Effizient von Direkt Verschraubung bis zum Schraubenantrieb
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Mit Blick auf die globalen Entwicklungen in der Automobilindustrie zeigt sich: Bei neuen Pkw und leichten Nutzfahrzeugen in Europa ist das Gewicht in den zurückliegenden Jahren permanent gestiegen. Daher fokussiert sich Arnold Umformtechnik auch im Rahmen seines Produktfolio von der einfachen Verschraubung bis zum kompletten Verbindungssystem auf das Thema Nachhaltigkeit. Nachfolgend präsentieren wir Ihnen Neuentwicklungen und News dazu:
Inhalt
- Nachhaltigkeit in Verschraubung & Co. sicherstellen
- Direkt Verschraubung aus Kunststoff für den Leichtbau
Nachhaltigkeit in Verschraubung & Co. sicherstellen
29.03.2022: Das eingangs erwähnte Gewicht neuer Automobile ist von ca. 1268 kg im Jahr 2000 über 1360 kg im Jahr 2010 auf ca. 1420 kg in 2020 gestiegen. Durch die Entwicklung hin zu mehr Hybridautos und Elektrofahrzeugen wird sich das eher noch verstärken. Denn ein Elektrofahrzeug wiegt nur aufgrund des Gewichts der Batterie im Durchschnitt 300 kg mehr als ein Fahrzeug mit konventionellem Motor.
Eine deutliche CO2 Emmissionen Reduzierung konnte dennoch durch die Optimierung beim Kraftstoffverbrauch und neue Antriebskonzepte erzielt werden. So gelang es, von etwa 175 g CO2/km im Jahr 2000 auf 140 g CO2/km im Jahr 2010 und 95 g CO2/km im Jahr 2020 zu kommen. Um die Klimaschutzziele der nächsten Jahre zu erreichen, muss sich dieser Trend in den nächsten Jahren fortsetzen.
So hat das Thema Nachhaltigkeit auch für den Spezialisten für Verschraubungen und andere Verbindungstechnik eine große Bedeutung. Neben Elektromobilität, Internationalisierung, Leichtbau Engineering und Digitalisierung zählt die Nachhaltigkeit zu den fünf definierten Strategien der Arnold Group.
Laut der Experten enteht für jedes Produkt über die komplette Wertschöpfungskette hinweg ein individueller Footprint. Die Emissionen der Lieferketten Mitglieder summieren sich dabei. In der Lieferkette nachgelagerte Unternehmen übernehmen die Emissionen der Produkte und Leistungen ihrer Lieferanten und geben diese zusammen mit ihren eigenen CO2 Ausstößen an ihre Kunden weiter.
ACO2-Save spart CO2 bei Verbindungselementen
Vor diesem Hintergrund hat Arnold Umformtechnik die Initiative ACO2-Save gestartet. (A steht für Arnold) Dabei unterstützt das Unternehmen seine Kunden aktiv bei der Reduzierung deren CO2 Emissionen, indem es Kaltumformteile und Verbindungselemente nachhaltig ausgelegt und anwendet. So wird bereits im Entwicklungsprozess eine CO2 Kalkulation vorgenommen. Mit einem eigens entwickelten CO2 Kalkulator lässt sich der sogenannte Product Carbon Footprint für das angefragte Teil ermitteln und dann zusammen mit Arnold optimieren. Am Ende des Entwicklungsprozesses steht dann ein technisch hochwertiges Produkt, das kosten- und CO2 optimiert ist.
Folgende Gestaltungsbausteine stehen hierfür zur Verfügung: ein CO2 optimiertes Engineering mit digitalen Prognosetools, die Analyse der CO2 Optimierung durch einen Wechsel der Produktionstechnologie oder der Wechsel der Verbindungstechnik und der Einsatz innovativer Verbindungselemente bzw. Systeme.
