Gewindefurchende Schrauben Schrauben für Stahl / Gusseisen / Aluminium ESKA® TriloDUO...

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    14-Jun-2018
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    Gewindefurchende Schrauben fr kostengnstige Direktverschraubungen

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    Begriffsbestimmung / Prozessbeschreibung /Grundlegende Vorteile

    Gewindefurchende Schrauben erzeugen ihr Muttergewinde selbstttig bei der Montage durch Umformung des Werkstoffes im Gegenbauteil. Somit ist es vielfach mglich, Bauteile direkt ohne vorhandenes Mutter-gewinde einzusetzen, wodurch sich die Gesamtkosten der mechanischen Verbindungen erheblich senken lassen. Dabei knnen insbesondere die Prozesskosten signifikant reduziert werden, da der Arbeitsschritt Ge-windeschneiden beziehungsweise Gewindeformen entfllt und zudem keine strenden Spne anfallen. Der Einsatz der Schrauben ist direkt in gestanzten, gebohrten, gegossenen oder gelaserten Lchern mglich. Gewindefurchende Schrauben bieten auch deutliche Vorteile hinsicht-lich der Prozesssicherheit: so entsteht durch die Materialverfestigung im Gewinde eine hhere Belastbarkeit der Gesamtverbindung. Der spielfreie Kontakt zwischen Bolzen und Muttergewinde sowie die not-wendigen Eindrehmomente bewirken eine erhhte Losdrehsicherheit, die oftmals einen Verzicht auf Schraubensicherungen mglich macht.

    Gewindefurchende Schrauben von ESKA sind auf die Anforderungen der verschiedenen Einsatzflle und -werkstoffe ausgelegt und daher in unterschiedlichen Geometrien, Werkstoffen und Oberflchen verfgbar. Direktverschraubungen erfordern immer ein optimiertes Zusammenspiel von Bauteil, Verbindungselement und Montage und damit eine spezifische Auslegung der Schraube auf den jeweiligen Anwendungsfall. Fr hchst-belastete und spezielle Einsatzflle empfiehlt sich stets eine exakte Analyse der Verbindung und der geforderten Eigenschaften, fr die unsere Anwen-dungstechnik gerne zur Verfgung steht.

    Definition potenzieller Anwendungsflle

    Direktverschraubungen knnen bei einer Vielzahl von Mutterwerkstoffen eingesetzt werden. Geeignet sind dabei alle Metalle und Kunststoffe mit ausreichender Duktilitt und einer Werkstoff-Festigkeit bis etwa 950 MPa. Hierbei ist zwischen Direktverschraubungen in Metallen und in Kunst-stoffen zu unterscheiden: Bei Metallen, insbesondere Stahl, ist eine groe Hrte der Schraube im Bereich der Furchzone erforderlich. Diese kann durch Vergtung auf hohe Festigkeit oder Verfahren der Randschichthrtung wie Einsatzvergtung oder partielle Induktivhrtung erreicht werden. Letztere machen es mglich, auch statisch und dynamisch hochbeanspruchte Ver-bindungen mit gewindefurchenden Schrauben auszufhren. Das Gewinde-profil entspricht dabei dem des metrischen Gewindes. Bei Kunststoffen kommen schlanke, weit eindringende Flanken mit vergr-erter Steigung zum Einsatz. Die Festigkeit der vergteten Schraube ist hier ausreichend, eine spezielle Aufhrtung der Randschicht ist nicht blich.

    Prozesskette beim Einsatzherkmmlicher metrischer

    Schrauben

    Bohren entfllt

    Gewindeschneiden entfllt

    Subern Gegossenes Vorloch

    Montage Montage

    Verkrzte Prozesskettebeim Einsatz von gewinde-

    furchenden Schrauben

    Spne / lreste

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    Die Schraubmontage von gewindefurchenden Schrauben unterscheidet sich in einigen Aspekten von der herkmmlicher metrischer Schrauben. So ist bereits beim Eindrehen der Schrauben ein gewisses Drehmoment notwendig, um das Muttergewinde im Gegenbauteil zu formen (Eindreh-moment ME), siehe Bild 1 im Vergleich zu Bild 2. Nach Erreichen der Kopfauflage steigt das Drehmoment mit zunehmendem Drehwinkel wie gewohnt an, jedoch ist weiterhin ein gewisser Anteil des Drehmomentes zum Weiterformen des Gewindes bzw. zur berwindung der deutlich hheren Gewindereibung notwendig. Hierdurch wird bei vergleichbarem Anzugsmoment weniger Vorspannkraft erzeugt.

    Je nach Art und Auslegung der Verbindung wird schlielich ein maximales Drehmoment MA,max erreicht, welches das mgliche Drehmomentfenster nach oben begrenzt: kommt es aufgrund der Verbindungsparameter zu einem Abdrehen der Schraube, so spricht man vom Zerstrmoment MZ, bei Abstreifen des Muttergewindes vom berdrehmoment M

    . Zwischen

    Eindrehmoment und maximalem Drehmoment befindet sich der Bereich fr das anwendbare Anziehdrehmoment MA. Fr eine prozesssichere Montage ist dabei die Verbindung so auszulegen, dass das Drehmo-mentverhltnis MA,max / ME mglichst gro ist (Bild 2).

    Schraubmontage Anziehverfahren

    Montageparameter

    blicherweise werden gewindefurchende Schrauben rein elas-tisch im Drehmomentverfahren montiert. Bei entsprechender Auslegung der Verbindung, bei der ein Versagen des geformten Muttergewindes verhindert wird und somit sicher die Streckgren-ze der Schraube erreicht werden kann, ist jedoch auch eine ber-elastische Drehmoment Drehwinkel Montage mglich.

