{"id":35327,"date":"2023-02-01T09:32:14","date_gmt":"2023-02-01T08:32:14","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=35327"},"modified":"2023-01-31T16:35:47","modified_gmt":"2023-01-31T15:35:47","slug":"gewichtsoptimierung-durch-kunststoffdirektverschraubungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=35327","title":{"rendered":"Gewichtsoptimierung durch Kunststoffdirektverschraubungen"},"content":{"rendered":"

Bei Kunststoffverschraubungen gibt es eine Vielzahl verschiedener Einflussfaktoren, die Einfluss auf die<\/em>
\nVerbindung haben. Die Herausforderung ist es, eine Schraubengeometrie zu finden, welche zum einen<\/em>
\nnegative Aspekte wie Toleranzschwankungen ausgleicht. Zum anderen ist es wichtig, dass die<\/em>
\nVerbindungsl\u00f6sung optimal an die Gegebenheiten des Werkstoffs und an die Belastungsart angepasst ist.<\/em><\/p>\n

Die Festigkeit des Werkstoffs, der Konditionierungszustand des Kunststoffs, Faserverl\u00e4ufe und die Art der
\nFaser, das viskoelastische Verformungsverhalten, Bauteil- oder Schraubentoleranzen wie Kernloch- und
\nSchraubendurchmesser oder auch die Genauigkeit des Schraubsystems \uf02d all das sind Faktoren, die es zu
\nbeachten gilt, wenn es um das Realisieren von Kunststoffdirektverschraubungen geht. Und um
\nherauszufinden, ob eine bestimmte Schraubgeometrie \u00fcberhaupt f\u00fcr den jeweiligen Anwendungsfall
\ngeeignet ist, ist es zudem wichtig, die Qualit\u00e4tsmerkmale einer Kunststoffdirektverschraubung zu kennen.
\nQualit\u00e4tsmerkmale sind: hohes \u00dcberdrehmoment, niedriges Eindrehmoment, hohe Vorspannkraft und
\nAuszugskraft.<\/p>\n

\u201eMit Blick auf eine klassische Schraubkurve ist es das Ziel, bei einem moderaten Einschraubmoment und
\neinem m\u00f6glichst hohen \u00dcberdrehmoment die h\u00f6chstm\u00f6gliche Vorspannkraft zu erreichen. Gleichzeitig ist es
\nwichtig, f\u00fcr die Sicherheit der Verbindung ein ausreichend gro\u00dfes Deltamoment zwischen Einschrauben und
\n\u00dcberdrehen zu erreichen. Damit wird vermieden, dass der Schrauber bei Schwankungen schon vor der
\nKopfauflage stoppt oder das geformte Muttergewinde herausrei\u00dft. \u00dcber das Deltamoment wird au\u00dferdem
\ndas optimale Anzugsmoment bestimmt\u201c, sagt Sinja Strobl. Sie ist Application Sales Manager bei der Arnold
\nUmformtechnik GmbH & Co. KG und f\u00fcr die Auslegung von Schraubverbindungen und die Multiplikation von
\nApplikationen verantwortlich sowie f\u00fcr die technische Anwendungsberatung in den Bereichen Kunststoff und
\nElektrifizierung.<\/p>\n

Im Serienprozess wird die Vorspannkraft in der Regel nicht \u00fcberwacht. Deshalb dient das Drehmoment als
\nHilfsgr\u00f6\u00dfe. Im Versuch wird bei Arnold Umformtechnik die Vorspannkraft durch die Zuschaltung einer
\nMessdose ermittelt. So kann jedem aufgezeichneten Drehmoment eine bestimmte Kraft zugeordnet werden.
\nEin bewertbares Qualit\u00e4tsmerkmal ist auch der Versagensfall. Hier dienen zerst\u00f6rende Versuche dazu,
\nherauszufinden, auf welche Art das Gewinde versagt. \u201eDer optimale Versagensfall ist aufgrund der
\nReparaturl\u00f6sung, wenn das Muttergewinde \u00fcberdreht. Nat\u00fcrlich kann bei Kunststoffen mit sehr hohem
\nGlasfaseranteil auch ein Bruch der Schraube eintreten. Im Normalfall ist jedoch bei der
\nKunststoffdirektverschraubung immer der Kunststoff das schw\u00e4chere Glied und versagt damit als erstes\u201c
\nerkl\u00e4rt Strobl. \u201eEin sogenannter Domriss oder Domabriss sollte vermieden werden. Der Grund f\u00fcr einen
\nsolchen Versagensfall ist fast immer die falsche Auslegung des Schraubdoms.\u201c<\/p>\n

Gewindeformende Schrauben mit asymmetrischem Gewindeprofil<\/strong>
\nF\u00fcr die Verbindung von Kunststoffbauteilen eignen sich Kunststoffdirektverschraubung als prozesssichere
\nund auch kostenoptimierte L\u00f6sung. So bieten die Remform-Schrauben von Arnold Umformtechnik \uf02d
\ngewindeformende Schrauben mit asymmetrischem Gewindeprofil \uf02d im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen
\nKunststoffschrauben mit einer 30\u00b0-Flanke einige Vorteile: Der optimierte Gewindekern erh\u00f6ht die
\nSchwingfestigkeit und auch das Bruchdrehmoment der Schraube deutlich. Dies f\u00fchrt zu einer stabileren
\nVerbindung der F\u00fcgepartner, l\u00e4sst aber auch bei hochfesten Kunststoffen ein h\u00f6heres Montagedrehmoment
\nzu, ohne das Risiko eines Schraubenbruchs.<\/p>\n