Folgendes Beispiel zeigt, wie der ACO2-Save-Ansatz funktioniert: Eine 23,58 g wiegende Sonderschraube aus Aluminium mit 8733 mm3 Volumen wurde bislang spanabhebend hergestellt. In der Produktion kam ein 69,2 g wiegender Drehteilrohling zum Einsatz mit einem Ausgangsvolumen von 25.630 mm³. Die ACO²-Save-Analyse ergab, dass dieses Teil auf ein Umformteil der Produktreihe Conform Next umgestellt werden sollte. Nach dieser Optimierung brachte der Umformrohling nur noch ein Volumen von 9135 mm³ mit 24,82 g auf die Waage. Neben einer erheblichen Kostenreduktion durch den geringeren Materialeinsatz beim Kaltumformen nahm die Optimierung erheblich Einfluss auf den Product Carbon Footprint der Sonderschraube.
Direkt Verschraubung aus Kunststoff für den Leichtbau
01.03.2018: Der Trend, dass Metalle durch immer leistungsstärkere und hochfeste Kunststoffe ersetzt werden, hält gerade im Leichtbau an. Optimal ausgelegte und für diese Hochleistungskunststoffe angepasste Direkt Verschraubungen gewinnen vor diesem Hintergrund an Bedeutung. Mit der Reform Schraube bietet Arnold Umformtechnik eine Verschraubung, die nicht nur dem Leichtbau Gedanken Rechnung trägt.
Auch Montagezeiten können verkürzt und Montagerisiken minimiert werden. Dabei spielen vor allem das Schrauben Design und die richtige Auslegung des Kunststoffbauteils eine wichtige Rolle. Im Gegensatz zur üblichen Kunststoff Verschraubung ist der Verarbeitungsprozess in der Kunststoffdirekt Verschraubung mit der Reform Schraube deutlich schlanker. Das Bauteil kann direkt mit optimal ausgelegten Kernlöchern gespritzt werden und unmittelbar im Anschluss mittels Kunststoff Schraube montiert werden. Dadurch entfallen zeitaufwendige Handling-Schritte.
Die Schraube Reform gewährleistet durch das asymmetrische Gewinde Profil verlässliche Sicherheit in der Verbindung der Kunststoffdirekt Verschraubung. Verglichen mit einer herkömmlichen Kunststoff Schraube hat sie einen optimierten Gewinde Kern, der neben der Schwingfestigkeit auch das Bruchdrehmoment der Schraube deutlich erhöht. Dies führt zu einer stabileren Verbindung der Fügepartner und ermöglicht auch bei hochfesten Kunststoffen ein höheres Montagedrehmoment, ohne das Risiko eines Schrauben Bruchs zuzulassen.
Eine weitere Verbesserung zur üblichen 30° Flanke stellt das Radiusprofil der Gewinde Flanken dar. Durch die schnell auftretenden Druckspannungen während des Gewinde Formens und die vergleichsweise hohen Drehzahl findet ein gezielter lokaler Wärmeeintrag in den Kunststoff statt. Aufgrund der temperaturabhängigen viskoelastischen Eigenschaften des Kunststoffs können Fließverhalten und Fließrichtung so gezielt beeinflusst und ausgenutzt werden. Das Radius Profil verdrängt mit dem höheren Materialvolumen den Kunststoff zur lasttragenden Flanke hin, ohne starke Spannungsspitzen zu generieren.
Archiv für Neuheiten in der Verschraubung
Sichere Verschraubungen mittels Einpresssystem und Schraubenantrieb
20.11.2013: Der Bedarf an Sicherungssystemen und Zugriffsbeschränkungen wächst ständig: Höchst sensible Applikationen müssen vor falscher Handhabung geschützt werden und falsche Begehrlichkeiten nach technischen Innovationen sind durch geeignete Sicherungsmechanismen zu verhindern. Speziell für diese Einsatzfälle hat Arnold Umformtechnik in der Vergangenheit unterschiedliche Verbindungssysteme entwickelt.
Die Sicherung einer höchst sensiblen Applikation durch eine besondere Art von Verbindungselement wird seit vielen Jahren praktiziert. Die Anforderungen des Marktes an solche Verbindungslösungen sind recht komplex. Generell lassen sich diese in zwei Hauptgruppen untergliedern: lösbare und unlösbare Verbindungen.
