Gewindefurchende Schraubverbindungen für Leichtmetallgehäuse

Von Christian Hinteregger, Magna Powertrain AG & Co. KG, Lannach, Österreich und Thomas Jakob, Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG, Forchtenberg

(firmenpresse) - Leichtmetallgehäuse für den Fahrzeugbau sind in der Regel mit metrischen Schrauben verbunden. Bei der Auslegung stützt man sich dabei auf langjährig erworbenes Wissen und Erfahrungen, in geringerem Maße auf Simulationen sowie Normen wie die VDI 2230.

Bei Getriebe- und Motorkomponenten tritt eine Kombination aus mechanischer und thermischer Beanspruchung auf. Aufgrund des stetig steigenden Kostendrucks wenden OEM und Zulieferer neue innovative Technologien wie Gewindefurch-Schraubverbindungen an. Die Auslegung der Gewindefurch-Schraubverbindungen wird von Faktoren wie der Vorspannkraft, der Lösesicherheit, der Relaxation und Wiederhol-Verschraubbarkeit, aber auch von Montageprozessen und der Servicefähigkeit bestimmt.

Das Advanced Technology Engineering der MAGNA Powertrain AG & Co KG, dem weltweit führenden Hersteller von Verteilergetrieben und ARNOLD Umformtechnik, ein führender Hersteller von intelligenten Verbindungslösungen in Europa, entwickelten ein Konzept zur Untersuchung der Verschraubungsparameter bei AlSi9Cu3-Legierungen und gewindefurchenden Schrauben der TAPTITE 2000-Generation in der Festigkeitsklasse 10.9.


Schraubverbindungen bei Fahrzeuggetrieben

Um eine prozesssichere Verschraubung in der Großserienfertigung sicherzustellen, müssen Einflussfaktoren des Schraubsystems, der Fertigung und Montage berücksichtigt werden. Zusätzlich spielt der Preis eines Produktes und die Technologie eine Rolle. Mehrkosten durch Zusatzaufwendungen im Montage- und Fertigungsprozess dürfen die Einsparungen einer innovativen Schraubtechnologie nicht schmälern.

Getriebegehäuse-Verschraubungen aus Leichtmetall bestehen heute üblicherweise aus metrischen Schrauben. Die Schraubenverbindung wird in der Regel nach Maßgabe der VDI Richtlinie 2230 ausgelegt. Diese ist für gewindefurchende Verbindungselemente nur eingeschränkt tauglich, da sich hier Gewindefurch-und Gewindereibmoment überlagern. Deshalb müssen folgende Anforderungen konstruktiv bestimmt werden:



- Mindestvorspannkraft
- Mindestlosbrechmoment
- zulässige Vorspannkraftabfälle

- Anforderungen an die Wiederhol- Verschraubbarkeit in Abstimmung mit dem Kunden
- Definition eines maximal zulässigen Furchmomentes zur Absicherung der Montagesicherheit.

Mit statischen Verschraubversuchen können alle wesentlichen Parameter von Erst-und Wiederholverschraubungen geprüft werden. Wiederholverschraubungen sind zwingend erforderlich bei ihnen müssen aber Anziehmomente und Kernlochtoleranzen unbedingt aufeinander abgestimmt sein, um Plastifizierungen des gefurchten Mutterngewindes zu vermeiden. Umfangreiche Einschraubversuche mit Vorspannkraftmessung zeigen, dass ein relativ homogenes Vorspannkraft-Fenster für Erst-und Wiederholverschraubungen erreicht werden kann. Die besondere Herausforderung ist, dass der Gießer die Kernlochtoleranzen einhalten kann und bei maximaler und minimaler Kernlochtoleranz sowie Erst- und Wiederholverschraubungen die Vorgaben bezüglich Mindestvorspannkraft, Losbrechmoment und Montagesicherheit erfüllt werden.


Vorspannkraftvergleich von gewindefurchender und metrischer Schraube

Würde man die Verschraubungen nach VDI 2230 für Stahlsysteme auslegen, ergäbe sich bei einer Reibungszahl von µ = 0,14, einem Montagemoment von 34 Newtonmeter und einer Festigkeit 10.9 eine Vorspannkraft von 24,2 Kilonewton. Bei einer Aluminiumlegierung AlSi9Cu3 und entsprechender Mutternauslegung für Gewindefurchschrauben unterschiedlicher Mutterngewinde-Durchmesser liegt die Vorspannkraft bei nur etwa zwei
Drittel des Wertes der VDI-Vorlage. Hier muss man jedoch berücksichtigen, dass das Gussgefüge und die Gussgeometrien des Mutternwerkstoffes im Bereich des gegossenen Kernloches in Ordnung sind.

Die Untersuchung der erreichbaren Vorspannkräfte mit metrischen Schrauben ergibt dieselbe Tendenz. Auch hier lassen sich die nach VDI 2230 angegebenen Vorspannkräfte in der konkreten Getriebeapplikation nicht prozesssicher erreichen.

Quelle: OEM&Lieferant, Messeausgabe 2007Weitere Infos zu dieser Pressemeldung:

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Datum: 05.09.2007 - 13:39 Uhr
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