Aufsteckflansche: Anwendungen und Vorteile

Aufsteckflansche sind in vielen Branchen ein wichtiges Bauteil: Sie lassen sich einfach montieren und sind zugleich kostengünstig. Vielleicht arbeiten Sie in einer der genannten Branchen oder im Bauwesen. In jedem Fall helfen Ihnen diese Flansche, den Nutzen und die Funktion solcher Verbindungselemente zu verstehen, ohne die Leistungsfähigkeit des Systems zu beeinträchtigen. Dieser Leitfaden beleuchtet die Auslegung und Einsatzbereiche von Aufsteckflanschen sowie die Vorteile ihrer Bauweise. Wenn Sie Ihre Abläufe effizienter gestalten, Logistik- oder Montageprozesse vereinfachen oder beschleunigen oder vorgeschriebene Normen einhalten müssen, finden Sie hier die nötigen Informationen. Lesen Sie weiter und erfahren Sie, wie Aufsteckflansche Ihrem Unternehmen neue Möglichkeiten eröffnen.

Was ist ein Aufsteckflansch?

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Ein Aufsteckflansch ist so ausgelegt, dass er locker über das Rohrende geschoben und anschließend entlang der Verbindung verschweißt wird. Er verfügt über einen kurzen Ansatz, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs. Das erleichtert die Ausrichtung vor dem Schweißen. In der Industrie wird diese Flanschbauart häufig wegen ihrer unkomplizierten Montage, der geringen Materialkosten und ihrer Eignung für den Einsatz bei niedrigem Druck gewählt. Bei der Montage lässt sich die Verbindung geringfügig im Winkel anpassen. So wird die sonst mühsame exakte Ausrichtung bei weniger anspruchsvollen Anwendungen erleichtert.

Aufbau des Flansches verstehen

Ein Flansch ist ein hervorstehender Ring an einem Bauteil, mit dem Rohre, Ventile, Pumpen und weitere Elemente verbunden werden. Er erhöht die Festigkeit und ermöglicht sichere Verbindungen, ohne dass der Flansch verrutscht.

Anwendungen in Rohrleitungssystemen

Schweißverbindungen, Kupplungen und Gewindefittings schaffen dichte Leitungswege für flüssige Brennstoffe, Prozesswasser oder Druckgase.
Flansche dienen auch als Anschlusspunkte für Ventile, Siebe und Dosierpumpen und machen aus einer einfachen Rohrleitung einen anpassungsfähigen Kreislauf.
Handlöcher und Inspektionstüren lockern die schlichte Stahloberfläche auf und ermöglichen Technikern, den Zustand des Systems zu messen, zu reinigen oder zu dokumentieren.
Schnellkupplungen ermöglichen es den Teams, kurzfristig Leitungsabschnitte auszutauschen und so die Ausfallzeit bei dringenden Reparaturen zu minimieren.
Dehnungsschleifen und geflochtene Kompensatoren schützen das Rohr vor Hitzespitzen und Maschinenvibrationen und verlängern so seine Einsatzdauer.
Reduzierflansche verbinden Rohre der Wanddickenreihe 40 mit überdimensionierten Antrieben und gleichen ungewöhnliche Abmessungen ohne Sonderanfertigung aus.
Dichtungen aus PTFE oder Inconel greifen in die gezahnten Dichtflächen und halten Säuredämpfe sowie Druckspitzen im Hydrauliksystem zurück, die Papierdichtungen zerstören würden.

Vorteile gegenüber anderen Flanschtypen

Der Aufsteckflansch erleichtert außerdem die Ausrichtung der Schraubenlöcher und verkürzt so die Montagezeit.
Verstärkte Werkstoffe erhöhen die Festigkeit und eignen sich daher für Hochleistungsanwendungen.
Geeignet für viele Rohr- und Futterrohrwerkstoffe, darunter Edelstahl, Kohlenstoffstahl und verschiedene Sonderwerkstoffe.
Geeignet für Auslegungen mit oder ohne komplexe Rohrleitungsnetze sowie für Systeme, in denen die Rohrleitungen unterschiedlichen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind.
Die Flansche ermöglichen dichte und zuverlässige Verbindungen und verringern so mögliche Leckagepfade. Sie sind eine kostengünstige Lösung für standardisierte Rohrleitungssysteme und weitere Anlagen.
Der Flansch ist vollständig verschleiß- und korrosionsbeständig und dadurch langlebig.
Dank der robusten Bauweise und der widerstandsfähigen Bauteile ist bei den meisten Komponenten nur wenig Instandhaltung erforderlich.
Er ermöglicht den Einsatz unter unterschiedlichsten Hochdruckbedingungen, ohne die Leistung oder Sicherheit zu beeinträchtigen.
Erfüllt einschlägige Regelwerke wie ASME, ANSI und ISO und eignet sich dadurch für den Einsatz in branchenübergreifenden Anwendungen.

