Lösbar oder unlösbar?

Innovative Verbindungselemente sparen Zeit und Kosten – Marktanforderungen nach lösbaren und unlösbaren Verbindungen werden berücksichtigt - Einfache Austauschbarkeit mit bisher verwendeten Verbindungssystemen gewährleistet

(Forchtenberg) Angesichts des sich aus technischen und ökonomischen Gründen kontinuierlich entwickelnden Einsatzes von Kunststoffen, kommt der Notwendigkeit einer kosteneffektiven und prozesssicheren Befestigungs- methode eine ständig wachsende Bedeutung zu.

Die Anforderungen des Marktes an die Verbindungslösungen sind recht komplex. Generell lassen sich diese in zwei Hauptgruppen untergliedern - in lösbare und unlösbare Verbindungen (Bild 1).

Lösbare Verbindungen werden überall dort nachgefragt, wo die Verbindung im Schadensfall oder Anwendungsfall gelöst werden muss. Die Anforderungen des Marktes beziehen sich in diesem Falle auf kostengünstige Bauteile und Betriebsmittel sowie eine hohe Betriebs- und Prozess- Sicherheit. Unlösbare Verbindungen dagegen kommen vor allem in den Fällen zum Einsatz, wo Bauteile nicht reparabel sind bzw. dort, wo Verbindungen auf Grund von Sicherheitsvorgaben nicht gelöst werden sollen und dürfen – z.B. Airbag-Anwendungen im Automobilbereich. Neben der Unverlierbarkeit der Verbindungselemente verlangt der Markt hier geringe Montagezeiten und eine hohe Prozess- Sicherheit.

Lösbare Verbindungen
In der Regel wird diese Art der Verbindung durch Schrauben und Muttern geschaffen. Dies ist zwar einerseits kostengünstig im Hinblick auf die direkten Teilekosten, fordert aber andererseits Zeit für die Montage. Die wirtschaftlichste Alternative zur Erfüllung dieser umfangreichen Anforderungen ist laut Mario Metzger, Technischer Berater beim Verbindungselementehersteller Arnold Umformtechnik, der Einsatz von Remform-Schrauben zur Kunststoffdirektverschraubung (Bild 2).

Bei dieser Verschraubungsart sind die Kosten für den gesamten Verbindungsprozess am geringsten, da durch den Einsatz der Technologie des Direktverschraubens in Kunststoffe verschiedene Arbeitsschritte welche ansonsten beim Einsatz von herkömmlichen Schrauben notwendig wären (z.B. Einbringen von Inserts), komplett entfallen (Bild 3)

Pluspunkte der Remform-Schraube
Die Remform-Schraube bietet auf Grund ihrer asymmetrischen Gewindeflankform eine hohe Betriebssicherheit der gesamten Verbindung, wodurch Nacharbeiten durch Fehlmontage oder gar Feldausschussfälle vermieden werden. Durch die asymmetrische Gewindegeometrie der Schraube wird der Materialfluss des geformten Kunststoffgewindes optimiert und die Auszugskräfte gegenüber herkömmlichen symmetrischen Gewindeflanken erhöht. „Der Nutzen für den Konstrukteur liegt klar auf der Hand“ so Mario Metzger weiter, „Hohe Sicherheit des Montageprozesses, was resultiert aus einer großen Differenz zwischen Einschraubmoment und Überdrehmoment; und eine große dynamische Belastbarkeit, welche das Ergebnis eines verstärkten Gewindekernquerschnitts ist.“ Weitere technische Vorteile sind ein einfaches Recycling sowie bauraum- und gewichtsoptimierte Bauteilkonstruktion, woraus dann auch kurze Zykluszeiten beim Kunststoffspritzen entstehen.

Die Arnold-Gruppe ist eine 100prozentige Tochter des global agierenden Würth-Konzerns, der mit über 65.000 Mitarbeitern und mit 42 Gesellschaften weltweit über 8 Milliarden Euro erwirtschaftet.

