzelnen Rohre also mittels dieser Gewindeverbindungen fortlaufend hinzugef\u00fcgt oder herausgenommen. Sp\u00e4ter, nach Erreichen der Endtiefe, wird das Bohrloch mit gr\u00f6\u00dferen Futterrohren (Casing) ausgekleidet und diese wiederum mit Muffen verschraubt und zementiert, um das Bohrloch stabil auszukleiden. Auch im F\u00f6rderstrang (Production Tubing) kommen Gewindeverbindungen zum Einsatz, um das gef\u00f6rderte Medium sicher nach oben zu leiten.<\/p>\n

\"Ansicht

Ein klassischer Bohrturm (\u201eDerrick\u201c) mit Hebewerkzeugen zur Handhabung des Bohrgest\u00e4nges.<\/p><\/div>\n

Warum sind diese Rohre und Muffen so wichtig? Sie bilden das R\u00fcckgrat des Bohrbetriebs. Die Gewindeverbindungen m\u00fcssen das gesamte Gewicht des Bohrstrangs (teils mehrere Hundert Tonnen) tragen k\u00f6nnen, w\u00e4hrend gleichzeitig Rotation und oft Biegungen stattfinden. Zudem m\u00fcssen z.B. die Casing-Verbindungen dem Innendruck und der Korrosion standhalten. Ein Versagen der Verbindung h\u00e4tte schwerwiegende Folgen \u2013 vom Verlust des Bohrstrangs bis hin zu Blowouts. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Passgenauigkeit und Belastbarkeit der Gewinde. Die Qualit\u00e4t dieser Verbindungen wird ma\u00dfgeblich durch die pr\u00e4zise zerspanende Fertigung der Gewindeprofile an Rohren und Muffen bestimmt. Hier kommen Drehmaschinen \u2013 wie die EMAG USC- und VSC-Baureihen \u2013 ins Spiel, die f\u00fcr solche Aufgaben konzipiert sind.<\/p>\n

\"Grafik

Schematische Darstellung des Aufbaus einer verrohrten \u00d6l- oder Gasbohrung w\u00e4hrend des F\u00f6rderzustandes.<\/p><\/div>\n

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2. Welche Anforderungen werden an Gewindeverbindungen (API, GOST, Premium) gestellt?<\/strong><\/h3>\n

Gewindeverbindungen f\u00fcr Bohrrohre und Muffen unterliegen strengen internationalen Normen und Spezifikationen. Weltweit gebr\u00e4uchlich sind vor allem Standards der API (American Petroleum Institute, z.B. API 5CT f\u00fcr Casing-\/Tubing-Gewinde) sowie der russischen GOST-Norm. Diese definieren Geometrie und Toleranzen der Gewinde sehr genau, sodass Teile unterschiedlicher Hersteller kompatibel sind. Typische API-Gewindeprofile sind z.B. API Round Thread (rundprofiliges Gewinde, meist an Futterrohren) und API Buttress Thread (trapezf\u00f6rmiges Gewindeprofil mit hoher Scherfestigkeit, oft an Futterrohren). GOST-Profile sind \u00e4hnlich gelagert f\u00fcr den eurasischen Raum. In jedem Fall m\u00fcssen solche Standardgewinde pr\u00e4zise gefertigt sein: Gewindesteigung, Flankenwinkel, Durchmesser und L\u00e4ngenma\u00dfe unterliegen engen Toleranzen, um die Dichtheit und Festigkeit der Verbindung zu garantieren.<\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus gibt es sogenannte Premium-Gewinde. Dabei handelt es sich um gasdichte firmenspezifische Spezialgewinde, die \u00fcber die API-Anforderungen hinausgehen. Premium-Verbindungen besitzen oft optimierte Profile mit gasdichten Metall-Metall-Dichtungen, h\u00f6herer Drehmoment\u00fcbertragung und verbesserten Dicht- und F\u00fcgefl\u00e4chen. Sie kommen zum Einsatz, wenn besondere Anforderungen gestellt sind \u2013 etwa bei sehr hohen Dr\u00fccken, tiefen Bohrungen, h\u00e4ufigen Auf- und Abbauzyklen oder korrosiven Umgebungen. Premium-Gewinde erfordern in der Regel eine noch h\u00f6here Fertigungsgenauigkeit und komplexere Profilformen.<\/p>\n

