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Verbindungstechnik Einfach soll es sein

| Redakteur: Jens Meiners

Beim patentierten „One shot“-Verfahren von Böllhoff und Frimo sind Lochen und Setzen in einem Bearbeitungsgang vereint. Die Entwickler beider Unternehmen hatten sich die Aufgabe gestellt,

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Beim patentierten „One shot“-Verfahren von Böllhoff und Frimo sind Lochen und Setzen in einem Bearbeitungsgang vereint. Die Entwickler beider Unternehmen hatten sich die Aufgabe gestellt, Gewindeelemente aus Metall prozesssicher und in einem „Schuss“ in Kunststoff-Bauteile einzubringen. Bislang waren zwei Schritte für das Einbringen von Niet- bzw. Einpressbuchsen nötig: Man bohrt, fräst oder stanzt ein Loch, um dann nach aufwendigem Handling – weil die Montageanlage das Loch finden muss – die Buchse an der vorgesehenen Position zu platzieren.

Das selbststanzende Befestigungssystem eignet sich für dünnwandige Strukturbauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, beispielsweise Frontmodule, Stoßfänger, Multifunktionswannen, Unterfahrschutz und Unterbodenverkleidung. Von der Frimo-Gruppe stammen die Werkzeuge und Anlagen zum Handling und Einpressen, von Böllhoff die Stanzbuchsen.

Ein wichtiger Kennwert bei der Entwicklung war die axiale Tragfähigkeit. „Dieser Wert steht im Prinzip für die Sicherheit der Verbindung“, erklärt Stephan Bachmeier, Entwicklungsingenieur bei Böllhoff. Bei den One-Shot-Verbindungen ist sichergestellt, dass die Elemente axial und rotatorisch fest im Kunststoff verankert sind: Ihre Verdrehfestigkeit liegt deutlich über den Anzugsdrehmomenten einer 8.8-Schraubenqualität. Aktuell wird das Verfahren in ersten Industrieprojekten evaluiert.

Auch bei den Metallverbindungen sind einfachere Montageprozesse ein wesentliches Entwicklungsziel. Deshalb wird nach Einschätzung des Unternehmens Ejot das Thema „Gewindefurchen in Leichtmetall“ an Bedeutung gewinnen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Bisher typische Arbeitsgänge wie Bohren, Gewinde schneiden und Reinigen entfallen, die Logistik wird vereinfacht und die Taktzeiten sind kürzer. Auf diese Weise lassen sich laut Ejot die Systemkosten um bis zu 30 Prozent reduzieren.

Wenn es dabei um die Verschraubung von höherfesten, thermisch und dynamisch beanspruchten Bauteilen geht, empfiehlt Ejot seine so genannte ALtracs-Schraube – eine selbstfurchende Schraube, die bei der Verschraubung in Leichtmetallwerkstoffen ähnliche Verschraubungsparameter aufweist wie eine herkömmliche 10.9-Maschinenverschraubung.

Erreicht wird dies unter anderem durch einen veränderten, asymmetrischen Gewindeflankenwinkel, der eine optimale Verdrängung des Leichtmetallwerkstoffs (z.B. Aluminium-Druckguss) gewährleistet.

Für mikrolegierte Feinbleche und Mehrphasenstähle sowie für thermisch aushärtbare Aluminiumlegierungen hat Ejot die fließlochformende FDS-Schraube entwickelt. Das während des Einschraubvorganges spanlos geformte, metrische Mutterngewinde ist lehrenhaltig, wodurch im Reparaturfall eine herkömmliche metrische Schraube aufgenommen werden kann.

Durch den spielfreien Eingriff von mehreren Gewindegängen ist die hergestellte Verbindung wasser- und gasdicht. Sie kann hohe Auszugsfestigkeiten und Schubbelastungen übertragen. Die beim Fließlochformen entstehende Wärme sorgt dafür, dass der geformte Durchzug nach der Montage auf das Schraubengewinde aufgeschrumpft wird: Das gewährleistet eine hohe dynamische Sicherheit. Außerdem können zusätzliche Sicherungselemente, etwa Klebebeschichtungen, entfallen. Zu den Einsatzbeispielen der FDS-Schraube gehören Karosserieverschraubungen an den Radhäusern sowie Brems- und Kraftstoffleitungen.

Dass sich die gewindefurchende Schraube auch bei Leichtmetallgehäusen schon kurzfristig gegen das metrische Pendant durchsetzen wird, hat eine Studie ermittelt, die Arnold Umformtechnik gemeinsam mit Magna Powertrain erstellt hat. In den untersuchten Verteilergetriebe-Applikationen wurde eine metrische Schraube durch eine gewindefurchende Schraube vom Typ Taptite 2000 ersetzt.

Optimierte Aluminiumlegierungen bieten nach Aussage der beiden Studienleiter Christian Hinteregger (Magna Powertrain), und Thomas Jakob (Arnold Umformtechnik) ein umformgünstiges Mutterngefüge, das in Verbindung mit dem dreieckförmigen Schaftquerschnitt des Systems Taptite niedrige Furch- und hohe Überdrehmomente bereitstellt. Der erreichte Abstand zwischen den beiden Parametern sorgt für höhere und gleichzeitig gering gestreute Vorspannkräfte.

Wer es noch einfacher haben will, der kann aufs Clinchen zurückgreifen. Es kommt ganz ohne zusätzliche Materialien aus. Lediglich durch Kaltumformung werden Bleche gleicher oder verschiedener Dicken und Materialien verbunden. Tox-Pressotechnik hat die Produktpalette zum Clinchen weit aufgefächert und bietet neben dem ursprünglichen Rundpunkt-Clinchen jetzt auch Flachpunkt- und Variopunktverbindungen, die sich für sehr große Dickenunterschiede eignen.

Gerald Scheffels

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