Multifunktionale Verbindungselemente für Direktverschraubungen

Gesteuerter Mehrfachnutzen

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Multifunktionalität bedeutet Mehrfachnutzen und Kostenvorteil sowohl des Verbindungselementes an sich, als auch im Bauteil bzw. in der Baugruppe. Die hier vorgestellten Verbindungselemente sind Kaltformteile, die diese Multifunktionalität und einen beachtlichen Gesamtsystemnutzen ausdrücken.

Der Autor Jürgen Behle ist Leiter Anwendungstechnik bei Ejot Verbindungstechnik GmbH & Co. KG, Bad Laasphe

Scheinwerferbefestigung der E-Klasse von Mercedes-Benz
Ein charakteristisches Merkmal der aktuellen E-Klasse sind die vier Einzelscheinwerfer in der Frontansicht. Diese Scheinwerfer werden in die Karosserie eingepaßt und müssen sehr exakt zur Motorhaube, zur Frontschürze und zum Kotflügel justiert werden. Das erfordert einen Toleranzausgleich in allen drei Achsen.
Dafür schlug der Scheinwerferhersteller eine Schraube vor, die vom Kopf bis zum Ende komplett durchbohrt sein sollte. Eine weitere Forderung war ein Weiterdrehmoment von > 5 Nm, da dieses Drehmoment bei den benutzten Akkuschraubern am Montageband des Automobilherstellers eingestellt ist. Nach kompletter Fertigstellung des Scheinwerfergehäuse werden als letzter Arbeitsgang mittels Bohrschablone zwei Löcher in das Gehäuse gebohrt, in die dann die sogenannte „Hohlschraube” eingeschraubt wird. Dadurch ist ein absoluter Toleranzausgleich in X- und Y-Richtung des Fahrzeuges durchgeführt. Durch die Messung der Einschraubtiefe wird der Scheinwerfer in Z-Richtung justiert, d. h. die Höheneinstellung wird vorgenommen. Dafür benötigt die Hohlschraube eine kleine Steigung, Diese wird durch ein selbstformendes Gewinde, das für hochgefüllte Thermoplaste entwickelt wurde, erreicht.
Durch das Loch der Hohlschraube wird eine Blechschraube B4,8 hindurchgesteckt und mit einer Blechklemmutter, die auf die Karosserie aufgeschnappt wird, wird der komplette Scheinwerfer mit 5 Nm montiert. Aus diesem Anzugsmoment resultiert auch das Weiterdrehmoment für die Hohlschraube von > 5 Nm um so eine spätere Höhenverstellung zu verhindern.
Die integrierten Schneidtaschen im Spezialgewinde sind für Thermoplaste normalerweise nicht notwendig. Die Ursache für den schneidenden statt prägenden Vorgang dieser Direktverschraubung im Thermoplast liegt darin, daß der Zapfen, in dem die Hohlschraube verschraubt wird, durch Außermittigkeit der angebrachten Bohrung auf der Bohrschablone sehr dünnwandig sein kann. Die Eindrehgeschwindigkeit muß für die Funktion der Schneidkanten 200 1/min betragen, da sich sonst bei höherer Drehzahl die Schneidtaschen mit plastifiziertem Material zusetzen würden. Die Multifunktionalität bzw. der Mehrfachnutzen liegt in der Elimination aller im Fertigungsprozeß entstandenen Toleranzen mittels der eingebrachten Bohrungen in Verbindung mit den Hohlschrauben. Das alternativ geplante ursprüngliche Einlegen einer Metallhülse während des Spritzgießenes hätte einen zusätzlichen Handlingeinlegeautomaten an der Spritzgußmaschine und aufwendige Justierungsmaßnahmen für den Toleranzausgleich erfordert.
Kaltformteil mit FDS Schraubgeometrie für Mercedes A-Klasse
Für die hohe Funktionalität im Innenraum der Mercedes A-Klasse war an der Rücksitzbank eine Seitenblende aus Kunststoff hochfest an einer Aluminiumschale zu befestigen. Es wurde eine relaxationsbeständige Lösung gefordert, die ein altersbdingtes Klappern der Kunststoffteile verhindert. Zusätzlich waren eine einfache Montage mit möglichst wenigen Teilen und eine gute Paßgenauigkeit der Blende gefordert.
