Aluminium, das dritthäufigste Element in der Erdkruste wurde erst im 19. Jahrhundert entdeckt und zählt heute zu den weltweit wichtigsten Werkstoffen. Es zeichnet sich neben seinem geringen Gewicht durch Eigenschaften wie gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Dimensionsstabilität und hervorragende Recycelbarkeit aus.
So sind auch die Zukunftsaussichten für den Einsatz von Aluminium in der Automobilindustrie vielversprechend. Konsequenter Leichtbau ist nach wie vor ein Schwerpunkt in dieser Branche. Bei der aktuellen E-Mobilität verliert er nicht an Bedeutung. Ganz im Gegenteil, die Fahrzeugmasse beeinflusst nicht nur die Fahrdynamik, sondern auch die Reichweite des Fahrzeuges. Der wachsende Anteil an Aluminium-Bauteilen für Karosserien und Strukturen erfordert eine kontinuierliche Optimierung der verfügbaren Fügetechnologien beziehungsweise ihre Erweiterung.
Steigende Anforderungen an hochfeste Schraubenverbindungen
Betrachtet man den Trend zu großen Aluminiumguss-Strukturen inklusive der Möglichkeiten zur Funktionsintegration aus dem Blickwinkel hochfester Schraubverbindungen etwas näher, bestehen diverse Herausforderungen. Lange Fließwege und der unter dem Gesichtspunkt der CO2-Reduzierung sinnvolle Einsatz von Sekundäraluminium fördern die Gefahr von porösen Strukturen. Damit erhöhen sich die Anforderungen an eine Lasteinleitung erheblich.
Hinzu kommen Aspekte wie die Minimierung von Massenanhäufungen (Bauraumoptimierung), die vor dem Hintergrund des Leichtbaus zwingend erforderlich ist. Die Elektromobilität verlangt darüber hinaus nach erhöhter technischer Sauberkeit (Partikelfreiheit) – und zwar unabhängig davon, ob die Batteriespeicher im Sinne von Funktionsintegration durch Mega-Casting eingebettet werden oder als separate Gehäuse im Hochvoltbereich vorhanden sind.
All diese anspruchsvollen Forderungen erfüllt die Helicoil-Gewindetechnologie bereits seit Jahrzehnten in der Halbleiterindustrie, in der Vakuumtechnik oder auch in Flugzeugtriebwerken. Besonders innovativ und wirtschaftlich sind nun zwei Weiterentwicklungen im Helicoil-Produktportfolio von Verbindungsexperte Böllhoff. Sie dienen zur Gewindegenerierung in Werkstoffen geringer Scherfestigkeit und in Aluminium-Druckgussteilen: Helicoil Smart und Helicoil Cast.
Helicoil Smart: vollautomatisiert
Der Drahtgewindeeinsatz Helicoil Smart besteht aus austenitischem Chrom-Nickel-Stahl (mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1.400 N/mm2). Die hohe Oberflächengüte des gewalzten Mutterngewindes sorgt für ein hochbelastbares, verschleißfestes Gewinde mit sehr niedrigem und konstantem Gewindereibmoment. Bei Wiederholverschraubungen führt dies bei unverändertem Anziehdrehmoment zu einer höheren und gleichbleibenden Vorspannkraft. Weltweit erhält der Anwender mit der Gewindetechnologie Helicoil Smart eine Systemlösung aus Verbindungselement und effizienter Verarbeitung bei Stückzahlen von „1 to 1 million“.
Helicoil Cast: in-moulding verarbeitet
Mit dem neuen Helicoil Cast können metallische Gewinde in Leichtmetall-Bauteilen (Aluminium-Druckguss) über den In-Moulding-Prozess generiert werden. Der Gewindeeinsatz besteht aus einem asymmetrisch gewalzten Edelstahldraht A2 (Option A4), der zu einer festen Buchse mit mindestens einer flanschartigen Erweiterung gewickelt wird.
Vorausgegangen ist der erfolgreiche Einsatz des Imtec CO – seinem Pendant im Kunststoff-Spritzguss. Daraus entstand bei Böllhoff im intelligenten Zusammenspiel von Ideen- und Innovationsmanagement die Anforderung, eine Ausweitung des Einsatzbereiches auf den Aluminium-Druckguss zu prüfen.
Es standen zwei Herstellungsprozesse im Fokus, bei denen flüssiges oder teigiges Aluminium unter Druck einerseits und unter hohem Druck andererseits in vorgewärmte Stahlformen (Werkzeuge oder Matrizen) gegossen beziehungsweise gedrückt wird.
Besondere Herausforderungen bestanden durch eine Masseschmelztemperatur über 660 °C, eine zu vermeidende thermische Schädigung von Oberflächen und Gewindeeinsätzen (Korrosionseffekte), eine extrem niedrige Viskosität sowie unterschiedliche Gussverfahren wie Niederdruckguss (etwa Schwerkraft- oder Kokillenguss) und Druckguss (mit 10 bis 200 MPa; 12m/s).
Gewindeeinsatz trotzt Hitze und Druck
Die durchgeführten Tests ergaben, dass für den Einsatz des Helicoil Cast im Niederdruckverfahren glatte Kernstifte ausreichen und bei Verfahren mit höheren Druckkräften Spindelkerne (= Gewinde) erforderlich sind, um das Einströmen von flüssigem Aluminium ins Innengewinde zu verhindern. Die Validierungstests mit automatischen Spindelvorrichtungen und Korrosionstests auf OEM-Level wurden positiv abgeschlossen.
Durch diese intelligente Kombination profitiert der Anwender unter anderem von der Möglichkeit, Funktionselemente prozesssicher direkt an das Bauteil anzuspritzen – ein Paradebeispiel für Funktionsintegration.
Egal, welches Verfahren der Anwender wählt, es wird immer ein verschleißfreies, belastbares Gewinde in hochwertigen Leichtbauteilen generiert.
Helicoil Smart
Video-Clip: Die Gewindetechnologie für hochbelastbare Verbindungen in der Automation.
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