gesponsertVerbindungstechnik Gewindefurchende Schrauben für die E-Mobilität

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Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG

Im Fokus der gewindefurchenden Schraube „Powertite“ von Arnold Umformtechnik steht die Elektromobilität. Dies gilt insbesondere für Leichtmetallverschraubungen, aber auch bei der Kombination mit Gussbauteilen.

Bei Leichtmetallverschraubungen stehen die Bauraumoptimierung, die Leistungsverdichtung und Kostenoptimierung im Fokus. Genau für diese Einsatzfälle hat Arnold Umformtechnik das Produkt „Powertite“ entwickelt − eine gewindefurchende Schraube mit einer sogenannten Trilobular-Furchzone. Das heißt: Dort wo die Umformarbeit geleistet wird, verfügt die Schraube über einen leicht dreieckigen Querschnitt – mit abgerundeten Ecken – zur Reduktion der Furchmomente. Die Furchzone ist mit einer Länge von 3 x p (p = Gewindesteigung) bauraum-optimiert und ermöglicht laut Hersteller eine Verteilung der Umformarbeit beim Gewindefurchprozess auf mehrere Gewindegänge sowie ein optimales Ansetzen und Zentrieren der Schraube.

Der runde Tragquerschnitt hat ein definiertes Übermaß; der Außendurchmesser der Schraube ist immer größer als das nominelle Nennmaß. Dadurch wird eine höhere Überdeckung der Gewindeflanken von Schraube und gefurchtem Mutterngewinde ermöglicht. Durch die Kombination von Trilobular-Querschnitt in der Furchzone und Rundquerschnitt im Tragbereich wird eine signifikante Optimierung von gewindefurchenden Schraubenverbindungen erreicht; weil einerseits die Furchmomente niedrig sind und andererseits sich die Überdrehmomente und die Tragfähigkeit des gefurchten Mutterngewindes erheblich steigern lassen. Eine rechnerische Vorauslegung für den konkreten Anwendungsfall ist mit dem Tool „Fast Designer Metals“ von Arnold Umformtechnik möglich; verbunden mit einer Empfehlung des Schraubenspezialisten für eine geeignete Kernlochauslegung.

Große Einsparpotenziale möglich

Für den Einsatz der gewindefurchenden Schraube gibt es zahlreiche Beispiele. Dies sind beispielsweise Anwendungen, bei denen höchste Vorspannkräfte durch eine überelastische Montage realisiert werden müssen. Aber auch für Baugruppen, bei denen nur wenig Einschraubtiefe realisiert werden kann und hohe Lochtoleranzen erforderlich sind, eignet sich die Powertite.

Zudem kann in vielen Fällen das Gewicht gesenkt werden durch die Reduzierung der Schraubenlängen und gewichtsoptimierte Schraubenköpfe.

Dass selbst eine kleine Schraube mit Blick auf ein konkretes Produkt ein Klimaschützer sein kann, belegen zwei Beispiele. So wird in einem Lastverteilergetriebe, das derzeit noch in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird, seit Juni 2022 die Powertite M7 x 40 eingesetzt. Bei 13 Schrauben pro Getriebe und einem Bedarf von circa 6 Millionen Schrauben pro Jahr ergibt sich allein für dieses Getriebe eine Gewichtsersparnis von 19.400 Kilogramm beziehungsweise eine CO2-Reduktion von 33,1 Tonnen pro Jahr oder etwa 5,516 Gramm weniger CO2-Emissionen pro Schraube.

Noch größer ist das Einsparpotenzial bei einer E-Motor-Getriebeeinheit, wo 33 Schrauben pro Bauteil verwendet werden. Von den jährlich geplanten 50.000 Fahrzeugen werden voraussichtlich 30.000 mit jeweils zwei E-Motor-Getriebeeinheiten ausgestattet. Hochgerechnet ergibt sich so ein Gesamtbedarf von etwa 2,64 Millionen Schrauben im Jahr. Allein durch den Einsatz der Powertite lässt sich demzufolge eine Gewichtsersparnis von 8.519 Kilogramm erzielen. Das entspricht umgerechnet eine CO2-Reduktion pro Jahr von mehr als 14,5 Tonnen oder 364 Gramm weniger CO2-Emissionen pro E-Motor-Getriebeeinheit.

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Weiterentwicklung der Gewindetechnologie

Mit der Powertite-Schraube wird laut Arnold Umformtechnik eine Tragfähigkeitserhöhung des gefurchten Mutterngewindes von mehr als 20 Prozent gegenüber marktüblichen trilobularen Schrauben erreicht. Das bietet eine Reihe technischer Vorteile:

• normkonforme Furchmomente

• eine überelastische Montage auch in konisch gegossenen Kernlöchern in Gd-Al

• ein Vorspannkraftniveau analog metrischer Schraubenverbindungen

• die Möglichkeit größerer Kernlochtoleranzen zur Optimierung von Gießprozessen von Leichtmetallen

• eine hohe Montagesicherheit und die Anwendbarkeit in Stahl, Aluminium und sonstigen Leichtmetallen

• die Möglichkeit von Wiederholverschraubungen

• im Servicefall der Ersatz durch metrische Schrauben.

Im Fokus der Powertite-Anwendungen steht die Elektromobilität. Dies gilt insbesondere für Leichtmetallverschraubungen, aber auch bei der Kombination mit Gussbauteilen. Im Oktober 2022 wurde das patentierte Produkt in den Markt eingeführt. Potenzielle Kunden können dabei auf das Produktwissen des Verbindungselemente-Herstellers zurückgreifen, ebenso auf ein umfassendes Verständnis zur Performance des Produktes in verschiedenen Anwendungen.

Ergänzt wird das Angebot des Schraubenspezialisten durch entsprechende Berechnungstools sowie weitreichendes fertigungstechnisches Know-how. So hat Arnold Umformtechnik eigens für „Powertite“ im Dialog mit Entwicklungspartnern aus dem Bereich der Werkzeugherstellung ein komplett neues Fertigungsverfahren entwickelt.

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