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27.06.2016

Kunststoffschraube aus Polyamid mit Glasfaserverstärkung

Weniger Gewicht, mehr Zugfestigkeit

Dem Materialmix im Leichtbau gehört die Zukunft. Entsprechend wichtig werden Fügeverfahren. Mechanisches Verbinden durch Schrauben ist da oft das Mittel der Wahl. Dabei bringen die Fügeelemente etwa aus Stahl oft schon selbst einiges auf die Waage, wodurch Gewichtseinsparungen zu verpuffen drohen.

Die Weippert Kunststofftechnik GmbH & Co. KG,Öhringen, hat nun Schrauben aus Kunststoff auf den Markt gebracht, die bis zu 80% leichter sind als ihre Pendants aus Stahl. Durch kurze Glasfasern im Kunststoff wird eine hohe Zugfestigkeit erreicht.

Gewicht um 80% reduziert

Eine Sechskantschraube der Größe M6x40 aus Polyamid 6 mit 30% Glasfaser (PA6GF30) wiegt 1,6 g, mit PAGF60 sind es 2,3 g. Wird die Schraube aus Stahl gefertigt, kommen 9,3 g zusammen. Bei einer Zylinderschraube mit Innensechskant der Größe M8x40 fällt der Gewichtsunterschied noch deutlicher aus. Gefertigt aus PA6GF30 wiegt die Schraube 3,2 g. In Stahl bringt sie 17,2 g auf die Waage.

Die Schrauben aus Polyamid mit Glasfaserverstärkung sind um bis zu 80% leichter als ihre Pendants aus Stahl (© Weippert Kunststofftechnik)

Die Schrauben aus Polyamid mit Glasfaserverstärkung sind um bis zu 80% leichter als ihre Pendants aus Stahl (© Weippert Kunststofftechnik)

Das ist eine Gewichtseinsparung von über 80%. Geschäftsführer Günter Weippert sieht hier viel Potenzial: "Wenn man sich vorstellt, dass es bei einem Lkw über 1000 Verbindungsstellen gibt, da kommt richtig was zusammen."

Glasfaser sorgen für mehr Zugfestigkeit

In puncto Zugfestigkeit können die Kunststoffschrauben sich sehen lassen, vor allem dank der verarbeiteten Glasfasern. Bei Versuchen im Labor der Hochschule Heilbronn hielten die Schrauben bei Zugversuchen Kräften zwischen 2000 und 4500 N stand. "Aktuell testen wir neue Materialien wie etwa Polyamid, wichtig ist uns vor allem eine hohe Qualität", sagt Weippert. Am Drehmoment wird auch noch "geschraubt". Hier sind die Werte für viele Anwendungen gut, liegen aber erwartungsgemäß unter denen von Stahl.

Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert die Schraubenmit ihrem ThinKing im Juni. Die Leichtbau BW GmbH, Stuttgart, gibt mit diesem Label monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform. Mehr Informationen zur Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg finden Sie hier

Um die mechanischen Eigenschaften wie etwa Zugfestigkeit und Anzugsdrehmoment zu verbessern, hat das Unternehmen bei den Schrauben die Kopfgeometrie modifiziert. Auch die WT-Unterlagscheiben haben eine Anpassung erhalten. Innen- und Außendurchmesser haben unterschiedliche Höhen – die Scheibe ist konkav. Die Kriecheigenschaften des Kunststoffs werden dadurch kompensiert. Es verbessert sich zum Beispiel die Abdichtung auf der Auflagefläche.

Weniger Schaden bei Werkzeugcrash durch Kunststoffschrauben

Durch die Beständigkeit gegen Korrosion und das geringe Eigengewicht können auch Konstruktionen, vor allem im Bereich Leichtbau, neu konzipiert werden. Die Vielfalt an Kunststoffen ermöglicht zudem eine Umsetzung vieler geforderter chemischer Eigenschaften wie geringe elektrische Leitfähigkeit, Lebensmittelechtheit sowie Chemikalien- und Säurebeständigkeit. Ein weiterer Vorteil der Kunststoff-Schrauben durch die Gewichtseinsparung würde weniger Energie verbraucht. Denkbar wäre bei Anwendungen in der Automatisierung z.B. Handling-Geräte für Spritzießmaschinen. Hier würde bei einem Werkzeugcrash ein Greifarm aus Kunststoff in Verbindung mit Kunststoffschrauben einen geringeren Schaden verursachen als Stahlbauteile und Stahlschrauben.

Hauptabnehmer für die Kunststoffschrauben ist aktuell die Elektro- und Elektronikindustrie – noch. Auch der automobile Leichtbau soll von der Entwicklung profitieren können (© Weippert Kunststofftechnik)

Hauptabnehmer für die Kunststoffschrauben ist aktuell die Elektro- und Elektronikindustrie – noch. Auch der automobile Leichtbau soll von der Entwicklung profitieren können (© Weippert Kunststofftechnik)

Die Anwendungsgebiete für die Kunststoffschrauben sind vielfältig. Hauptabnehmer ist aktuell die Elektro- und Elektronikindustrie sowie Wasser- und Abwassertechnik. Auch Anlagen- und Behälterbau, Robotik, Fahrzeugbau, Möbelindustrie sowie Medizintechnik und viele weitere Branchen eignen sich für den Einsatz der leichten Kunststoffschrauben. "Der Bedarf ist da, das hat unser Auftritt bei der Hannover Messe Industrial Supply gezeigt", so Weippert abschließend. (me)

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