Wie wird ein Aufsteckflansch montiert?

Vorbereitung von Rohr und Fitting

Erfahrene Mechaniker betonen, dass eine sorgfältige Vorbereitung über Erfolg oder Misserfolg der Montage eines Aufsteckflansches entscheidet – und meistens haben sie recht. Prüfen Sie zunächst Rohr und Flansch auf Risse, Kratzer und Verformungen, um mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen. Reinigen Sie anschließend die Oberflächen mit einer Drahtbürste oder einem Lösungsmittel, um Fett, Schmutz und Korrosion zu entfernen. So liegt das saubere Metall für die Verbindung frei. Ist das Rohrende unsauber geschnitten, entgraten Sie es und bringen Sie die Fase entsprechend den Zeichnungsvorgaben an. Auch der Durchmesser ist wichtig: Stimmen der Außendurchmesser des Rohrs und der Innendurchmesser des Flansches genau überein, wird die Verbindung unter Belastung nicht verbogen. Prüfen Sie unmittelbar vor dem Schweißen noch einmal die Abmessungen und drehen Sie den Flansch so, dass er zu den anzuschließenden Anlagen oder Rohrleitungen ausgerichtet ist.

Schweißverfahren für Aufsteckflansche

Verbindungen mit Aufsteckflanschen müssen dicht sein. Das lässt sich mit zwei Kehlnähten an beiden Enden erreichen. Eine Kehlnaht wird innen am Ende der Flanschtasche angebracht, die andere außen am oberen Flanschende. Das Rohr darf nicht zu weit in den Flansch eingeschoben werden. Welches Schweißverfahren zum Einsatz kommt, richtet sich nach der Anwendung und der verfügbaren Schweißanweisung.

Die richtige Dichtung ausrichten

Die korrekte Positionierung einer Dichtung ist einer der einfachsten, aber oft übersehenen Schritte, um Flanschleckagen zu verhindern. Zuerst muss das Material mit den Medien, Drücken und Temperaturen kompatibel sein, denen es im Betrieb ausgesetzt wird. Wird die Dichtung mittig zwischen den Flanschen positioniert, verteilt sich die Druckbelastung gleichmäßig. Bei einer außermittigen Lage konzentriert sich die Spannung dagegen auf einen schmalen Bereich. Eine verdrehte oder schief eingesetzte Dichtung kann herausgedrückt werden, sich übermäßig verformen oder schon Wochen vor der nächsten Inspektion versagen. Wischen Sie vor dem Anziehen die Dichtflächen sauber und prüfen Sie sie auf Kerben, Riefen und Verformungen. Spezielle Montagehilfen wie Dichtungsstifte, Führungsringe oder auch kurze Stangenstücke halten die Dichtung beim Einsetzen der Schrauben in Position. Dieser kleine Mehraufwand entscheidet oft darüber, wie lange die Verbindung dicht bleibt.

Werkstoffe für Aufsteckflansche

Entscheidung zwischen Edelstahl und Kohlenstoffstahl

Ob für Aufsteckflansche Kohlenstoffstahl oder Edelstahl verwendet werden sollte, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. In Umgebungen mit hoher Korrosionsgefahr, etwa in der chemischen Verarbeitung oder im maritimen Bereich, bevorzuge ich Edelstahl. Wenn dagegen ein günstiger Werkstoff für Anwendungen mit hoher Belastung benötigt wird, empfehle ich Kohlenstoffstahl. Meine Entscheidung richtet sich stets nach den Betriebsbedingungen, dem verfügbaren Budget und der Verschleißbeständigkeit des Bauteils.

