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DER KONSTRUKTEUR 10/2019

DER KONSTRUKTEUR 10/2019

WERKSTOFF- &

WERKSTOFF- & VERBINDUNGSTECHNIK FLIESSEND VERSCHRAUBT PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Schweißen, Kleben oder Nieten sind gängige Verbindungstechniken, erfordern aber meist eine spezielle Vorbereitung der Fügepartner und sind bei komplexen Geometrien oft schwierig umzusetzen. Leichter geht es mit automationsgerechten, fließlochformenden Schrauben. Damit entsteht in einem Arbeitsgang eine hochfeste, aber dennoch für Reparaturzwecke einfach lösbare Verbindung. Autoren: B. Eng. Heiko Miller, Projektleiter Flowform Plus, Arnold Umformtechnik; Dipl. Chem. Andreas Zeiff, Redaktionsbüro Stutensee Die automatisierte Möglichkeit Bleche zu verbinden erfordert Know-how. Ob für den Karosserierohbau, im Aluminium-Stahl-Mischbau, bei profilintensiven Bauweisen oder einseitiger Zugänglichkeit sind smarte Lösungen gefragt, z. B. für Hybridverbindungen oder bei Batteriepacks. Der Prozess sollte ohne zusätzliche Arbeitsvorbereitung auskommen, schnell gehen, sich sicher automatisieren lassen und möglichst sofort eine ausreichende Festigkeit für nachfolgende Fertigungsschritte bieten. Kleben dauert aufgrund der Aushärtezeit vergleichsweise lange, Nieten benötigt Vorbohrungen oder, bei Stanznieten, beidseitigen Zugang, Punktschweißen ist nicht immer möglich, z. B. bei unterschiedlichen Materialien oder schlechtem Zugang und nur schwer wieder zu trennen. Fließlochformende Schrauben dagegen können in vielen Fällen ohne Vorarbeit einfach eingedreht werden, fügen selbst unterschiedliche Materialien und ergeben sofort eine hochfeste Verbindung der Teile. FLIESSLOCHFORMENDE SCHRAUBEN Schrauben sind eine bewährte Verbindungstechnik, die aber auch Innovationspotenzial hat. Arnold Umformtechnik hat das bereits mit der Schraube Flowform bewiesen. Aber die Entwicklung ist weiter gegangen und bietet dem Konstrukteur nun noch mehr Freiheiten bei der Auslegung von Leichtbauteilen. Prinzipiell erlaubt die Technik der fließloch- und gewindeformenden Schraube ein schnelles, automatisiertes Fügen, bei der der Schraubenkopf stets eben auf dem oberen Blech aufliegt. Bislang 56 DER KONSTRUKTEUR 10/2019

UNIVERSELLES VERBINDUNGSELEMENT Der Fügevorgang läuft so ab: Durch die Schraubenspitze entsteht bei hoher Drehzahl unter Druck eine Reibung, die das Blech lokal erhitzt. Dann formt der polygonale Profilteil in das nun weiche Blech ein metrisches Muttergewinde. Im Anschluss daran wird dann das endgültige DIE NEU ENTWICKELTEN SCHRAUBEN BIETEN DEM KONSTRUKTEUR NOCH MEHR FREIHEITEN BEI DER AUSLEGUNG VON LEICHTBAUTEILEN war dies aber nur mit einer recht breiten EP12 Kopfform und 5 mm Schaftdurchmesser möglich. Für Anwendungen bei denen es sehr eng zugeht, werden jedoch kleinere Montageelemente gefordert. Die Fügespezialisten haben daher das Konzept der fließlochformenden Schraube weiterentwickelt. Die neuen Flowform- Plus-Schrauben haben einen schlankeren EP10-Schraubenkopf mit nur 2,9 mm Höhe und bieten bei gleicher Länge von 20 mm fast die gleiche Fügefestigkeit. Damit eignen sie sich auch für schmalere Flansche. Die auf 4 mm verringerten Spitzen- und Schaftabmessungen verdrängen beim Fügen zudem weniger Material, damit liegen die Bleche auch bei schwierigen Verbindungsstellen ohne Vorlochung dicht aufeinander und das Spaltmaß zwischen den Blechen kann somit deutlich verringert werden. Gleichzeitig reduziert sich die Masse des Verbindungselementes um ca. 30 %, denn die Schrauben wiegen nur 2,9 g statt bisher 4,1 g. Bei beispielsweise 500 Verbindungspunkten summiert sich das auf rund 0,6 kg Gewichtseinsparung gegenüber der größeren Variante. Anzugsdrehmoment aufgebracht. Durch Optimierung der Geometrie an der Fließlochformspitze und angepasster Wärmebehandlung kann die Schraube nun selbst bei höchstfesten Blechen mit bis zu 1 000 MPa Festigkeit und 1 mm Materialdicke eingesetzt werden und das bei Fügetaktzeiten unter 4 Sekunden. Damit entspricht die Verbindung den heutigen Anforderungen an den Leichtbau mit höchstfesten Blechen aus Stahl oder einem Materialverbund aus unterschiedlichen Werkstoffen. Besonders bei Anwendungen mit Klebstoff ist das Verschrauben ohne Vorbohren ideal: Es vermeidet den Austritt von Klebstoff am Vorloch und damit eine DASIST ZUVERLÄSSIGKEIT EO-2 MillionenfachbewährteFunktion Hohe Produkt-Lebensdauer SenktMontagekosten vorlochfreies Fügen einseitige Zugänglichkeit Hybridverbindung „Einbauen und vergessen“ – Das bewährteEO-2 Verschraubungsprogramm steht für Leckagefreiheit durch elastomereAbdichtung. Höhere Lebensdauer dank überdurchschnittlicher Korrosionsbeständigkeit. Erhebliche Kosten- und Montagevorteile durch höhereNenndrücke. Informieren Sie sich. Multimaterialmix Lösbarkeit 01 Typische Verbindungsbeispiele: fließlochformende Schrauben können in vielen Fällen ohne Vorarbeit eingedreht werden und fügen unterschiedliche Materialien hochfest www.parker.com/hpce

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