Generelle Anforderungen an alle diese Gewindeverbindungen sind: hohe Ma\u00dfhaltigkeit, Oberfl\u00e4cheng\u00fcte ohne Kerbwirkungen sowie reproduzierbare Qualit\u00e4t jedes einzelnen Gewindes. Die Fertigung erfordert daher streng kontrollierte Prozesse \u2013 vom richtigen Werkstoff und W\u00e4rmebehandlung bis zur Endkontrolle. So m\u00fcssen z.B. Materialg\u00fcte, Zugfestigkeit, Kerbschlagz\u00e4higkeit, Gewindeform (Profil, Gangzahl pro Zoll, Konizit\u00e4t) exakt stimmen und werden durch entsprechende Tests und Lehren gepr\u00fcft. Bei Premium-Verbindungen sind die Toleranzen oft noch enger. Moderne Werkzeugmaschinen wie die von EMAG sind in der Lage, all diese verschiedenen Gewindetypen mit h\u00f6chster Pr\u00e4zision herzustellen. Die EMAG VSC- & USC-Maschinen decken s\u00e4mtliche im \u00d6lfeld-Bereich ben\u00f6tigten Gewinde ab \u2013 von API und GOST bis zu Premium.<\/p>\n

Ein praktisches Beispiel f\u00fcr eine Anforderung ist die Dichtheit: Bei vielen Verbindungen \u00fcbernimmt das Gewinde auch eine Abdichtfunktion. Hier m\u00fcssen die Gewindeflanken und ggf. Schulterfl\u00e4chen so bearbeitet sein, dass sie unter Anzugsmoment metallisch dicht abschlie\u00dfen (zus\u00e4tzlich werden oft Dichtungsringe oder spezielle Fettmittel verwendet). Auch dies stellt hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Gewindeprofile.<\/p>\n

\"Verschiedene

Hochpr\u00e4zise bearbeitete Muffen und Rohre mit Gewindeverbindungen nach API, GOST und Premium-Standard.<\/p><\/div>\n

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3. Wie werden Rohre bearbeitet?<\/strong><\/h3>\n

Die Bearbeitung von Rohrenden (Au\u00dfengewinde, Planfl\u00e4chen, Fasen etc.) erfolgt auf speziellen Drehmaschinen der EMAG USC-Baureihe. Diese Maschinen sind ausdr\u00fccklich f\u00fcr die Rohrbearbeitung ausgelegt und besitzen einen \u00e4u\u00dferst steifen Aufbau. Der Maschinengrundk\u00f6rper aus Polymerbeton (MINERALIT\u00ae) sorgt f\u00fcr hohe Stabilit\u00e4t und Schwingungsd\u00e4mpfung \u2013 ein entscheidender Faktor, um die gro\u00dfen Gewindeschneidkr\u00e4fte pr\u00e4zise aufzunehmen. Alle wichtigen Baugruppen (Spindelstock, Werkzeugtr\u00e4ger, Bett) sind robust ausgef\u00fchrt und meist fl\u00fcssigkeitsgek\u00fchlt, um thermische Stabilit\u00e4t zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n

Ein zentrales Merkmal der USC-Maschinen ist der integrierte Hauptspindel-Antrieb. Der Spindelmotor ist direkt in die Spindeleinheit eingebaut (Direct Drive) und liefert hohe Leistung und hohes Drehmoment. Dadurch k\u00f6nnen auch gro\u00dfe Rohrdurchmesser mit entsprechenden Schnittkr\u00e4ften bearbeitet werden. Mit einer Hauptspindelleistung von 120 kW verf\u00fcgt die USC 21 \u00fcber gen\u00fcgend Leistungsreserven, um selbst 16″-Gewindegr\u00f6\u00dfen in Stahl effizient zu schneiden. Zudem erm\u00f6glicht der Direktantrieb eine \u00e4u\u00dferst genaue Positionierung der Spindel (wichtig f\u00fcr Gewindeanl\u00e4ufe und Mehrzahn-Gewindeschneidplatten) sowie schnelles Abbremsen\/Beschleunigen im Gewindeschnitt, was die Prozesszeit optimiert. Diese Pr\u00e4zision ist mit konventionellen riemen- oder getriebebetriebenen Spindeln kaum zu erreichen.<\/p>\n