Vorteile von Flanschen mit Dichtleiste

Verbesserte Dichtwirkung: Bei Flanschen mit Dichtleiste konzentriert sich der Dichtungsdruck auf eine kleinere Fläche. Dadurch lässt sich eine wirksamere und zuverlässigere Abdichtung erreichen.
Vielseitige Dichtungsauswahl: Sie eignen sich für fast alle Dichtungsarten, darunter weichere Dichtungen und Spiraldichtungen für nahezu jede Anwendung.
Beständigkeit gegen Druck und Hitze: Für Hochdruck- und Hochtemperatursysteme ausgelegt, da sie eine besonders gute Dichtwirkung bieten.
Einfache Montage: Die Dichtleisten erleichtern beim Einbau die Ausrichtung der zu verbindenden Flächen und verringern den Zeitaufwand sowie die Fehlerquote.
Einsatz in der Industrie: Diese Flansche werden seit Langem verwendet und sind in vielen Branchen als Norm für bestehende Rohrleitungssysteme und Anlagen etabliert.
Langlebigkeit und Reparatur: Sie gewährleisten eine angemessene Lebensdauer. Bei geeigneter Werkstoffauswahl und fachgerechter Montage tritt zudem nur selten Korrosion auf.

Wichtige Aspekte für Hochdruckanwendungen

Werkstoffauswahl:Wählen Sie Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit, die den auftretenden Spannungen während des Einsatzes standhalten und nicht versagen.
Dichtwirkung:Verwenden Sie für den jeweiligen Druck ausgelegte Dichtungen, um Leckagen zu begrenzen und die Kontaktflächen sicher in Position zu halten.
Thermische Kompatibilität: Prüfen Sie, ob alle Werkstoffe, Verbindungselemente und Dichtungen sowie die übrigen konstruierten Systeme den Betriebstemperaturbereichen ohne erheblichen Verschleiß standhalten.
Fachgerechte Montage: Halten Sie die vorgegebenen Anzugsdrehmomente und Ausrichtungsanweisungen genau ein, damit keine übermäßigen Kräfte entstehen und die Bauteile korrekt positioniert sind.
Prüfungen im Betrieb:Legen Sie regelmäßige Inspektionen fest, um Kriechverformung, Ermüdung oder Spannungsrisskorrosion im Hochdrucksystem frühzeitig zu erkennen.
Druckstufen und Belastbarkeit bewerten:Stellen Sie sicher, dass die einzelnen Bauteile für den Nenndruck ausgelegt sind oder diesen überschreiten. Führen Sie bei Bedarf hydrostatische und pneumatische Prüfungen durch.
Sicherheitsmaßnahmen:Installieren Sie geeignete Sicherheitssysteme, die mögliche Betriebsrisiken abdecken, und berücksichtigen Sie dabei wichtige Komponenten wie Druckentlastungsventile und Notabschaltsysteme.

Worin unterscheiden sich Aufsteckflansche von anderen Flanschen?

Vergleich mit Einschweißflanschen

Aufsteckflansche sind in der Regel kostengünstig, einfach zu verwenden und eignen sich gut für Leitungen mit niedrigem bis mittlerem Druck sowie größeren Rohrdurchmessern. Einschweißflansche bieten dagegen eine höhere Festigkeit, verhindern Leckagen nahezu vollständig und sind die bevorzugte Wahl, wenn der Betriebsdruck steigt und der Rohrdurchmesser kleiner wird.

Merkmal	Aufsteckflansch	Einschweißflansch
Druck	Niedrig bis mittel	Hoch
Temperatur	Mittel	Hoch
Rohrgröße	Groß (bis zu 24″)	Klein (≤ 2″)
Festigkeit	Geringer	Höher
Montage	Einfacher, zwei Schweißnähte	Präzise, eine Schweißnaht
Kosten	Kostengünstig	Höher
Anwendungen	Lüftungs-, Klima- und Sanitärtechnik	Chemikalien- und Dampfleitungen
Werkstoff	Kohlenstoffstahl, Edelstahl	Legierung, Edelstahl
Haltbarkeit	Mittel	Hoch

Kompatibilität von Losflanschen und Bundenden verstehen

Bundenden und Losflansche lassen sich gemeinsam verwenden: Das Bundende wird stumpf mit dem Rohr verschweißt, während der Losflansch über den Bund geschoben wird. Dessen Radius nimmt die Dichtleiste des Flansches auf und erleichtert so die Montage und Zentrierung.

