Schraubverbindung

Andrea Gillhuber,

Verbindungstechnik für Aluminium-Stahl-Mischbau

Mit der Flowform hat Arnold Umformtechnik bereits vor einigen Jahren eine Verbindungslösung entwickelt und am Markt etabliert, welche den steigenden Anforderungen in der Blechverbindung gerecht wird. Jetzt stellt das Unternehmen die Weiterentwicklung vor. Von Annedore Bose-Munde

Dreilagige Blechverbindung mit 2,5 mm dicken Aluminiumblechen, gefügt mit der Flowform Plus. © Arnold Umformtechnik

Die fließloch- und gewindeformende Schraube Flowform ermöglicht eine einseitig zugängliche und vollautomatisierte Fügeverbindung. Mit ihrer polygonalen Spitzengeometrie formt die Flowform-Schraube ein Fließloch und furcht ein Gewinde, welches im Reparaturfall eine metrische Schraube aufnehmen kann.

Mit der Flowform Plus, einer Weiterentwicklung der eingeführten Flowform, reagiert das Unternehmen jetzt auf gewachsenen Kundenanforderungen. Vor dem Hintergrund, die CO2-Emissionen immer weiter zu verringern, setzt die Automobilindustrie auf Gewichtsreduzierung. So werden zunehmend dünnere und höherfestere Stähle oder Aluminium eingesetzt und der Mischbau nimmt zu. Aber die Schraube muss auch unter geänderten Randbedingungen eine verlässliche Verbindung garantieren. Kurzum: Die Flowform musste weiterentwickelt werden, um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden.

„Die Anwendungsgrenze für das Fügen von Stahlanwendungen lag in Abhängigkeit von der Blechdicke bei der herkömmlichen Flowform bei maximal 600 MPa, mit der Flowform Plus liegt sie bei 1.000 MPa“, sagt Heiko Miller. Er ist Projektleiter für die Weiterentwicklung der Flowform Plus bei Arnold Umformtechnik. Gegenüber der herkömmlichen Flowform wurden die Abmessungen von 5 mm Durchmesser und 20 mm Länge auf 4 mm Durchmesser und 20 mm Länge reduziert. In Abhängigkeit von Kopf und Länge wiegt die herkömmliche Flowform 5 etwa 4 g, die neue Flowform Plus 4 etwa 3 g. Hochgerechnet auf die Anzahl der verwendeten Schrauben in der Karosserie fällt dies ins Gewicht: Bei 500 Elementen liegt die Gewichtseinsparung bei 500 g bei annähernd gleicher Leistung. Zudem wurde die Geometrie der Fließlochformspitze optimiert und das Wärmebehandlungsverfahren angepasst, sodass die Performance für die Verbindung annähernd gleichbleibend ist.

Anzeige

Fügepunktvalidierung gibt Sicherheit

Doch wann ist die Flowform Plus das geeignete Verbindungselement? Dafür werden im Blechfügelabor beispielsweise Machbarkeitsuntersuchungen mit Originalmaterial durchgeführt. Hier werden die Festigkeitswerte für den Verbund und die Grenzen für den Versagensfall ermittelt. Bei einer Fügepunktuntersuchung geht es etwas weiter in Detail: Hier hat der Anwender bereits bestimmte Materialpaarungen definiert. Neben einer Empfehlung werden hier auch konkrete Werte erwartet, beispielsweise welche Festigkeitswerte in einem Fügepunkt erzielt werden.

Grundsätzlich ist die Flowform Plus für höherfeste Stahlbleche und dickere Blechkombinationen konzipiert. „Durch den Einsatz von Aluminium-Bauteilen können auch dickere Fügekombinationen mit mehreren Lagen entstehen. Das hat in der Vergangenheit in Bezug auf dreilagige Verbindungen dazu geführt, dass die Deck- und Mittellagen vorgelocht wurden. Durch den Einsatz der Flowform Plus können laut Arnold Umformtechnik nun in Abhängigkeit der Fügewerkstoffe dickere Materialkombinationen bis zu 7,5 mm ohne Vorloch gefügt werden“, erklärt Miller.

Dreilagige Blechverbindung mit 2,5 mm dicken Aluminiumblechen, gefügt mit der herkömmlichen Flowform. © Arnold Umformtechnik

Begründet ist dies in der geringeren Materialverdrängung durch die Durchmesserreduzierung. Dadurch entsteht eine kleinere Spaltbildung zwischen den Blechen, durch die kleinere Abmessung weniger Reibfläche. Somit fällt das Furchmoment geringer aus als bei der herkömmlichen Flowform  5. Da hier generell das Niveau des Drehmomentes geringer ausfällt, kann die Verbindung auch mit einem niedrigeren Anzugsdrehmoment angezogen werden. Die Verbindungs-festigkeit ist laut Unternehmen etwas schlechter als bei Flowform 5, jedoch gut genug für die Anwendung.