Zur Rohrspannung verf\u00fcgen USC-Maschinen \u00fcber ein Doppel-Spannfutter-System: ein Spannfutter an der Vorderseite und eines an der R\u00fcckseite der Spindel. Beide greifen synchron das Rohr vorne und hinten hydraulisch (optional pneumatisch oder mechanisch) und zentrieren es exakt. Dadurch ist das Rohr w\u00e4hrend der Bearbeitung \u00fcber die gesamte L\u00e4nge stabil abgest\u00fctzt. Zus\u00e4tzlich gibt es Zentriereinrichtungen: Separate NC-gesteuerte Zentrierpinolen k\u00f6nnen innen oder au\u00dfen am Rohr zur Unterst\u00fctzung ansetzen. Auch eine Rohranschlageinrichtung sowie eine Einheit zum Einsetzen von abkoppelbaren Stopfen sind vorhanden. Letztere dient dazu, einen Innenstopfen ins Rohrende einzusetzen, der insbesondere bei Gewindebearbeitungen als Unterst\u00fctzung gegen Vibrationen wirkt und anschlie\u00dfend wieder abgekoppelt wird.<\/p>\n

2-Achs-, 4-Achs- und 6-Achs-Bearbeitung: Die USC 21-Baureihe ist modular sowohl f\u00fcr die einfache 2-Achs-Bearbeitung als auch f\u00fcr mehrachsige Bearbeitung konfigurierbar. In der 2-Achs-Version arbeitet die Maschine mit einem einzelnen Werkzeugrevolver und bearbeitet die Rohrenden sequenziell (alle Bearbeitungsschritte nacheinander). Diese Konfiguration ist robust und gen\u00fcgt z.B. f\u00fcr Standardgewinde mit moderaten St\u00fcckzahlen.<\/p>\n

Weitaus h\u00e4ufiger kommt die 4-Achs-Variante zum Einsatz: Hier sind zwei Werkzeugrevolver vorhanden \u2013 \u00fcblicherweise ein oberer und ein unterer Revolver \u2013 die simultan am Werkst\u00fcck arbeiten. Damit k\u00f6nnen zwei Werkzeuge gleichzeitig an einem Rohrende im Eingriff sein. In der Praxis wird z.B. oft so gearbeitet, dass ein Revolver die Au\u00dfenkontur bearbeitet, w\u00e4hrend der andere Revolver innen am Rohr (f\u00fcr Innenkontur und zum Drehen der Planfl\u00e4chen) arbeitet. Alternativ k\u00f6nnen sich beide Revolver auch die Au\u00dfenbearbeitung des Gewindes aufteilen (einer schruppt, der andere schlichtet gleichzeitig). Die 4-Achs-Bearbeitung f\u00fchrt zu deutlich verk\u00fcrzten Bearbeitungszeiten und ist besonders bei Premiumgewinden mit mehreren Bearbeitungsschritten vorteilhaft.<\/p>\n

Die 6-Achs-Bearbeitung treibt das Prinzip noch weiter: In dieser Ausbaustufe verf\u00fcgt z.B. der obere Revolver \u00fcber einen Doppel-Kreuzschlitten (zwei unabh\u00e4ngige X-Z-Schlitten auf einer Seite), sodass hier zwei Werkzeuge an einem Rohrende gleichzeitig unterschiedliche Positionen bearbeiten k\u00f6nnen. Zusammen mit dem unteren Revolver (2 Achsen) ergibt dies sechs CNC-Achsen. In der Praxis k\u00f6nnen so sogar drei Werkzeuge gleichzeitig im Einsatz sein \u2013 beispielsweise ein Werkzeug f\u00fcr das Kegeldrehen und Gewinde schneiden, ein Werkzeug f\u00fcr die Au\u00dfenfase, Planfl\u00e4che und Innenfase, w\u00e4hrend unten ggf. parallel das Kegeldrehen und Gewindeschneiden abl\u00e4uft.<\/p>\n

Die 6-Achs-L\u00f6sung ist pr\u00e4destiniert f\u00fcr maximale Produktivit\u00e4t in Fertigungslinien mit hohem Durchsatz und vielen Premium-Verbindungen, da sie die Zykluszeit pro Rohr drastisch reduziert. Durch die parallele Nutzung mehrerer Werkzeuge entfallen auch Zeitverluste, etwa durch Revolverdrehungen \u2013 viele Bearbeitungsg\u00e4nge finden simultan statt.<\/p>\n