Lösbare und unlösbare Verbindungen
Lösbare Sicherheitsverbindungen werden überall dort nachgefragt, wo die Verbindung im Schadens- oder Reparaturfall gelöst werden muss. Die Anforderungen des Marktes beziehen sich in diesem Falle neben einer Erschwerung des Lösens der Verbindung auf kostengünstigen Bauteilen und Betriebsmitteln sowie auf eine hohe Betriebs- und Prozesssicherheit. Die Lösesicherung wird hierbei zumeist durch einen speziellen Schraubenantrieb realisiert, welcher ein Öffnen der Verschraubung nur mit einem speziellen Lösewerkzeug ermöglicht.
Unlösbare Verbindungen dagegen kommen vor allem in den Fällen zum Einsatz, wo Bauteile nicht reparabel sind bzw. dort, wo Verbindungen auf Grund von Qualitäts- und Sicherheitsvorgaben nicht gelöst werden sollen und dürfen wie bei Airbag- Anwendungen im Automobilbereich oder Modulsicherungen in der Solartechnik. Neben der Unverlierbarkeit der Verbindungselemente verlangt der Markt hier geringe Montagekosten und eine hohe Prozesssicherheit.
Unlösbare Sicherheitsverbindungen werden zumeist durch Schweißen, Kleben, Nieten oder Klipsen realisiert. Sie sind zwar unverlierbar, andererseits aber oft nur teuer zu realisieren. Arnold Umformtechnik hat die Anforderungen des Marktes aufgenommen und im Bereich der unlösbaren Sicherheitsverbindungen mit zwei Lösungen neue Marktstandards gesetzt:
Sicherheitsverbindung Tripress
Das Einpresssystem Tripress besteht aus einem Einpressbolzen, der in unterschiedlichen Varianten und Kombinationen produzierbar ist. Gegenüber herkömmlichen Produkten mit rundem Schaft weist er einen trilobularen (dreieckigen) Querschnitt auf. Der Bolzen wird in runde Kernlöcher eingepresst, welche dadurch die trilobulare Form des Bolzens annehmen. So wird für Formschluss gesorgt, was die Einpresskraft minimiert. Nach Einpressen des Schaftes werden große Verdreh- und Auszugskräfte generiert, welche die Bruchmomente eines herkömmlichen Verbindungselementes übertreffen. Tripress lässt sich vor allem in duktile Leichtmetalle und sowie in Kunststoffe einpressen.
Die der Entwicklung des neuen Verbindungselements vorgelagerte Marktanalyse brachte zu jedoch zu Tage, dass unlösbare Verbindungen heutzutage vor allem mit Abreißschrauben und Muttern sowie Sicherheitsantriebe realisiert werden. Diese sind nur mit bestimmten Schrauben Schlüsseln zu lösen bis hin zum Einschlagen von kleinen Stahlkugeln in den Schraubenantrieb. Es existieren also bereits eine Vielzahl von mehr oder weniger praktikablen Lösungen für Verschraubungen als unlösbare Sicherheitsverbindungen.
Sicherheits Verschraubung Loctec
Um hierzu eine Alternative bieten zu können, bei der die Verarbeitungstechnik nicht geändert werden muss, wurde neben der Entwicklung des Tripress Systems auch die Optimierung der bestehenden Schraubensicherungssysteme angestrebt. Der Optimierungsbedarf besteht hier vor allem in der Sicherheit des Lösungsschutzes, der Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit sowie der Verhinderung von Verletzungen z. B. durch überstehende Bruchstücke. Auf dieser Grundlage hat der Verbindungsspezialist den Schraubenantrieb Loctec entwickelt, der die bisher verwendeten Systeme optimiert.
Dabei handelt es sich um einen spezielle Schraubenantrieb – Werkzeugkombination, mit deren Hilfe ein Lösen des Verbindungselements nur unter Zerstörung der Verbindung selbst möglich ist. Der in dem Schraubenkopf integrierte Antrieb erlaubt das Einschrauben des Verbindungselements nur mit einem individuell darauf abgestimmten Schrauberwerkzeug.