Als Mutternwerkstoff dient die 1,5 mm dicke, tiefgezogene Aluminiumwanne der Rücksitzbank. Eine Vorlochung in diesem Aluteil
n ist wegen der Entformung im Stanzwerkzeug nur schwer möglich
n ermöglicht keinerlei Tole-ranzausgleich bei der Montage der Kunststoffblende
Es war angedacht, in die dünnwandige Kunststoffblende Metalleinleger einzubringen, um so die Relaxation bei der Verschraubung bzw. Verklemmung des Kunststoffteiles zu eliminieren.
Die Ursprungslösung des Kunden war eine auf das Alutiefziehteil aufgebrachte, mit einer Blechschraube (evtl. mit Vibrationssicherung) verschraubte Blechklemmutter. Des weiteren sollte die Metallbuchse im Kunststoff umspritzt werden. Die Kosten inklusive Handling für diese Lösung lagen bei 0,42 DM pro Schraubstelle; je Fahrzeug also bei 3,36 DM.
Das Ejot-Mehrstufenpreßteil
Die Firma Ejot hat demgegen-über das in Bild 1 abgebildete Kaltformteil (Mehrstufenpreßteil) mit Spezialgewinde für ein neues Schraubverfahren vorgeschlagen.
Dieses Schraubverfahren ist das sogenannte FDS – ein Schraubverfahren, bei dem mit Hilfe hoher Drehzahl das Blech durchstoßen und ein Durchzug geformt wird. Um die Anpreßkraft zu reduzieren wurde mit einer sehr kleinen Bohrspitze gearbeitet. Das reduziert allerdings andererseits auch die Durchzugshöhe des Bleches und so die spätere verbundene Endfestigkeit. Der Bund an der Schraube dient als Abstandsgeber für das zu verklemmende Kunststoffbauteil. Die Rillen auf dem Bund ermöglichen das unverlierbare Vorkonfektionieren der Schrauben im Kunststoff-Spritzgußbetrieb.
Um die Montage in der Fabrik möglichst einfach zu gestalten wurde ein Vorlochung in das Aluminiumteil eingebracht. Zusätzlich wird ein Kunststoffhaken an der Blende zur Vorzentrierung in die Aluwanne eingesteckt. Die restlichen drei Schrauben werden ohne Vorlochung gesetzt und über die Möglichkeit, hier die Kunststoffblende etwas zu veschieben, wird eine perfekte Paßgenauigkeit der Blende zum Polster erreicht.
Nutzensbetrachtung Mercedes A-Klasse
Die Kosten für diese Lösung in der Mercedes A-Klasse betragen lediglich 0,23 DM pro Schraubstelle. Damit reduzieren sich die Gesamtverbindungskosten für die acht Schraubpunkte pro Fahrzeug um 1,52 DM. Bei geplanten 200.000 Kraftfahrzeugen bedeutet dies im Endeffekt eine Ersparnis von 304.000 DM.
Würde man nur die Kosten von Blechschraube plus Blechklemmutter (ca. 0,07 DM) zu dieser Spezialschraube (0,11 DM) gegenüberstellen, wären der tatsächliche Gesamtnutzen und das Rationaliesierungspotential nicht erkennbar. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, für Wirschaftlichkeitsbetrachtungen bei Verbindungselementen nicht nur die Einkaufspreise heranzuziehen, sondern die Gesamtsystemkosten um diese Elemente herum zu betrachten. Dabei gilt als Faustformel, daß nur ca. 20 % der Kosten durch die Verbindungselemente, aber 80 % der Kosten durch die Peripherie – wie z.B. Montage, Beschaffung, Verwaltung usw. – verursacht werden. Daraus resultieren weitaus größere Einsparungspotentiale, wie vorstehende Praxis-Beispiele anschaulich zeigen.
Internet
Konsequente Anwendungstechnik
Die tägliche Auseinandersetzung mit Kundenaufgabenstellungen der Verbindungstechnik bietet ständig Ansätze zu Produktinnovationen und zur konsequenten Weiterentwicklung der Produkte.
Neben hochqualifizierten anwendungstechnischen Ingenieuren und Fachberatern steht dafür bei Ejot das Anwendungstechnische Labor “Ejot Applitec” zur Verfügung. In diesem werden die Bauteile der Ejot-Kunden auf ”Herz und Nieren” überprüft und neue Verbindungstechniken erarbeitet. Das führt zu immer rationelleren Befestigungs- und Montagetechniken für die Ejot-Kunden.
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