UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Verbindungslösungen genau hinterfragen

Neue Materialien, Leichtbau, filigrane Konstruktionen und hohe Qualitäts- und Sicherheitsstandards – so könnte man die Anforderungen auf den Punkt bringen, denen eine Schraubverbindung heute gerecht werden muss. Dass hinter einer optimalen Verbindungslösung also deshalb neben viel Praxiswissen durchaus auch eine Wissenschaft stecken kann, verdeutlichte das eintägige Seminar „Innovatives Fügen von Metallen“.

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Auf Einladung der Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG waren Mitte Februar knapp 30 Interessenten in die BMW-Welt nach München gekommen. Auf dem Programm standen sechs Fachvorträge, bei denen sich alles um die passende Verbindung drehte, angefangen beim einzelnen Verbindungselement bis hin zur Verbindungstechnik. Ein Schwerpunkt der Ausführungen lag auf dem Fügen von Leichtmetallen. Hier ist das Forchtenberger Unternehmen seit vielen Jahren beispielsweise mit gewindefurchenden Schrauben unterwegs. Die Taptite-Elemente, die Arnold seit etwa 30 Jahren in diesem Bereich produziert, sind natürlich mit der Entwicklung mitgegangen und wurden im Laufe der Jahre immer weiter optimiert. Die grundsätzliche Funktionalität war jedoch von Anfang an gegeben: Arbeitsgänge wie Gewindeschneiden und der Einsatz von zusätzlichen Sicherungselementen entfallen, weil das Verbindungselement direkt in ein gegossenes oder gebohrtes Kernloch geschraubt wird. „Magna Powertrain setzt seit über 10 Jahren erfolgreich gewindefurchende Schrauben ein“, sagt Thomas Jakob, Leiter Anwendungstechnik bei Arnold Umformtechnik. Doch Magna musste, wie viele andere Komponentenzulieferer, in den vergangenen Jahren bei Verbindungslösungen neben dem Blick auf die Kosten der Montage auch den Spagat zwischen dem Wunsch nach hohen Vorspannkräften und den gleichzeitig gewachsenen Anforderungen an die Prozesssicherheit meistern. So setzt man in der industriellen Großserienmontage bereits seit Jahren die gewindefurchenden Taptite 2000-Schrauben beispielsweise bei Stahlmassivverschraubungen von LKW-Anhänger-Bremshebeln ein sowie für Lüfterradblechverschraubung oder im Bereich von Magnesiumverschraubungen von Lenksäulen.

In Forchtenberg setzt man im Interesse einer zuverlässigen Verbindungslösung frühzeitig auf eine genaue Betrachtung des Prozessverlaufes. Dazu gehören Einschraubversuche genauso wie die Analyse des Verlaufs der Vorspannkraft, auch unter Einfluss eines Temperaturwechsels, oder der Vergleich mit anderen Verbindungselementen. So kann beispielsweise Aluminium als Leichtbaumaterial Probleme bei der Verbindung bereiten. Im Einzelfall, so zeigen es Untersuchungen des Unternehmens, kommen gewindefurchende Schrauben mit einer ungeeigneten Gewindegeometrie bei Aluminiumteilen nicht zur Kopfauflage oder sie generieren zu wenig Vorspannkraft. Deshalb könne mit Blick auf die Prozesssicherheit unter Umständen eine geeignete Furchschraube die bessere Lösung sein. „Moderne Schraubentechnik macht es uns außerdem möglich, die Prozesse zuverlässig zu überwachen“, sagt Jakob weiter mit Blick auf die Fertigung. Und er betont: „Die Vorspannkräfte sind bei anspruchsvollen Applikationen für eine zuverlässige Verbindung existenziell.“