    Die Festlegung der Montageparameter muss bei Einsatz gewindefur-chender Schrauben stets an der Originalverbindung erfolgen, da der Drehmoment Drehwinkelverlauf von einer Reihe von Parametern beeinflusst wird:

    Bohrungsdurchmesser Materialstrke des Gegenbauteiles Werkstoff des Gegenbauteils Reibwert / Schmierzustand der Schrauben Schraubengeometrie

    Sacklochbohrung / Durchgangsbohrung

    Der Drehmoment Drehwinkel Verlauf sowie die resultierende Vorspannkraftcharakteristik kann je nach Schraubfall unterschiedlich sein: im Falle einer Durchgangsbohrung (z. B. Plattenwerkstoff, Blech-durchzug, etc.) fllt das Eindrehmoment vor Erreichen der Kopfauflage wieder ab, wodurch beim eigentlichen Anzug ein entsprechend ver-ringertes maximales Drehmoment erreicht wird und somit auch das Anziehdrehmoment niedriger angesetzt werden muss, siehe Bild 3.Die erzielbare Vorspannung ist in diesem Fall aufgrund verringerter Gewindereibung / geringerer Torsionsbelastung vergleichsweise hher. Ist die Hhe der Durchgangsbohrung und damit die Einschraub-tiefe in das Gegenbauteil begrenzt, wie z. B. bei einer Dnnblechver-schraubung, so kann es bei berlast zu einem Abstreifen des Mut-tergewindes kommen und die Montage wird in diesem Fall durch das entsprechende berdrehmoment begrenzt. Ist in der Folge das Drehmomentverhltnis M / ME fr eine prozesssichere Montagezu gering, so sind entsprechende Gegenmanahmen mglich:

    Erhhung der Kopfreibung durch Anpassung des Schmierzustandes oder Anbringen einer Unterkopf verrippung Erhhen der Einschraubtiefe durch Anbringen eines Durchzuges Variation des Vorlochdurchmessers

    Konventionelle metrische SchraubeKonventionelle metrische Schraube

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    Umdrehungen / Drehwinkel

    Gewindefurchende Schraube in Sacklochbohrung

    Umdrehungen / Drehwinkel

    Gewindefurchende Schraube inDurchgangsbohrung / Blechdurchzug

    Umdrehungen / Drehwinkel

    MA,max (MZ / M )

    MA,max (MZ / M )

    Einschraubmoment ME

    Bereich fr Anziehdrehmoment MA

    FV, max

    FV, max

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    MA,max

    Konventionelle metrische Schraube

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    Umdrehungen / Drehwinkel

    Gewindefurchende Schraube in Sacklochbohrung

    Umdrehungen / Drehwinkel

    Gewindefurchende Schraube inDurchgangsbohrung / Blechdurchzug

    Umdrehungen / Drehwinkel

    MA,max (MZ / M )

    MA,max (MZ / M )

    Einschraubmoment ME

    Bereich fr Anziehdrehmoment MA

    FV, max

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    MA,max

    Gewindefurchende Schraube inSacklochbohrung

    Konventionelle metrische Schraube

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    Umdrehungen / Drehwinkel

    Gewindefurchende Schraube in Sacklochbohrung

    Umdrehungen / Drehwinkel

    Gewindefurchende Schraube inDurchgangsbohrung / Blechdurchzug

    Umdrehungen / Drehwinkel

    MA,max (MZ / M )

    MA,max (MZ / M )

    Einschraubmoment ME

    Bereich fr Anziehdrehmoment MA

    FV, max

    FV, max

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    MA,max

    Gewindefurchende Schraube inDurchgangsbohrung/Blechdurchzug

    Bild 1 Bild 2 Bild 3

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    Stahl / Gusseisen / Aluminium

    Fr Direktverschraubungen in Metalle sind die gewindefurchenden Schrauben ESKA TriloDUO und ESKA Trilo ausgelegt. Beide Schraubentypen weisen einen trilobularen Querschnitt auf und wurden fr hchste Anforderungen an Montageverhalten und Be-lastbarkeit entwickelt. ESKA TriloDUO ESKA Trilo

    Blechwerkstoffe

    Die ESKA TriloTS-Geometrie (thin sheet) wurde fr Feinbleche < 2,5 mm Wandstrke entwickelt und besitzt durch ihre trilobulare Geometrie ein sehr gutes Verhltnis zwischen berdrehmoment und Einschraubmoment. ESKA TriloTS

    Magnesium

    Hochfeste ALUDRIVE-Aluminiumschrauben von ESKA sind die optimale Lsung fr das sichere Verbinden von Magnesiumkom-ponenten. Vorspannkraftverluste durch thermisch induzierte Zu-satzspannungen werden dabei durch den sehr hnlichen Ausdeh-nungskoeffizienten minimiert und Kontaktkorrosion wird schon bei unbeschichteten Schrauben nahezu vollstndig vermieden. In gewindefurchender Ausfhrung ermglichen sie nun auch die Di-rektverschraubung ausreichend duktiler Magnesiumlegierungen. ESKA TriloDUO oder ESKA Trilo als ALUDRIVE-Ausfhrung

    berblick der verschiedenen Schraubentypen

    Kunststoffe

    ESKA Plast Schrauben wurden speziell fr die Verschraubung in Kunststoffen optimiert. Die abgestimmte Geometrie bewirkt hervorragende Montageeigenschaften bei geringer mechanischer Belastung der Schraubdome des Kunststoffbauteiles. ESKA Plast

    Schrauben fr Sonderflle