In Bezug auf das Verbindungselement ergibt sich eine höhere Festigkeit durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffes, abgestimmt mit einem dazu passendem Wärmebehandlungsverfahren. Durch den kleineren Durchmesser der Flowform Plus und damit auch den kleinere Kopfdurchmesser eignet sich die Schraube zudem auch für Anwendungen, in denen nur eine geringe Flanschbreite gegeben ist. „Wir haben eine dreilagige Blechverbindung mit 2,5 mm dicken Aluminiumblechen mit dem herkömmlichen und mit dem neuen Flowform-Element gefügt. Das Ergebnis zeigte ganz klar weniger Spaltbildung bei der Flowform Plus. Zudem konnte hier ohne Vorloch gefügt werden. Bei Anwendungen mit Klebstoff, was der Regelfall ist, wird bei Vermeidung eines Vorloches zusätzlich der Klebstoff eingeschlossen und kann somit nicht zum Vorloch entweichen“, so Miller. Auch sei ein Fügen ohne Vorloch mit Blick auf die Kosteneffizienz des Prozesses günstiger. Der Anwender benötige so keine Kameratechnik, um zu überprüfen, ob die Schraube im Fügeprozess mittig das Vorloch trifft, ergänzt Nadine Schmetzer.

Eingesetzt wird die neue Flowform unter anderem im Karosserierohbau im Aluminium-Stahl-Mischbau, bei profilintensiven Bauweisen, bei einseitiger Zugängigkeit, bei Hybridverbindungen oder bei Batteriepacks. Durch den kleineren Kopfdurchmesser der Flowform Plus kann bereits die konstruktive Auslegung der Baugruppe beim Kunden angepasst werden. Das heißt: Flansche können beispielsweise schmaler und damit gewichtsoptimierter gestaltet werden.

Grundsätzlich ist es für die Entwickler von Arnold wichtig, dass eine optimale Verbindungslösung für das Kundenbauteil realisiert wird. Deshalb ist der Service beim Kunden genauso wichtig wie die Abstimmung mit dem Anlagenlieferanten. „Eine frühzeitige Einbindung aller Beteiligten in den Prozess unterstützt letztendlich die Umsetzung optimierter und kosteneffizienter Abläufe“, erklärt Miller.

Annedore Bose-Munde, Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik

Anzeige
zurück zur Themenseite

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Fachbericht

Hochbelastbar und dicht

Schmalrandige Dichtungen treten millionenfach bei Verschraubungen auf. Obwohl diese Schraubverbindungen schon seit vielen Jahrzehnten im Einsatz sind, gibt es immer wieder Probleme in verschiedenen Anwendungsbereichen, weil diese Dichtverbindungen...

mehr...

Schrauben und Mutternschutz

Der Schweiss treibende Kampf

mit den eingerosteten Radmuttern seines VW-Käfers brachte Horst Thiel in den 1960er-Jahren auf die Idee, sich mit Hilfe seines Spritzguss-Knowhows dem Korrosionsschutz von Schrauben zu widmen. Nach umfangreichen Versuchen entwickelte und produzierte...

mehr...
Anzeige
Anzeige

Stützhülsen

Aus Gründen der Leichtigkeit

verwendet der Automobilbau immer mehr Komponenten aus Kunststoff. Die Folge ist eine zunehmende Komplexität der verbindungstechnischen Aufgabenstellungen. Die überwiegend eingesetzten thermoplastischen Kunststoffe haben das Bestreben, eingebrachte...

mehr...
Anzeige

Fließlochbohrer

In nur zwei Schritten

lassen sich hochbelastbare Gewinde mit dem Thermdrill-Verfahren von Ontool erzielen – und zwar ab Materialstärken von 1,0 mm. Der Fließlochbohrer erzeugt durch seine Bohrkopfgeometrie thermische Energie, die Bau- und Edelstahl, Messing,...

mehr...

Schraubkappen

Wasser und Salz

haben es in sich. Zusammen sorgen sie dafür, dass Nudeln schmackhaft werden. Das ärgerliche an ihnen jedoch ist, zusammen verursachen sie auch Korrosion. Und gerade sie bringt nachweislich Schäden in Höhe von circa drei Prozent des jährlichen...

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Unterlegscheibe

Nichts als die Wahrheit

zu finden, ist gar nicht so einfach, wenn es sich dann auch noch um den wahren Zustand von Schraubverbindungen handelt, ist Rembe gefordert. Schraubverbindungen garantieren Funktion und Sicherheit in Industrieanwendungen, da sie Bauelemente fest und...

mehr...

Montagetechnik

Verbindungen fürs Leben

Einfach nur Verschrauben, das war gestern. Wer heute montiert, will seinen Prozess sicher beherrschen. Inzwischen setzen Hersteller für ihre Montage auf komplette Schraubstationen, die aus einer Hand angeboten werden. Bis hin zum vollständig...

mehr...