Aluminium-Druckguss und gewindefurchende Schraube optimal verbinden

Aus der Sicht eines Aluminium-Druckgießers betrachtete Heinrich Lange, Leiter Konstruktion bei der Schött Druckguss GmbH aus Menden, die gewindefurchenden Schraubverbindungen. Er kennt eine Vielzahl von Problemen, die in der Anwendung auftreten: Die Schraube reißt vor der Endlage ab oder die Schraube dreht durch. Der Schraubdorn bricht oder die Schraube reißt unter Last aus dem Bauteil. Diese und viele andere Fehler gilt es natürlich zu vermeiden. „Die Geometrie, das Material und letztendlich auch der eigentliche Verbindungsprozess haben Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Verbindung“, fasst Lange die Hauptursachen zusammen. So erläuterte er beispielsweise, dass bereits mit der Konstruktionszeichnung die Toleranzen sowie die Form und Lage der Elemente festgelegt werden. Inwieweit die Zeichnung jedoch den Verarbeitungsprozess als solchen und letztendlich den konkreten Anwendungsfall berücksichtigt, sei oft nicht klar. Gleiches gelte für die Materialauswahl. So haben Legierungen einen ganz entscheidenden Einfluss auf die Verbindung. „Oft ist es sinnvoll, den Legierungsanteil bei der Auswahl und Bestellung der Verbindungselemente einzuschränken“, erklärt Lange. Doch er hat auch ganz praktische Tipps, um das Einsatzverhalten der Schrauben bereits im Vorfeld zu testen: „Die künstliche Alterung ist ein Weg, um das Festigkeitsverhalten der Bauteile gezielt und zeitlich genau definiert zu beeinflussen.“


Den Verbindungsprozess möglichst komplex betrachten

Michael Steidl kommt aus dem Bereich der Verarbeiter. Er ist Leiter Marketing und Produktmanagement bei der Weber Schraubenautomaten GmbH in Wolfratshausen bei München. Das Unternehmen hat seine Kunden im Automobil- und Zulieferbereich genauso wie in der Medizintechnik. Mit Schraubtechnik kennt man sich im Unternehmen aus. Und so nennt Steidl dann auch das grundsätzliche Ziel des Verfahrens: „Es sollen zwei oder mehr Bauteile so verbunden werden, dass sie sich unter Belastung wie ein Bauteil verhalten.“ Was simpel klingt, ist im Verbindungsprozess einer Vielzahl von Einflussfaktoren unterworfen. Bezogen auf die automatische Montage gilt es, sowohl das Verbindungselement als auch die Fügeteile hinsichtlich der Eignung zu prüfen. Dies betrifft die Toleranzen und Lieferqualitäten der Verbindungselemente genauso wie die Einschraubebenen oder das Lochbild bei den Fügeteilen.

Oft, so Steidl, seien auch Konstruktionen und Umsetzungen für bestimmte Baugruppen aus der Historie entstanden. Doch es lohne sich immer, bei Einheiten, die verbunden werden sollen, zu hinterfragen, ob diese montagegerecht und somit kostenoptimiert gestaltet sind. Dies betrifft den Logistikaufwand genauso wie die Auswahl der einzelnen Verbindungselemente und die Anzahl der Zuführungen. Soweit die Produktseite. Weiter im Verarbeitungsprozess sieht Steidl die zuverlässige Handhabung der Werkstücke und der Geräte als wichtig an. Und er nennt Fehlermöglichkeiten. So sorgen Transportschäden, Kopfrisse oder Härtefehler der Verbindungselemente beispielsweise dafür, dass die Verfügbarkeit der Anlage sinkt. Und gerade bei Baugruppen, die in sensiblen Bereichen eingesetzt werden, sei eine hohe Lieferqualität der Elemente genauso wichtig wie ein „sauberer“ Schraubprozess. Bezogen auf den Gesamtprozess bedeutet dies eine klare Forderung nach technischer Sauberkeit – angefangen beim Hersteller der Schrauben über die komplette Kette der Transportlogistik bis hin zur eigentlichen Montage.


Technische Sauberkeit kann Systemausfälle verhindern

Bei der Weber Schraubautomaten GmbH wurde ein System entwickelt, welches das Risiko von Systemausfällen aufgrund unzureichender technischer Sauberkeit einschränkt. Durch den Einsatz materialschonender und vibrationsarmer Zuführtechnik sowie durch die Integration einer Schmutzbremse wird verhindert, dass mikroskopisch kleine Partikel den Fügeprozess stören und unzulässige Toleranzen entstehen. Sowohl bei Handschraubern als auch bei stationären Schraubsystemen lassen sich laut Unternehmen die im Fügevorgang auftretenden Partikelanzahlen und -größen deutlich reduzieren. „Untersuchungen belegen die Wirksamkeit der Technologie“, erklärt Steidl.