Flanschtyp anhand der Rohrgröße bewerten

Die Wahl des passenden Flansches für einen bestimmten Rohrdurchmesser lässt sich selten mit einer einfachen Checkliste treffen. Ingenieure berücksichtigen regelmäßig den Auslegungsdruck, die Betriebstemperatur und das mechanische Verhalten des Grundwerkstoffs. Jeder Flansch muss genau zur Nennweite passen, damit die Sicherheitsreserven und die zuverlässige Funktion der Leitung erhalten bleiben.

Normen für Flanschabmessungen

Flansche werden üblicherweise nach den von Organisationen wie ASME (American Society of Mechanical Engineers) festgelegten Normmaßen dimensioniert. Folgende Aspekte sind dabei relevant:

Nennweite (NPS): Der Nenndurchmesser des Rohrs.
Druckstufe: Druckstufen wie 150, 300, 600 und 900 oder auch höhere Werte geben den Druckbereich an, für den der Flansch ausgelegt ist.
Außendurchmesser (OD): Der größte Durchmesser des Flansches.
Lochkreisdurchmesser (BCD): Der Abstand von Mitte zu Mitte der Schrauben entlang des Flanschumfangs.

Nennweite (NPS)	Außendurchmesser (OD) für Druckstufe 150 (in)	Außendurchmesser (OD) für Druckstufe 300 (in)	Außendurchmesser (OD) für Druckstufe 600 (in)
2	6.00	6.50	6.65
4	9.00	9.50	10.75
6	11.00	11.50	14.00
8	13.50	13.88	15.88

Den passenden Flanschtyp auswählen

Die Wahl eines Flanschtyps – etwa eines Schweißflansches, eines Aufsteckflansches mit Hals oder eines Losflansches – hängt meist von der Rohrgröße und den geforderten Leistungsmerkmalen ab:

Vorschweißflansche:Sie eignen sich besonders für hohe Temperaturen und Drücke und müssen dem Innendurchmesser des Rohrs entsprechen.
Aufsteckflansche: Sie kommen bei kontrollierten niedrigen Drücken zum Einsatz und sind meist kostengünstiger, besonders bei kleineren Rohren.
Einschweißflansche:Sie werden üblicherweise in Rohrleitungssystemen mit kleinem Durchmesser und hohem Druck eingesetzt, wenn eine Schweißverbindung erforderlich ist.
Losflansche:Sie kommen in Anwendungen zum Einsatz, in denen eine häufige Montage und Demontage erforderlich ist. Für die Montage werden sie meist mit stumpfgeschweißten Bundenden verwendet.

Wichtige Aspekte

Bei Rohrleitungen mit einem Durchmesser von mehr als 24 inches sind häufig Sonderflansche erforderlich; Standardausführungen reichen dafür nicht aus.
Die Wahl des Werkstoffs – Kohlenstoffstahl, Edelstahl oder eine Legierung – hängt stark von Faktoren wie Korrosionsbelastung, Temperaturschwankungen und Budget ab.
Die Einhaltung von Normen wie ASME B16.5 oder B16.47 ist entscheidend für die Kompatibilität zwischen Systemen und die grundlegende Sicherheit.

Eine sorgfältige Abstimmung von Flanschbauart und Rohrgröße auf die Projektanforderungen kann die Widerstandsfähigkeit des Gesamtsystems erhöhen und ungeplante Ausfallzeiten verringern.

Warum sollten Sie für Ihr Projekt einen Aufsteckflansch wählen?

Kosteneffizienz bei Niederdrucksystemen

Bei Niederdrucksystemen ist ein Aufsteckflansch eine vergleichsweise günstige Wahl, da sich Aufsteckflansche einfacher montieren lassen und dadurch weniger kosten. Im Vergleich zu anderen Flanschtypen ist weniger Schweißarbeit erforderlich, wodurch sowohl die Arbeitskosten als auch der Zeitaufwand für ein Projekt sinken. Aufsteckflansche sind außerdem weit verbreitet und in der Regel preiswert. Daher eignen sie sich besonders für Bereiche, in denen der Druck keine kritische Rolle spielt. Auch die einfache Montage erleichtert die Ausrichtung und macht den Prozess in solchen Fällen kosteneffizient.