Zusammenfassend bieten die USC-Rohrbearbeitungsmaschinen h\u00f6chste Flexibilit\u00e4t und Effizienz. Alle g\u00e4ngigen Gewindetypen \u2013 sei es ein API, GOST oder ein komplexes Premium-\/ Integral- Innen (BOX) \/ Au\u00dfen (PIN)-Gewinde \u2013 k\u00f6nnen auf ein und derselben Maschine gefertigt werden. Dank steifem Maschinenaufbau und pr\u00e4ziser Achsen erreichen sie die erforderliche Gewindeg\u00fcte (Profilgenauigkeit, Flankenwinkel, Steigung) prozesssicher.<\/p>\n

\"Innenansicht

Blick in den Arbeitsraum der USC 21 von EMAG mit zwei Revolvern f\u00fcr die simultane Bearbeitung.<\/p><\/div>\n

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4. Wie erfolgt die Bearbeitung von Gewindemuffen?<\/strong><\/h3>\n

F\u00fcr die Gewindebearbeitung an Muffen (Kupplungen) \u2013 den kurzen Verbindungsst\u00fccken mit Innengewinde \u2013 hat EMAG verschiedene Maschinenkonzepte im Programm, insbesondere die vertikalen Drehmaschinen der VSC-Baureihe. Muffen sind typischerweise im Durchmesser \u00e4hnlich wie die Rohre, jedoch relativ kurz. Sie besitzen beidseitig Innengewinde, die pr\u00e4zise geschnitten werden m\u00fcssen. Die Bearbeitung erfolgt meist in zwei Einspannungen: Vorschruppen (Innendrehen der ersten Muffenh\u00e4lfte) und das eigentliche Gewindeschneiden sowie ggf. Drehen der Dichtfl\u00e4chen. Au\u00dferhalb des Arbeitsraums wird die halbseitig bearbeitete Muffe um 180\u00b0 gewendet. Anschlie\u00dfend erfolgt die Bearbeitung der zweiten Muffenh\u00e4lfte. EMAG bietet hier sowohl Einzelspindel- als auch Doppelspindel-Maschinen an, je nach geforderter Ausbringungsmenge.<\/p>\n

VSC-Baureihe (vertikale Pick-up-Drehmaschinen): <\/strong><\/h4>\n

Die EMAG VSC 450 und VSC 500 sind Vertikaldrehmaschinen, die speziell f\u00fcr die Muffenbearbeitung angepasst wurden. Das Besondere an Vertikalmaschinen: Die Arbeitsspindel steht senkrecht \u00fcber dem Werkst\u00fcck und dient zugleich als Ladungssystem (Pick-up-Spindel). Das bedeutet, die Spindel kann aus dem Arbeitsraum hinausfahren, greift das Rohteil (Muffen-Rohling) von oben und bringt es selbstst\u00e4ndig in den Arbeitsraum \u2013 ohne dass ein separates Handlingsger\u00e4t n\u00f6tig ist. Dieses Prinzip macht jede Maschine zu einer eigenen Fertigungszelle, verk\u00fcrzt Ladewege und -zeiten enorm und vereinfacht die Verkettung in Linien. In der Maschine wird die Muffe in einem sechsbackigen Spannfutter gespannt. Die sechs Spannbacken verteilen die Klemmkraft gleichm\u00e4\u00dfig rundum \u2013 wichtig, um die meist relativ d\u00fcnnwandigen, aber kurzen Muffen ohne Verformung sicher zu spannen. Der Revolver mit den Werkzeugen ist bei der VSC unten im Arbeitsraum positioniert. Diese Anordnung \u2013 Werkzeuge unter dem Werkst\u00fcck \u2013 hat den Vorteil eines idealen freien Sp\u00e4nefalls: Die Schwerkraft bef\u00f6rdert die Sp\u00e4ne direkt nach unten weg, ohne dass sie sich auf Werkzeugen oder F\u00fchrungen ablagern. Zudem sind alle empfindlichen F\u00fchrungen, Messsysteme und Kugelgewindetriebe oberhalb und au\u00dferhalb des Arbeitsraums angebracht und durch Abdeckungen gesch\u00fctzt. K\u00fchlmittel und Sp\u00e4ne gelangen so kaum in kritische Bereiche, was die Langlebigkeit erh\u00f6ht. Die Maschinenbasis aus Mineralguss sorgt auch hier f\u00fcr hohe Steifigkeit und D\u00e4mpfung \u2013 wichtig bei unterbrochenen Schnitten.<\/p>\n