Remform-Einsatz in der Praxis
Das dies alles nicht nur blanke Theorie ist, hat Arnold Umformtechnik vor kurzem durch den Einsatz der Remform-Schraube bei einem renommierten Waschmaschinen- hersteller bewiesen: „Die Anforderung des Kunden bezog sich auf die Verbindung einer zweigeteilten Waschmaschinenlaugentrommel wobei folgende Parameter erfüllt werden sollten:

• Um Trommeldichtheit zu gewährleisten, musste die Restklemmkraft über die Lebensdauer der Waschmaschine hinweg ausreichend sein
• Temperaturbeständigkeit von -10° bis +65°C
• Extrem kurze Montagezeiten
  (weniger als 1 s pro Schraube)
• Vibrationsbeständigkeit

Dieses Anforderungsprofil konnten wir durch den Einsatz der Remform-Schraube optimal erfüllen“, so die Aussage von Mario Metzger.

Unlösbare Verbindungen
Unlösbare Verbindungen werden zumeist durch Schweißen, Kleben, Nieten oder Klipsen realisiert. Sie sind zwar unverlierbar, andererseits aber oft nur teuer zu realisieren. Deshalb wurde von Arnold mit dem Arnold-Tripress (ATP) ein Verbindungselement entwickelt, das je nach Bedarf eine lösbare oder unlösbare Verbindung oder auch eine Kombination aus beidem darstellt (Bild 4).

Hierbei handelt es sich um einen Einpressbolzen in unterschiedlichen Varianten und Kombinationen. Gegenüber herkömmlichen Produkten mit rundem Schaft weist er einen trilobularen (dreieckigen) Querschnitt auf. Der Bolzen wird in runde Kernlöcher eingepresst, welche dadurch die trilobulare Form des Bolzens annehmen. So wird für Formschluss gesorgt, was die Einpresskraft minimiert. Nach Einpressen des Schaftes werden große Verdreh- und Auszugskräfte generiert, welche die Bruchmomente eines herkömmlichen Verbindungselementes übertreffen. Der ATP lässt sich in duktile Leichtmetalle und Kunststoffe einpressen.

ATP-Verbindungen vor allem für Kfz
Auch wenn die Einsatzmöglichkeiten des Verbindungselements sehr vielseitig sind, werden seine Vorteile speziell beim Verbinden elektrischer Anschlüsse im Kfz-Bereich deutlich: Viele dieser Anschlüsse wurden hier bisher mit Standard-Sechskantschrauben ausgelegt, um die Torsionsmomente, die durch die Befestigung der Anschlussleitung entstehen, über eine Gegenform im Bauteil aufzunehmen. Das Verbindungselement oder der Anschlussbolzen wird separat montiert. Hierfür sind meist aufwändige Betriebsmittel wie Schrauber und Zuführung sowie Zusatzteile wie Muttern, Scheiben und Sicherungselemente erforderlich. Das Einbringen der Anschlussbolzen ist dadurch sehr aufwändig, verbindungstechnisch untergeordnet und damit sehr kostenintensiv.

Weniger Kosten für Betriebsmittel
Mit dem Einsatz des ATP-Verbindungssystems lassen sich die Kosten für Betriebsmittel erheblich reduzieren: Der entsprechende Anschlussverbinder (Bild 5) wird bis zur Kopfauflage eingepresst – aufwändige Betriebsmittel und Zusatzteile entfallen.

Nach dem Einpressen ragt der Gewindeteil des ATP-Verbinders aus dem Bauteil. Das zu befestigende Teil wird aufgesteckt und mittels einer Mutter festgeschraubt. Mit dem Einpressbolzen ATP lassen sich so lösbare oder unlösbare Verbindungen herstellen oder auch eine Kombination aus beidem. Sein dreieckiger Querschnitt wird formschlüssig in runde Löcher gepresst. Über Gewindeanschlüsse lassen sich auf herkömmliche Art weitere Bauteile befestigen.