Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Aluminiumschrauben sorgen für sichere Verbindungen im Leichtbau

16.03.2010
Die Verschraubung von Magnesiumteilen stellt besondere Herausforderungen an das Verbindungselement. Aluminiumschrauben weisen durch das ähnliche thermische Ausdehnungsverhalten einen geringeren Vorspannkraftverlust bei Temperaturschwankungen auf als Stahlschrauben.

Leichtbauwerkstoffe erfordern bei bewegten Massen deutlich weniger Energie und Material als die konventionellen Alternativen. Deshalb setzt vor allem die Automobilindustrie auch in der Serienfertigung auf leichte Bauteilkonstruktionen. Die Werkstoffe Aluminium und Magnesium haben sich dabei als Innovationstreiber besonders bewährt. Damit einhergehend steigen auch die Anforderungen an die einzusetzenden Verbindungselemente und die Auslegung von Schraubenverbindungen.

Kontaktkorrosionen belasten die Qualität der Verbindung von Magnesiumelementen

Aluminium und Magnesium haben sich als multi-kombinierbare Konstruktionswerkstoffe in nahezu allen Bereichen der industriellen Produktion etabliert. Zur sicheren Montage von Gehäuseteilen, Trägern oder Versteifungskomponenten aus Magnesium hat Arnold Umformtechnik das Alufast-Schraubenprogramm entwickelt. Damit reagieren die Verbindungsspezialisten auf die Forderung nach einer optimalen Werkstoffpaarung, die sich vor allem hinsichtlich Wärmeausdehnung, Korrosionsverhalten und Recycling auszeichnet. Gleichzeitig erfüllen die Alufast-Produkte die hohen Anforderungen an den Erhalt der Vorspannkraft, der Temperaturstabilität sowie der Gewichtsersparnis.

Die Verschraubung von Magnesiumelementen stellt besondere Herausforderungen an das Verbindungselement. Die geringe Festigkeit von Gegenlage und Mutterngewinde erfordert beim Einsatz von Stahlschrauben große Einschraubtiefen oder große Kopfauflageflächen. Damit verbunden sind Schraubenlängen, die den Gewichtsvorteil des Werkstoffes schnell zunichte machen können. Stark unterschiedliche Ausprägungen der Wärmeausdehnung der kombinierten Materialien können außerdem zu funktionsgefährdenden Vorspannkraftverlusten führen. Kontaktkorrosionen belasten die Qualität der Verbindung.

Hochfeste Aluminiumschrauben aus dem Arnold-Alufast-Programm sind die Antwort auf diese Herausforderungen. Die Verbindungselemente eignen sich besonders für die Verschraubung von Magnesiumkomponenten unter korrosiver und thermischer Belastung. Die verwendete Al6056-Legierung und eine angepasste Wärmebehandlung gewährleisten die prozesssicheren Festigkeits- und Dehnungseigenschaften der Schraube. Während Stahlschrauben große Kopfauflagen bei Magnesiumverbindungen benötigen, reicht bei Alufast ein Standarddesign.

Alufast-Schrauben können blank eingesetzt werden

Zusätzlich überzeugen die Aluminiumschrauben durch gute Kontaktkorrosionseigenschaften gegen Magnesium. Geringere Potenzialdifferenzen bieten deutlich reduzierte Korrosionspotenziale im Vergleich zur Stahlvariante. Die mechanischen Eigenschaften der Schrauben sind bei Langzeitbelastung bis zu einer Temperatur von etwa 150 °C nahezu stabil. Kurzfristig höhere Temperaturen bis etwa 180 °C sind ebenfalls unkritisch. Alufast-Schrauben können in Verbindung mit üblichen Magnesiumdruckgusslegierungen – beispielsweise Az91 HP – blank eingesetzt werden. Sie benötigen keine weitere Oberflächenbeschichtung.

Relaxationsvorgänge, insbesondere in den verschraubten Magnesiumteilen, können speziell an temperaturbelasteten Verbindungsstellen zu Vorspannkraftverlusten führen. Das Risiko resultiert aus dem um den Faktor zwei höheren Ausdehnungskoeffizienten von Magnesium gegenüber Stahl. Vor allem die in Einsatzbereichen von Motor und Getriebe herrschenden Objekttemperaturen von —30 bis 150 °C führen bei der Schraubenverbindung zu Temperaturunterschieden bis zu 180 °C.

Relaxationserscheinungen im Magnesium führen zu Vorspannkraftabfall

Daraus resultiert bei Verwendung von Stahlschrauben bei hohen Temperaturen zunächst eine thermisch induzierte Zusatzbelastung der Schraubenverbindung, die dann in der Regel zur Relaxation des Magnesiums führt. Diese Relaxationserscheinungen im Magnesium führen dann bereits zu einem Vorspannkraftabfall während höherer Betriebstemperaturen.

Jedoch bei Abkühlung ändert sich die Dicke des geklemmten Magnesiumteiles thermisch bedingt stärker als die Stahlschraubenlänge. Dies hat zur Konsequenz, dass bei Verwendung von Stahlschrauben eklatante Vorspannkraftverluste auftreten können, die unter Umständen dann zum Versagen der Verbindung führen können. Alufast-Schrauben weisen, bedingt durch das ähnliche thermische Ausdehnungsverhalten, einen deutlich geringeren Vorspannkraftverlust bei Temperaturschwankungen auf, was sie speziell für den Einsatz in wärmebelasteten Bereichen auszeichnet.

Aluminiumschrauben des Typs Alufast dreimal leichter als die Stahl-Alternative

Die Aluminiumschrauben des Typs Alufast sind dreimal leichter als die Stahl-Alternative. Die Gewichtsersparnis bei einem Getriebe mit 20 Schrauben kann bis zu 340 g betragen. Die Gewichtsreduktion kann zusätzlich gesteigert werden, weil eine deutlich geringere Dimensionierung der Schraube gewählt werden kann, ohne qualitative Verluste hinnehmen zu müssen.

Vor allem bei der Verbindung von Gehäuseteilen, Trägern und Versteifungskomponenten aus Magnesium spielen die Alufast-Schrauben ihre Vorteile aus. Die Verschraubungssicherheit ist bei optimalen Werkstoffpaaren vor allem unter Wärmeeinfluss deutlich höher. Unter thermischer und korrosiver Belastung haben sich die Aluminiumschrauben besonders bewährt. Der Gewichtsvorteil führt vor allem bei großen Mengengerüsten – beispielsweise bei der Getriebefertigung – zu Einsparpotenzialen mehrerer Tonnen Stahl pro Jahr.

Michael Pult ist Leiter Marketing & Communications bei der Arnold Umformtechnik GmbH & Co. KG in 74670 Forchtenberg-Ernsbach.

Michael Pult | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/verbindungstechnik/articles/255125/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht CI-Maschine von EMAG ECM: Hocheffektive Lösung für das Entgraten von komplexen Bauteilen
12.04.2018 | EMAG GmbH & Co. KG

nachricht Kaltmassivumformung: auch komplexe Bauteilherstellung virtuell und kostengünstig designen
29.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics