DER KONSTRUKTEUR 03/2023

KONSTRUKTIONSELEMENTE

KONSTRUKTIONSELEMENTE BAURAUMOPTIMIERTE SCHRAUBENGEOMETRIE Bauraum ist in vielen Anwendungen knapp. Das macht sich auch bei Schraubenverbindungen bemerkbar. Zudem steigen die Anforderungen an Vorspannkräfte und die Zuverlässigkeit der Verbindungen. Genau für diese Herausforderungen wurde eine gewindefurchende Schraube zur Metalldirektverschraubung entwickelt. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Bei Leichtmetallverschraubungen stehen die Bauraumoptimierung sowie die Leistungsverdichtung und Kostenoptimierung im Fokus. Ein wichtiger Punkt ist vor diesem Hintergrund die Tragfähigkeitsoptimierung der Verbindung. Mit Blick auf gewindefurchende Metallverschraubungen beziehungsweise Leichtmetallverschraubungen heißt das: Es muss eine bessere Ausnutzung des Mutternwerkstoffes durch eine höhere Gewindeüberdeckung der Gewindeflanken von Schrauben- und gefurchtem Mutterngewinde erreicht werden. Genau für diese Einsatzfälle hat die Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG die Powertite entwickelt. „Die gewindefurchende Powertite zeichnet sich gegenüber marktüblichen Vergleichsprodukten durch eine höhere Tragfähigkeit der Schraube an sich aus. Durch einen leicht erhöhten Spannungsquerschnitt, der dem Niveau des normierten Spannungsquerschnittes einer metrischen Schraube entspricht, kann die Powertite so höhere Zugbruchkräfte generieren“, sagt Thomas Jakob, Application Sales Engineer bei Arnold Umformtechnik. Durch die spezielle Geometrie des Verbindungselementes können so in Verbindung mit angepassten Oberflächensystemen hohe Montagevorspannkräfte während der Schraubenmontage Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde, Freie Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik, Erfurt OPTIMIERUNGS- UND EINSPARPOTENZIAL NUTZEN Marktnähe ist uns sehr wichtig. Wir kennen die Schnittstelle zum Kunden und beraten mit Blick auf den konkreten Anwendungsfall, um die Produktentwicklung gemeinsam mit dem Anwender vorantreiben. So wurde zum Beispiel bei einer Getriebegehäuseverschraubung eine gewindefurchende Schraube M8, die ursprünglich elastisch montiert wurde, durch eine Powertite M7, die überelastisch montiert wird, ersetzt. Dadurch konnte ein deutliches Downsizing erreicht werden. THOMAS JAKOB, Application Sales Engineer bei Arnold Umformtechnik 30 DER KONSTRUKTEUR 2023/03 www.derkonstrukteur.de

KONSTRUKTIONSELEMENTE 01 01 Die gewindefurchende Schraube kann durch einen leicht erhöhten Spannungsquerschnitt, der dem Niveau des normierten Spannungsquerschnittes einer metrischen Schraube entspricht, höhere Zugbruchkräfte generieren 02 02 Eine überelastische Montage der Schrauben ist auch in konisch gegossenen Kernlöchern in GD-Al möglich erreicht werden. Diese liegen in der Regel auf dem Niveau von metrischen Schrauben sowohl bei elastischer als auch bei überelastischer Montage. REDUKTION DER FURCHMOMENTE Die Powertite-Schraube ist eine runde gewindefurchende Schraube mit einer 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 Furchzonenlänge ist mit einer Länge von 3 × p (p = Gewindesteigung) Bauraum optimiert und ermöglicht eine Verteilung der Umformarbeit beim Gewindefurchprozess auf mehrere Gewindegänge sowie ein optimales DER RUNDE TRAGQUER- SCHNITT HAT EIN DEFINIERTES ÜBERMASS 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 gewährleistet. Grundsätzlich sorgt diese spezielle Geometrie dafür, dass die Schraube einen erhöhten Spannungsquerschnitt und somit auch etwas höhere Zugbruchkräfte erreicht als konventionelle metrische Schrauben. Durch die Kombination von Trilobularquerschnitt in der Furchzone und Rundquerschnitt im Tragbereich wird eine signifikante Optimierung von gewindefurchenden Schraubenverbindungen erreicht, weil einerseits die Furchmomente niedrig sind und andererseits die Überdrehmomente und die Tragfähigkeit des gefurchten Mutterngewindes erheblich gesteigert werden. HÖHERE MONTAGEVORSPANNKRÄFTE BEI GERINGEREM PLATZBEDARF Mit der Powertite möchte Arnold Umformtechnik eine Antwort auf die neuen Marktanforderungen geben: höhere Montagevorspannkräfte bei weniger Bauraum übertragen. Es gibt zahlreiche Beispiele für den Einsatz der gewindefurchenden Powertite. Dies sind beispielsweise Anwendungen, bei denen höchste Vorspannkräfte durch überelastische Montage realisiert werden müssen. Auch für Baugruppen, bei denen nur wenig Einschraubtiefe realisiert werden kann und hohe Lochtoleranzen erforderlich sind, eignet sie sich. Zudem kann in vielen Fällen eine Gewichtsreduzierung durch die Reduzierung der Schraubenlängen und gewichtsoptimierte Schraubenköpfe erreicht werden. Im Vergleich zur gewindefurchenden Schraube Taptite 2000, die sich seit über 20 Jahren etabliert und in mehreren Tausend Anwendungsfällen bewährt hat, ist Powertite eine neu entwickelte tragfähigkeitsoptierte Furchschraube. Während bei Taptite der komplette Trag- und Furchbereich trilobular ist, ist Powertite im Tragbereich rund mit Übermaß und lediglich im Furchbereich trilobular. Dadurch wurde das Vorspannkraftniveau metrischer Schrauben auch bei überelastischer Montage erreicht sowie auch eine Bauraumoptimierung möglich. Eine rechnerische Vorauslegung für den konkreten Anwendungsfall ist in beiden Fällen mit dem Tool Fast Designer Metals möglich. Voraus geht dem immer eine Empfehlung von Arnold Umformtechnik für eine geeignete Kernlochauslegung. TECHNISCHE UND WIRTSCHAFTLICHE VORTEILE Mit der gewindefurchenden Powertite wird eine Tragfähigkeitserhöhung des gefurchten Mutterngewindes von mehr als 20 Prozent gegenüber marktüblichen trilobularen Schrauben erreicht. Das bedeutet eine Reihe technischer Vorteile. Dies sind: normkonforme Furchmomente, eine überelastische Montage auch in konisch gegossenen Kernlöchern in GD-Al, ein Vorspannkraftniveau analog metrischer Schraubenverbindungen und die Möglichkeit größerer Kernlochtoleranzen zur Optimierung von Gießprozessen von Leichtmetallen. Dazu kommen eine hohe Montagesicherheit und die Anwendbarkeit in Stahl sowie Aluminium und sonstigen Leichtmetallen. Außerdem sind Wiederhohlverschraubungen möglich und im Servicefall ein Ersatz durch metrische Schrauben. Neben den technischen Vorteilen bieten Powertite-Schrauben eine Vielzahl von kaufmännischen Vorteilen: die Reduzierung der Gesamtverbindungskosten um bis zu 85 Prozent, die Möglichkeit zum Downsizing, eine Bauraum- und Gewichtsoptimierung sowie schlankere vorgelagerte Prozesse bei der Fertigung von Leichtmetall- oder Stahlkomponenten. Bilder: Arnold Umformtechnik www.arnold-fastening.com www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2023/03 31