Eine weitere Verbesserung zur 30\u00b0-Flanke stellt das Radiusprofil der Gewindeflanken dar. Da bei der
\nKunststoffdirektverschraubung eine vergleichsweise hohe Drehzahl verwendet wird, erw\u00e4rmt sich das
\nMaterial beim Verschrauben lokal und wird weich. Durch das Radiusprofil der Gewindeflanke bei der
\nRemform-Schraube wird das Flie\u00dfverhalten des Kunststoffs ausgenutzt und mit dem h\u00f6heren
\nMaterialvolumen wird der Kunststoff zur lasttragenden Flanke hin verdr\u00e4ngt, ohne dass starke
\nSpannungsspitzen entstehen. Dabei hat die steile Lastflanke von 12\u00b0 die Aufgabe, die n\u00f6tige Vorspannkraft
\nbei gleichzeitig hoher Montagesicherheit zu generieren. Die aufgebrachte Vorspannkraft muss also vom
\nKunststoff gleichm\u00e4\u00dfig aufgenommen werden k\u00f6nnen, ohne einen Dombruch aufgrund zu hoher
\nRadialspannungen zu riskieren.<\/p>\n

Beim Eindrehen wird der Kunststoff durch den W\u00e4rmeeintrag umformbar. Damit die auftretenden
\nSpannungen klein gehalten werden, muss dem Flankenwinkel besondere Aufmerksamkeit geschenkt
\nwerden. \u201eDie vergleichsweise flache Neigung der lasttragenden Flanke erm\u00f6glicht eine steilere Orientierung
\ndes Kraftvektors in axialer Richtung. Dadurch wird der Tubus beim Einschrauben weniger belastet und das
\nRisiko eines Dombruchs sinkt\u201c, erl\u00e4utert Sinja Strobl. Durch das Radiusprofil werde zus\u00e4tzlich ein Moment
\nerzeugt, das den Kunststoff beim Eindrehen direkt auf die steile Lastflanke lenkt. Die asymmetrische
\nGeometrie senkt also die Radialkraft und erh\u00f6ht die Axialkraft, was im Vergleich zu einem symmetrischen
\nProfil eine deutlich h\u00f6here Gewinde\u00fcberdeckung und Ausrei\u00dfkraft bedeutet. Die hohe Gewinde\u00fcberdeckung
\nsorgt auch f\u00fcr eine gr\u00f6\u00dfere Scherfl\u00e4che. Dadurch steigt das \u00dcberdrehmoment der Verbindung. Die
\ngeringere Belastung des Mutternwerkstoffes erlaubt zudem h\u00f6here Vorspannkr\u00e4fte und eine langlebige
\nVerbindung bei maximaler Restvorspannkraft. Um diesen hohen Anforderungen bei
\nKunststoffdirektverschraubungen gerecht werden zu k\u00f6nnen, wird ein Werkstoff der Festigkeitsklasse 10
\nverwendet.<\/p>\n

Vorteile und Einsatzgebiete der Kunststoffdirektverschraubung<\/strong>
\nAus den geometrischen und werkstofflichen Eigenschaften der Remform resultiert neben der hohen
\nMontagesicherheit und -vorspannkraft auch die M\u00f6glichkeit prozesssicherer Wiederholverschraubungen.
\nDas hei\u00dft: Beim Endkunden k\u00f6nnen Reparaturen an Bauteilen mit Kunststoffdirektverschraubungen
\ndurchgef\u00fchrt werden. Im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen Kunststoffverschraubungen mittels H\u00fclse, Schraube
\nund Mutter l\u00e4sst sich durch die einseitige Zug\u00e4nglichkeit bei Kunststoffdirektverschraubungen zudem nicht
\nnur die Komplexit\u00e4t der Bauteile reduzieren, sondern auch die Anzahl an Kleinteilen.
\nUnd nicht zuletzt ist der Verarbeitungsprozess bei Kunststoffdirektverschraubungen im Gegensatz zu
\nherk\u00f6mmlichen Kunststoffverschraubungen schlanker. Das Bauteil kann direkt mit optimal ausgelegten
\nKernl\u00f6chern gespritzt und im Anschluss mittels Kunststoffschraube montiert werden. Dadurch entfallen
\nKosten- und Prozesszeitentreiber wie das Handling von unterschiedlichen Kleinteilen oder h\u00f6here
\nWerkzeugkosten und Prozesszeiten f\u00fcr den Einlegevorgang des Inserts in das Werkzeug.<\/p>\n