Einfache Montage bei der Instandhaltung von Rohrleitungssystemen

Aufsteckflansche sind eine große Hilfe, wenn Flansche an Rohren montiert werden müssen, besonders bei Instandhaltungsarbeiten. Branchenberichte und Einschätzungen zeigen, dass sie zunehmend in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen schnelle Arbeit und kurze Ausfallzeiten gefragt sind. Aufsteckflansche der neueren Generation sind dank fortschrittlicherer Werkstoffe und besserer Fertigungsverfahren langlebiger und präziser. Sie lassen sich einfach in bestehende Rohrleitungssysteme einbauen. Viele Fachleute suchen nach kostengünstigen Lösungen, die zugleich Ausfällen standhalten. Aufsteckflansche erfüllen diese Anforderungen zuverlässig. Ihre einfache Montage erleichtert die Instandhaltung, weil unnötige Schweißarbeiten und falsch positionierte Verbindungen vermieden werden und die Anlage meist betriebsbereit bleibt. Ihre Produktivität und Anpassungsfähigkeit machen sie zu einer geeigneten Lösung für die Instandhaltung moderner Rohrleitungssysteme.

Vielseitigkeit bei Druckstufen, einschließlich Druckstufe 150

Aufsteckflansche eignen sich für viele Druckstufen, insbesondere für Druckstufe 150. Diese gibt die Druck-Temperatur-Leistung des Flansches an und ermöglicht seinen Einsatz in Systemen mit niedrigem bis mittlerem Druck. Viele Anwendungen nutzen aufgrund der weiten Verbreitung und der günstigen Kosten vorwiegend Flansche der Druckstufe 150 oder 150 lb, etwa in der Wasserversorgung sowie in Heizungs- und Klimaanlagen. Sie lassen sich problemlos an unterschiedliche Rohrdurchmesser und Werkstoffe anpassen und eignen sich daher für Branchen, in denen robuste, aber einfache Rohrverbindungen gefragt sind.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Wie sieht ein Aufsteckflansch aus und was ist seine Hauptanwendung bei Rohrverbindungen?

A: Dieser Rohrflansch wird über ein Rohr geschoben und mit ihm verschweißt – daher die Bezeichnung „Aufsteckflansch“. Er wird verwendet, wenn das Rohr mit einem anderen Rohr oder einer Anlage mit Endanschluss verbunden werden soll. Aufgrund seiner Bauart eignet er sich für Niederdruckanwendungen.

F: Warum sollte ich bei Niederdruckanwendungen einen Aufsteckflansch verwenden?

A: Bei Niederdruckanlagen sparen Aufsteckflansche dank der einfachen Montage und Ausrichtung Zeit und Kosten. Sie dichten zuverlässig ab und sind günstiger als viele gängige Flansche, etwa Vorschweiß- und Losflansche. Besonders vorteilhaft sind sie in Systemen, in denen Bauteile häufig ausgebaut werden.

F: Wie wird der Durchmesser von Aufsteckflanschen bestimmt?

A: Anhand des Flanschdurchmessers wird geprüft, ob der Flansch zum anzuschließenden Rohr passt. Der Außendurchmesser des Rohrs muss der inneren Abmessung des Flansches entsprechen, damit er richtig sitzt. So entsteht eine zuverlässige Verbindung, und mögliche Leckagen werden vermieden.

F: Welche Aufsteckflansche sind in welchen Größen erhältlich und welche Größe hat eine typische 2-inch-Verbindung?

A: Erkundigen Sie sich beim Ventilhersteller nach den verfügbaren Größen für Reduzierstücke und den benötigten Abmessungen. Bei einem 2-inch-Fitting muss ein passender Aufsteckflansch montiert werden, dessen Außenmaß dem Rohr entspricht. Dies bezieht sich auf die Abmessungen eines ANSI-B16.5-Blindflansches mit 2 in und 150 lb.

F: Gibt es Einschränkungen bei den Werkstoffen für Aufsteckflansche?