Ein praktisches Problem beim Gewindeschneiden von Muffen sind die entstehenden Sp\u00e4ne. Aufgrund der kontinuierlichen Schnitte entstehen oft lange, bandf\u00f6rmige Sp\u00e4ne. In einer vertikalen Maschine w\u00fcrden diese zwar prinzipiell nach unten fallen; jedoch bei kleinen Muffendurchmessern (z.B. 60\u201390\u00a0mm) neigt der Gewindespiralspan dazu, sich zu einem Kn\u00e4uel zusammenzurollen und innerhalb der Muffe liegenzubleiben. EMAG hat hierf\u00fcr eine clevere L\u00f6sung integriert: Nach Fertigstellung des Gewindes wird \u00fcber die Spindel ein Hochdruck-K\u00fchlschmierstoffsto\u00df durch das Spannfutter direkt in die Muffe geschossen, der das Span-Kn\u00e4uel zuverl\u00e4ssig aus der Muffe herausbef\u00f6rdert. So ist sichergestellt, dass kein Span im fertigen Gewinde verbleibt. Generell kommt Hochdruck-KSS beim Gewindeschneiden auch w\u00e4hrend der Bearbeitung zum Einsatz, um die Sp\u00e4ne zu brechen und abzutransportieren.<\/p>\n

F\u00fcr hohe Ausbringungsmengen bietet EMAG die VSC-Maschinen auch als DUO-Variante an \u2013 z.B. die VSC 500 DUO. Dabei sind zwei Spindeln auf getrennten Spindelschlitten nebeneinander verbaut. Beide Spindeln arbeiten parallel und k\u00f6nnen jeweils eine Muffenh\u00e4lfte bearbeiten, was die St\u00fcckzahl pro Stunde nahezu verdoppelt. Die Automatisierung ist so ausgelegt, dass die Pick-up-Spindeln unabh\u00e4ngig voneinander be- und entladen werden. EMAG nutzt daf\u00fcr einen Shuttle mit mehreren Palettenpl\u00e4tzen: Auf zwei Paletten liegen Rohlinge bereit, auf zwei weiteren werden fertige oder halbfertige Muffen abgelegt. Die Spindeln holen sich nacheinander neue Rohteile und legen die bearbeiteten Teile ab. Dieses Prinzip erm\u00f6glicht einen unterbrechungsfreien Betrieb \u2013 ein Schl\u00fcssel zu hoher Produktivit\u00e4t. Selbst wenn nur eine Spindel produziert (z.B. w\u00e4hrend Werkzeugwechsel an der anderen), kann die Anlage weiterlaufen.<\/p>\n

Ein weiteres Highlight ist die F\u00e4higkeit, unsauber ges\u00e4gte Rohlinge aufzunehmen. Oft sind die Enden der angelieferten Rohrabschnitte nicht exakt rechtwinklig, sondern leicht schr\u00e4g (\u201eTrapezform\u201c des Abschnitts). Die VSC-Paletten sind federnd gelagert, sodass beim Aufnehmen einer solchen schr\u00e4gen Muffe die Nachgiebigkeit der Feder den Schiefschnitt bis zu ca. 1,5 % des Durchmessers kompensiert. Konkret: Bei ~200 mm Durchmesser k\u00f6nnen etwa 3 mm Schiefstand ausgeglichen werden.<\/p>\n

\"Nahaufnahme

Vertikaler Arbeitsraum der VSC 500, optimiert f\u00fcr perfekte Sp\u00e4neabfuhr und pr\u00e4zise Muffenbearbeitung.<\/p><\/div>\n

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5. Welche Vorteile bieten integrierte EMAG Fertigungsl\u00f6sungen f\u00fcr Rohre und Muffen?\u00a0<\/strong><\/h3>\n

EMAG versteht sich nicht nur als Maschinenlieferant, sondern als Systemanbieter f\u00fcr komplette Fertigungslinien. Das hei\u00dft, f\u00fcr die Herstellung von OCTG-Rohren und -Muffen k\u00f6nnen komplette Prozessketten aus einer Hand realisiert werden \u2013 vom Rohmaterial bis zum fertigen Gewinderohr\/-muffe inklusive aller Nebenprozesse. F\u00fcr den Kunden hat dies erhebliche Vorteile:<\/p>\n