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 Flügel die sich verformen: Mit Morphing Technologien zur Luftfahrt der Zukunft
22.07.2020 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Fraunhofer ISE entwickelt mit Partnern neuartige Hochdurchsatz-Anlage für funktionalen Druck
17.07.2020 | Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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