A: Aufsteckflansche werden häufig aus Werkstoffen wie Stahl und Edelstahl 316L hergestellt. Edelstahl 316L weist eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Die Werkstoffwahl hängt von den Druckbedingungen und der Einsatzumgebung ab.

F: Wie unterscheiden sich die Verbindungen von Aufsteckflanschen und Vorschweißflanschen?

A: Der Hauptunterschied zwischen einem Aufsteckflansch und einem Vorschweißflansch liegt in der Verbindungsmethode. Ein Aufsteckflansch wird über das Rohrende geschoben und anschließend angeschweißt. Ein Vorschweißflansch besitzt dagegen einen Hals, der mit dem Rohr verschweißt wird. Vorschweißflansche eignen sich meist für höhere Drücke als vergleichbare Aufsteckflansche.

F: Welche Rolle spielen die Schraubenlöcher an Aufsteckflanschen für die Festigkeit der Verbindung?

A: Die Schraubenlöcher des Aufsteckflansches werden mit denen des Gegenflansches oder der angeschlossenen Anlage ausgerichtet. Anschließend werden Schrauben durch die Löcher geführt, um beide Teile miteinander zu verbinden. Das verhindert ein Lockern und Verschieben des Flansches und verringert das Versagensrisiko aufgrund loser Verbindungen.

F: Hat jemand erwähnt, dass nur sehr wenige Fittingtypen mit einem Aufsteckflansch kompatibel sind?

A: Es gibt viele Rohrtypen, die mit einem Aufsteckflansch verbunden werden können, darunter Gewinde- und nahtlose Rohre. Die Flansche passen außerdem zu verschiedenen Verbindungssystemen und eignen sich für Bauteile, die häufig montiert und demontiert werden müssen.

F: Gibt es wichtige Grundsätze für die Auswahl von Aufsteckflanschen bei Niederdruckanwendungen?

A: Bei der Auswahl einer Flanschserie mit Dichtungen zur Isolierung bei Niederdruckanwendungen sind bestimmte Aspekte zu berücksichtigen. Denken Sie daran, dass Material, Durchmesser und Ausführung des Flansches für Niederdruckanwendungen wichtig sind – insbesondere die beiden letztgenannten Parameter. Um Kosten zu sparen und Leckagen zu verhindern, müssen die Flansche zu den Außenmaßen des Rohrs passen und aus einem geeigneten Material wie Stahl für Vorschweißflansche bestehen.

Quellen

1. Titel: Geeignete geometrische Konfigurationen von Steg-Flansch-Verbindungen zur Erhöhung des Reibschlupfwiderstands eines I-Trägers

Autoren: R. Sakura, Takashi Yamaguchi
Erscheinungsjahr: 2022
Quelle: Tagungsband des IABSE-Kongresses, Nanjing 2022

Wichtigste Ergebnisse:

Die Studie untersucht die Schlupfneigung hochfester, reibschlüssig wirkender Schrauben in I-Träger-Konstruktionen.
Mithilfe einer elastisch-plastischen Finite-Elemente-Analyse werden verschiedene Stegbreiten, Flanschtiefen und versetzte Schraubenanordnungen untersucht.
Ein größerer Schraubenabstand und weniger Schraubenreihen in der Stegstoßverbindung erhöhen die gemessene Reibkraft merklich über die herkömmlichen Prognosen zum Schlupfwiderstand hinaus.
Diese geometrischen Anpassungen weisen auf eine einfache Möglichkeit hin, die Dauerhaftigkeit von Verbindungen zu erhöhen, ohne schwerere Verbindungselemente einzusetzen.

Methodik:

Mithilfe einer Schalen- und Balken-Finite-Elemente-Analyse wurden die zusammenwirkenden Schlupfreaktionen zahlreicher Stoßverbindungs-Prototypen erfasst (Sakura & Yamaguchi, 2022).

2. Titel: Experimentelle Untersuchung der Grenzen des Zusammenwirkens von Schlupf und Lochleibung bei reibschlüssigen, hochfest verschraubten Trägerverbindungen

Autoren: Ron Sakura, T. Yamaguchi, Yuhikus Aoki
Erscheinungsjahr: 2022
Quelle: IABSE-Symposium in Prag, 2022