Durch die Flankenstellung des Antriebs ist ein Lösen selbst mit dem zur Montage verwendeten Sonderwerkzeug nicht mehr möglich. Ein Versuch endet mit dem selbständigen Herausdrehen des Schraubwerkzeuges aus dem Schrauben Kopf. Eine etwaige Demontage kann nur durch das mechanische Aufbohren der Schraube oder durch das Einfräsen einer Nut erfolgen.
Beide Lösemöglichkeiten haben zur Folge, dass Garantieansprüche verfallen bzw. Diebstähle durch die erhebliche Geräuschentwicklung verhindert werden können. Das Loctec System kann zur Verschraubung aller in der Industrie gebräuchlichen Werkstoffe eingesetzt werden. Somit wurde das Ziel der Analyse, nämlich die Optimierung der bestehenden unlösbaren Sicherheitsverbindungen in der Industrie erreicht.
Sauberkeitskonzept gegen Partikel in der Verbindungstechnik
31.05.2012: Bei modernen Systemen in der Automobilindustrie und Elektronik können bereits 500, 200 oder gar nur 100 µm große Partikel Fehlfunktionen oder komplette Systemausfälle verursachen. Nicht selten gelangen die Störteilchen durch Verbindungselemente auf das Bauteil. Mit dem Sauberkeitskonzept Cleancon entwickelte Arnold Umformtechnik einen Prozess, der durch die ganzheitliche Betrachtung von der Produktion bis zur Montage der Verbindungselemente das Risiko von Systemausfällen durch Partikel ausschließt.
Selbst mikroskopisch kleine Metallteilchen können enormen Schaden anrichten, beispielsweise wenn sie einen Leiterbahnabstand überbrücken. Diese Störfaktoren gelangen nicht nur während der Fertigung auf Bauteile, sondern auch bei Transport, Montage sowie Verbindungselemente wie Schrauben und Muttern.
Das neue Sauberkeitskonzept Cleancon beinhaltet neben der sauberkeitsgerechten Fertigung, Kontrolle und Verpackung der Schrauben und Muttern auch deren Montage sowie die Umgebung, in der diese durchgeführt wird. Erster Schritt ist ein Anforderungsprofil, in dem gemeinsam mit dem Kunden bauteilspezifische Eigenschaften, die erforderliche technische Sauberkeit, Spezifikationen zur Sauberkeitskontrolle, Verpackungsvorschriften sowie Informationen über die Applikation und das Umfeld definiert werden.
Schon in der Konstruktion drarauf achten
Die spätere Reinigbarkeit und wirtschaftlich erzielbare Sauberkeit der Verbindungselemente und Kaltfließpressteile spielt bereits bei deren Konstruktion eine Rolle. Dies stellt auch sicher, dass die Teile keine geometrisch bedingten Partikelquellen wie beispielsweise scharfe Kanten aufweisen, die beim Transport und der späteren Verarbeitung Abrieb und Partikel verursachen können. Die Fertigung ist ebenfalls darauf ausgelegt, die Entstehung mikroskopisch kleiner Störteilchen zu minimieren, unter anderem durch Reinigungsprozesse zwischen den einzelnen Produktionsschritten.
Um hohe Sauberkeitsanforderungen zu erfüllen, durchlaufen die Teile am Ende der Fertigung eine Feinstreinigung in einem Sauberraum. In dieser reinraumähnlichen Umgebung wird falls erforderlich auch eine Gleitbeschichtung aufgebracht. Serienbegleitend finden im Cleancon-Labor Sauberkeitskontrollen nach VDA 19 hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung und Gravimetrie statt.
Die Verpackung der Teile erfolgt ebenfalls im Sauberraum. Dafür entwickelte das Unternehmen das so genannte Cleanpac. Diese nach dem Zwiebelschalenprinzip aufgebaute Transportverpackung besteht aus einer lagefixierenden und antistatischen Innenverpackung sowie einer Außenverpackung. Die Lagefixierung verhindert bei Schüttgut Relativbewegungen der Teile und damit die Entstehung von Abrieb und Partikeln. Im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsprozessen wurde durch das Cleancon-Konzept die Anzahl metallischer Partikel auf den Bauteilen signifikant reduziert.
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