\u201e\u00dcberall dort, wo Leichtbau, hohe Kr\u00e4fte und Kostenoptimierung aufeinandertreffen, findet man
\nKunststoffdirektverschraubungen. Sei es in Leiterplatten, wo der Bauraum stark begrenzt und der Einsatz
\nvon Inserts nicht m\u00f6glich ist oder in hochbelasteten Bauteilen wie Au\u00dfenspiegeln, Staubsaugern oder
\n\u00d6lfiltern. In vielen Kunststoffapplikation kann durch eine gezielte Auslegung der Verbindungsstelle die
\nKunststoffdirektverschraubung angewendet werden\u201c, nennt Sinja Strobl die Einsatzgebiete.
\nBild4: \u201eIn vielen Kunststoffapplikation kann durch eine gezielte Auslegung der Verbindungsstelle die
\nKunststoffdirektverschraubung angewendet werden\u201c, sagt Sinja Strobl, Application Sales Manager bei der
\nArnold Umformtechnik GmbH & Co. KG.<\/p>\n

Verbindungsl\u00f6sung f\u00fcr h\u00e4rtere, faserverst\u00e4rkte Kunststoffe<\/strong>
\nF\u00fcr besonders anspruchsvolle Anwendungen fertigt Arnold Umformtechnik in einem passgenauen
\nHerstellprozess und auf der Basis entsprechender Versuchsdaten die Remform II HS (High Strenght). Diese
\nwird insbesondere dann eingesetzt, wenn hoch belastbare Verschraubungen, eine hohe Vorspannkraft und
\neine hohe L\u00f6sesicherheit gefordert sind. Sie zeichnet sich durch einen optimierten, vergr\u00f6\u00dferten
\nGewindekern aus, der neben der Schwingfestigkeit auch das Bruchdrehmoment der Schraube deutlich
\nerh\u00f6ht. Dies f\u00fchrt zu einer stabileren Verbindung der F\u00fcgepartner, l\u00e4sst aber auch bei hochfesten
\nKunststoffen ein h\u00f6heres Montagedrehmoment zu, ohne das Risiko eines Schraubenbruchs.<\/p>\n

Eine weitere Verbesserung stellt das verrundete Radiusprofil der Gewindeflanken dar. Dadurch findet auch
\nbei der Verschraubung von faserverst\u00e4rkten Kunststoffen keine Deformation der Gewindeflanken statt,
\nsodass eine sichere Verschraubung mit hoher Tragf\u00e4higkeit gew\u00e4hrleistet wird. Die steile Lastflanke hat
\ndabei die Aufgabe, die n\u00f6tige Vorspannkraft bei gleichzeitig hoher Montagesicherheit zu generieren. Die
\nreduzierte Neigung der lasttragenden Flanke und der aus dem Radiusprofil resultierende erh\u00f6hte
\nKunststoffanteil auf der Kontaktfl\u00e4che erm\u00f6glichen eine steilere Orientierung des Kraftvektors in axialer
\nRichtung. Dabei sinkt das Risiko eines Dombruchs durch Minimierung der Radialspannung bei gleichzeitiger
\nErh\u00f6hung der \u00fcbertragbaren Kraft. \u201eDiese innovative Geometrie macht die Remform II HS zu einem idealen
\nProdukt f\u00fcr den Einsatz in Hochleistungskunststoffen\u201c, sagt Strobl.<\/p>\n

Testing, Prognosen und Berechnung<\/strong>
\nDie Kunden von Arnold Umformtechnik k\u00f6nnen im Schraubenpr\u00fcflabor untersuchen lassen, ob die gew\u00e4hlte
\nVerbindungsl\u00f6sung f\u00fcr den entsprechenden Anwendungsfall geeignet ist. Im Fastener Testing Center stehen
\nihnen umfangreiches aktuelles Pr\u00fcfequipment sowie Schraubtechnik zur Verf\u00fcgung. Die eingesetzten
\nTechniken entsprechen dabei den Anforderungen der IATF 16949. Bei Bedarf kann zudem auf weitere
\ninterne und externe Labore zugegriffen werden, zum Beispiel f\u00fcr Werkstoffpr\u00fcfungen oder eine
\nSchliffbilderstellung. Jede Untersuchung wird in einem detaillierten Versuchsbericht dokumentiert, welcher
\nauf die W\u00fcnsche des Auftraggebers zugeschnitten ist.<\/p>\n

Und wenn noch kein reales Bauteil zur Verf\u00fcgung steht, haben Kunden die M\u00f6glichkeit, mit dem
\nPrognosetools Fast Designer Plastics den Montageprozess und die Montagevorspannkr\u00e4fte bereits im
\nDesignprozess zu prognostizieren. Dadurch kann der kostenintensive Versuchsumfang deutlich reduziert
\nwerden. \u201eWir bekommen mit dem Fast Designer Plastics fr\u00fchzeitig eine Aussage \u00fcber das
\nEinschraubmoment, das optimale Anzugsmoment und die prognostizierte Vorspannkraft. Anschlie\u00dfend sollte
\neine Validierung \u00fcber Versuche am Originalbauteil erfolgen\u201c, nennt Strobl weitere M\u00f6glichkeiten f\u00fcr das
\nEntwickeln einer passgenauen Verbindungsl\u00f6sung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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