Patentierte Technik für prozesssichere Montage dünner Bleche

Gewindeformende Schraube erspart Arbeitsschritte und unterstützende Zusatzfügeelemente.

Das Fügen dünner Bleche spielt in vielen Branchen eine wichtige Rolle – sei es in der Automobil- und Zulieferindustrie oder bei den Herstellern Weißer Ware, z. B. Waschmaschinen. Um dünne Materialien, deren Stärke 0,25 mal dem Nenndurchmesser oder weniger beträgt, sicher zu verschrauben, waren bislang zusätzliche Fügeelemente und Prozessschritte notwendig. Damit macht die neue patentierte SHEETITE® von ARNOLD UMFORMTECHNIK Schluss. Sie lässt sich problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren und reduziert als flexibel einsetzbares Verbindungselement Zeit und Kosten in der Fertigung.

Die neue Dünnblechschraube gehört zu den gewindeformenden Schrauben und dient zum Verschrauben vorgelochter Bleche. Funktionsweise: Während des Einschraubvorgangs verdrängt die SHEETITE® mit ihrem gewindeformenden Bereich spanlos Material des Einschraubteils und formt sich selbstständig ein Mutterngewinde. Je nach Art der Vorlochung verdrängt sie dabei Material in Fügerichtung, wodurch sich die Einschraubtiefe im Vergleich zur ursprünglichen Blechstärke vergrößert. Gleichzeitig nimmt die Anzahl der tragenden Gewindegänge im geformten Gewindedurchzug zu.

Jan Büchle, bei ARNOLD UMFORMTECHNIK in der Abteilung für Forschung und Entwicklung tätig, beziffert das Mehr an Einschraubtiefe abhängig von der Blechstärke auf bis zu 60 Prozent. „Im weiteren Fügeverlauf steht nach dem voll ständigen Einschrauben und Erreichen der Kopfauflage ein höherer Materialanteil gegen die Überlastung der Schraubverbindung zur Verfügung“, erläutert er den positiven Effekt. Auch im Hinblick auf verkürzte Durchlaufzeiten sowie optimierte Prozessabläufe sei die Fügetechnik ein erster Ansatzpunkt, so Büchle weiter: „Neue Verbindungselemente müssen zum einen fortbestehende Prozesssicherheit gewährleisten. Zum anderen sollen innovative Fügeverfahren die Verarbeitungszeit verkürzen oder vorgelagerte Prozessschritte zum Vorbereiten der Fügestelle einsparen. Beides schaffen wir mit SHEETITE®. Es ist lediglich notwendig, das Blech vorzulochen. Muttern oder andere Hilfsfügeelemente entfallen komplett.“ Bei der hohen Anzahl an Fügestellen reduziere dies die Durchlaufzeiten enorm.

Auswahlkriterien für den Einsatz von Dünnblechschrauben
SHEETITE® ist zum Verschrauben von zwei oder mehr aufeinanderliegenden plattenförmigen Bauteilen mit einem Gesamtverbund von 0,5 mal dem Nenndurchmesser oder weniger vorgesehen. Dieser Verbund besteht mindestens aus einem obenliegenden Klemmteil mit Durchgangsloch sowie einem untenliegenden vorgelochten Einschraubteil mit oder ohne Durchzug. Bei seiner Entwicklungsarbeit hat Jan Büchle die Vorteile der Dünnblechschraube ausführlich untersucht: „Im direkten Vergleich mit herkömmlichen Blechschrauben kann man erkennen, dass diese aufgrund ihrer großen Gewindesteigung vermehrt während des Einschraubvorgangs kippen und sich nicht senkrecht zur Werkstückoberfläche einschrauben lassen. Dadurch entsteht keine ebene Kopfanlage auf der Werkstückoberfläche und der Schraubenkopf wird einseitig stärker belastet.“ Zudem ließen sich die Blechschrauben bereits von Hand überdrehen, da der Werkstoff bei der geringen Einschraubtiefe nicht genügend Sicherheit für eine prozesssichere Montage böte. Bei steigenden Materialstärken und damit größeren Einschraubtiefen können Konstrukteure jedoch auf herkömmliche Verbindungselemente für die Metalldirektverschraubung zurückgreifen.

Besondere Schraubengeometrie sichert Anwendungsvorteile
Mehrere Patente belegen den technologischen Fortschritt, der ARNOLD UMFORMTECHNIK mit dem neuen Verbindungselement gelungen ist. So treten mindestens zwei verschiedene Querschnittsformen entlang des Schraubenschafts auf. Die unterschiedlichen Querschnitte sorgen für eine Entlastung beim Einschrauben und erhöhen gleichzeitig die Sicherheit beim Anziehen. Im gewindeformenden Bereich sowie im Übergang zum tragenden Gewindebereich besitzt der Schraubenschaft einen polygonalen Querschnitt. Mit zunehmender Annäherung an den Gewindeauslauf bzw. den Schraubenkopf nimmt der Schraubenschaft im tragenden Gewindebereich einen runden Querschnitt an. Experte Büchle führt weiter aus: „Der Gewindeauslauf bildet das Ende des tragenden Gewindebereichs zum Schraubenkopf. Bei dünnen Blechen gilt er aufgrund dergeringen Einschraubtiefen und Klemmdicken als funktionskritisches Merkmal und wird so kurz wie möglich ausgeführt.“
„Wir haben die SHEETITE® für Kunden entwickelt, die große Stückzahlen produzieren wie große Haushaltsgerätehersteller“, ergänzt Entwicklungsingenieur Jan Büchle. „Im Falle einer Reparatur kann die gleiche oder eine andere metrische Schraube verwendet werden, da die SHEETITE® ein metrisches Mutterngewinde formt. Die Patentanmeldung ist abgeschlossen, diverse Zertifizierungen laufen noch.“ Die Verbindungselemente lassen sich mit bestehenden Schraubanlagen verarbeiten, was einen klaren Prozess- und Investvorteil mit sich bringt. Aktuelle Anwendungen finden sich nach seiner Aussage derzeit vor allem bei Stahlblechen, es seien jedoch auch andere metallische Werkstoffe wie Magnesium oder Aluminium verschraubbar. Dies ist unter anderem für die Hersteller von Aggregaten für den Automobilbau interessant.