Ob Pumpengehäuse, Saugmodule, Verkleidungen, Sicherungskästen oder Elektronikkomponenten – meist basiert die Verbindungslösung für Kunststoffkomponenten auf einem Messinginsert. Sie dienen als Stützhülsen beispielsweise zur Versteifung von Bauteilkomponenten oder als Gewindeinserts. Arnold Umformtechnik hat eine Alternative zu den herkömmlichen Messinginserts entwickelt: das Eco-Sert-Produktprogramm mit Inserts aus Aluminium.
Timo Lenz, Projektleiter für Leichtbauverbindungen, Arnold Umformtechnik
Messing hat eine Dichte von 8,4 g/cm³, Aluminium dagegen von 2,7 g/ cm³. Zudem enthalten gängige Messinglegierungen wie beispielsweise CuZn38Pb2 zwei bis drei Prozent Blei. Doch bisher sind die Einpresselemente aus Messing bei Kunststoffverbindungen weit verbreitet. Nahezu jede Dreherei kann Messinginserts herstellen, es gibt DIN-Normen dazu, die Entwicklungsprozesse werden dementsprechend relativ kurz gehalten und die Prozesstechnik ist vorhanden.
Da ist es durchaus ein großer Plan, diese verbreiteten Elemente ersetzen zu wollen. Immerhin bedeutet die Substitution Veränderung: neues Material, neuer Prozess und neue Applikationsparameter. Fest steht jedoch: Allein schon vom Gewicht her unterscheidet sich das neue Verbindungselement Eco-Sert deutlich – es ist um bis zu 30 % leichter als vergleichbare Messingelemente. Auch hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit spricht einiges dafür. Messingteile werden wegen der Verarbeitungseigenschaften meist als Drehteile hergestellt. Die Eco-Sert-Elemente dagegen können als Massenteile aus Aluminium umformtechnisch hergestellt werden.
Verlässliche Funktionalität für Multipräzisionsbauteile
Das trilobulare Verbindungselement wird eingepresst. Die Längsrändelung stellt bei der anschließenden Verschraubung ein Verdrehmoment sicher und der Bund nimmt die in axialer Richtung eingeleiteten Kräfte auf. Hergestellt werden die Teile maschinenfallend in einem sechsstufigen Fließpressverfahren. Um die gewünschten Eigenschaften wie beispielsweise Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit einzustellen, kann anschließend eine Oberflächenbeschichtung oder Wärmebehandlung durchgeführt werden.
Einsatzgebiete für das neue Verbindungselement sind im ersten Schritt im Automobilbereich, unter anderem im Motorenbereich und hier beispielsweise für Zylinderabdeckhauben. Hier könnten sie die bisher in diesem Bereich überwiegend verwendeten Messingteile ersetzen. Prädestiniert ist der Einsatz von Eco-Sert für Kunststoff-Bauteile. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung bei Hybridverbindungen, beispielsweise mit Aluminiumdruckguss oder faserverstärkten Kunststoffen. Auf jeden Fall muss bei der Verwendung für Hybridmaterialien die Korrosionsthematik beachtet werden.
Temperaturbelastete Verschraubungen aus Aluminium sind auch im Automobilbereich bei Motorenverschraubungen Stand der Technik. Arnold Umformtechnik möchte hier mit dem Aluminiuminsert Eco-Sert anknüpfen. Auch hinsichtlich der Festigkeit ist das Verbindungselement für diese Anwendungsbereiche geeignet. Durch eine geeignete Legierungsauswahl können Festigkeiten bis 450 MPa realisiert werden.
Zahlreiche Möglichkeiten für individuelle Lösungen
Wenn das Aluminiuminsert kalt eingepresst wird, muss das Bauteil von zwei Seiten zugänglich sein. Das Element wird dann mittels axialer Krafteinwirkung eingebracht. Anschließend kann eine gewindefurchende Schraube von der Gegenseite aus die Verbindung herstellen und mit einem definierten Anziehdrehmoment im Insert verschraubt werden. Eingebettete Aluminiuminserts hingegen werden direkt bei der Herstellung des Bauteils eingebracht. Hierbei bestimmt die Kontur des Inserts die resultierenden Verbindungseigenschaften. Anschließend kann das eingebettete Element wie das eingepresste auch mit einer gewindefurchenden Schraube von der Gegenseite verschraubt und mit einem definierten Drehmoment angezogen werden.
Alle Inserts sind mit Sackloch oder Durchgangsloch erhältlich, sodass die Elemente universell eingesetzt werden können. Ferner haben Kunden die Wahl zwischen einem Element mit Innengewinde und einer Kombination aus Insert und gewindefurchender Schraube zur Direktverschraubung. Eco-Sert hat sich im Testlabor unter praxisnahen Bedingungen bewährt. Hierbei wurden zahlreiche Verschraubungen in diverse Kunststoffe realisiert. Die daraus resultierenden Erkenntnisse ermöglichen eine bessere Bewertung der Kundenapplikationen. Einer Überführung in ein breites Anwendungsspektrum steht nichts mehr im Weg. Das Aluminiuminsert Eco-Sert startet in erster Linie als Alternative zu Messing. Auch Ausführungen in Kupfer oder Stahl sind möglich. bt
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