Leichter zum Ziel

Schwerpunkt Verbindungstechnik

Schraubtechnik – Der zunehmende Trend zum Leichtbau erfordert geeignete innovative Verbindungssysteme. Der Einsatz moderner Werkstoffe, Konstruktionsprinzipien und Software ermöglicht es dabei, das Gewichtseinsparungspotenzial optimal auszunutzen.

18. August 2015

Eines der wichtigsten Themen der Abteilungen für Forschung und Entwicklung vieler produzierenden Unternehmen ist die permanente Gewichtsreduzierung vor allem der bewegten Komponenten. So sind intelligente Leichtbaukonzepte besonders in der Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung für die Einhaltung der immer strenger werdenden CO2-Grenzwerte. Neben dem Einsatz immer leichterer Werkstoffe gehört zu diesem Themenumfeld auch die Entwicklung geeigneter Verbindungslösungen. Der Schraub- und Verbindungstechnikspezialist Ejot mit Sitz in Bad Berleburg in Nordrhein-Westfalen hat dazu eine Reihe von Systemen entwickelt, mit denen sich das Gewichtseinsparungspotenzial moderner Werkstoffe und Konstruktionsprinzipien optimal ausnutzen lässt.

Ein gutes Beispiel dafür sind die Stahl-Schrauben der Baureihe Delta PT für die Direktverschraubung von thermoplastischen Kunststoffen. Im Vergleich zu anderen Schrauben für diesen Einsatzzweck ermöglicht ihr spezielles Gewinde eine Reduzierung der Abmessungen oder eine Verringerung der Zahl der Verschraubungsstellen und leistet bereits damit einen Beitrag zur Gewichtsreduktion. Noch mehr Einsparungspotenzial bieten aus Aluminium gefertigte Versionen dieser Schrauben, mit denen sich je nach Anwendungsfall bis zu 60 Prozent des Gewichts einsparen lassen. Optimal geeignet für Leichtbaukonstruktionen mit Werkstücken aus weichen Thermoplasten ist die Version Delta PT P aus Kunststoff: Dieses innovative Verbindungselement ist – bei vergleichbaren verbindungstechnischen Daten – um bis zu 85 Prozent leichter als die stählerne Variante.

Vielfältige Verbindungen

Eine Lösung zur Befestigung von Komponenten an Bauteilen aus geschäumten Werkstoffen, in der Regel aus EPP (Expanded Polypropylen), ist die Produktreihe EPPsys aus Kunststoff. Sie besteht zum einen aus dem Verbindungselement EPPsysD zur Direktverschraubung, welches ohne Vorloch direkt in den Schaum verschraubt werden kann. Dazu kommt die Komponente EPPsys DR (Direktverschraubung Rasthaken) für eine nachträgliche Befestigung von dünnwandigen Bauteilen an das EPPsys-Element mit Hilfe zweier Rasthaken. Eine besonders leistungsfähige Verbindungslösung bieten die Verbindungselemente EPPsys RSD (Reib-Schweiß-Dom), die unter Verwendung des Reibschweißprozesses direkt in das Material eingebracht werden und sich dabei mit dem aufgeschmolzenen Werkstoff verbinden. Die eigentliche Verbindung der Bauteile geschieht anschließend durch eine sichere Direktverschraubung mit der Delta-PT-Schraube.

Für die Verbindung neuartiger Leichtbaumaterialien wie etwa Waben- und Schaumkernstrukturen mit unterschiedlichen Deckschichten haben die Schraubtechnikspezialisten zudem die Baureihe TSSD (Thermischer Stoff-Schluss-Dom) samt dem dazugehörigen Fügeverfahren entwickelt, mit dem sich Bauteile verbinden lassen, von denen eines aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Dazu wird beim Fügevorgang ein thermoplastischer Kunststoffdom unter einer definierten Drehzahl und Axiallast in das Kunststoffbauteil gesetzt, welcher dann entweder als Schraubdom für die Delta-PT-Schraube dient oder direkt als Verbindungselement zum Einsatz kommt.

Hilfe bei Auslegung und Montage

Zur Unterstützung bei der Vor-Auslegung von Direktverschraubungen bietet Ejot zudem mehrere Prognoseprogramme, mit denen sich die Verschraubungsparameter in Abhängigkeit von Werkstoffen und Konstruktionsparametern berechnen lassen.

So eignet sich zum Beispiel das neue Programm ALtra Calc speziell für die Prognose von hochfesten Direktverschraubungen in Leichtmetall-Werkstoffen bis zu einer Härte von 140 HB mit den selbstfurchenden Schrauben der Reihe Ejot ALtracs Plus. Im Unterschied zu anderen Berechnungsprogrammen auf Basis der Norm VDI 2230 beschränkt sich die Lösung dabei nicht auf die Berechnung metrischer Schraubverbindungen, sondern berücksichtigt zusätzlich den Prozess des Gewindefurchens sowie die spezifischen Eigenschaften der direkt verschraubten Werkstoffe wie Aluminium oder Magnesium. Dies erspart zahlreiche zeitaufwendige Versuche am Bauteil und hilft zudem eine Überdimensionierung der Schraubverbindung zu vermeiden.

Das Berechnungswerkzeug ermittelt dazu auf Basis der Vorspannkraft sowie des Einschraub- und des Klemmteilmaterials die optimale Abmessung der Schraube sowie das erforderliche Anziehdrehmoment, mit der die vorgegebene Vorspannkraft prozesssicher erreicht wird. Alternativ berechnet es umgekehrt die Vorspannkraft auf Basis des gegebenen Anziehdrehmoments. Zur Simulation der Einflüsse der Oberflächen und eventueller Gleitmittel auf die resultierenden Reibbeiwerte enthält das Programm die nötigen Parameter von 14 verschiedenen Schraubenoberflächen, die sich optional mit verschiedenen Gleitmitteln kombinieren lassen. Zusätzlich berechnet die Software verschiedene Versagensarten, wie etwa Überdrehen oder Schraubenbruch, sowie deren Eintrittszeitpunkte und ermittelt so die optimalen Montageparameter für eine prozesssichere Verschraubung.bt

Auf einen Blick

- Die Ejot GmbH & Co. KG mit Sitz im nordrhein-westfälischen Bad Berleburg ist ein international tätiger mittelständischer Spezialist für mechanische Verbindungstechnik.

- Die Spezialität der Unternehmensgruppe mit weltweit mehr als 2.400 Mitarbeitern sind gewindeformende Schrauben für Kunststoffe und Metallwerkstoffe sowie Verbindungssysteme aus Kunststoff.

- Durch Kombination von Metall-Kaltumformung mit Kunststoff-Spritzguss produziert das Unternehmen zudem hybride Systeme.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015