Melanie Rother ist bei Arnold Umformtechnik zuständig für Anwendungstechnik und sie weiß, wie wichtig die Umsetzung von Sauberkeitsanforderungen im Bezug auf die Verbindungstechnik gerade mit Blick auf die VDA 19 ist. Denn die Kundenanforderungen aus der Automobil- und Elektronikindustrie werden zunehmend höher. Deshalb hat der Verbindungselemente-Hersteller aus Forchtenberg den fünfstufigen Cleancon-Prozess entwickelt. Angefangen bei einem mit dem Kunden abgestimmten Anforderungsprofil für die Auslegung und die gewünschte Sauberkeit der Elemente über die Produktion, die Feinstreinigung, Sauberkeitsanalysen und eine abschließende sauberkeitsgerechte Verpackung, kann der Kunde wählen, wie sauber sein zu fertigendes Produkt letztendlich sein soll. Für Melanie Rother steht jedenfalls fest: „Notwendig ist eine ganzheitliche und individuelle Betrachtung des jeweiligen Prozesses gemeinsam mit dem Kunden.“


Seminare von Praktikern für Anwender

In diesem Jahr bietet die Arnold Umformtechnik an verschiedenen Orten in Deutschland noch mehrere Fachseminare zu unterschiedlichen Themen der Verbindungstechnik an. Als Referenten agieren jeweils Experten aus der Verbindungstechnik sowie aus den damit verbundenen Bereichen Material, Oberfläche und Verarbeitungstechnik. "Wir haben unsere Veranstaltungen bewusst thematisch abgegrenzt in die Rubriken Fügen von Metallen, Kunststoffen und Blechen sowie das Thema „Innovative Verbindungstechnik – Clean & Safe“. Durch die Einbeziehung angrenzender Industriebereiche können wir außerdem eine umfängliche Betrachtungsweise und einen starken Praxisbezug gewährleisten", erklärt Michael Pult, Leiter Marketing und Kommunikation, das Konzept der Fachseminare. Angesprochen sind Ingenieure aus der Konstruktion und Entwicklung, Qualitätsbeauftragte sowie Mitarbeiter aus dem technischen Einkauf.

Prinzipiell, da waren sich Veranstalter und Teilnehmer einig, war das Seminar nicht nur effizient wegen der thematisch klar abgegrenzten und praxisnahen Wissensvermittlung sondern es bot auch eine gute Plattform für den Austausch mit Experten. Dass die Veranstaltung in der Münchner BMW-Welt stattfand und alle Teilnehmer im Anschluss einen Blick auf automobile Highend-Anwendungen in puncto Blech, Karosserie und Verbindung werfen konnten, rundete die Veranstaltung nicht nur anwendungsnah sondern auch angenehm ab.

Annedore Munde

Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG

D-74670 Forchtenberg

Tel.: +49 7947 821-0

http://www.arnold-umformtechnik.de


Einsatz von gewindefurchenden Schrauben

Gewindefurchende Schrauben sind Verbindungselemente, die beim Eindrehen in Kernlöcher ihr Mutterngewinde durch spanlose Formgebung selbst erstellen. Beim Furchprozess wird eine Kaltverfestigung des Mutternwerkstoffes erreicht, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Mutterngewindes verbessert werden.

In das gefurchte Mutterngewinde kann später auch eine handelsübliche metrische Schraube eingeschraubt werden, beispielsweise im Reparaturfall.

Der Einsatz gewindefurchender Schrauben in der Industrie hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Ein Grund dafür sind die Kosteneinsparungen im Fertigungsprozess, da Kosten für Gewindeschneiden, Reinigung, Kontrolle oder Werkzeuge entfallen.

Darüber hinaus bieten gewindefurchende Schrauben eine hohe Sicherheit gegen selbstständiges Lösen. Daher können in der Regel zusätzliche Schraubensicherungen entfallen.