Verbindungstechnik Neuartiger Schraubenantrieb überträgt höheres Drehmoment

Durch ein Mitnahmeprofil von spiralförmig geformten sternartigen Zacken kann ein neuer Schraubenantrieb mehr Drehmoment übertragen als die Innensechsrund-Schraubenantriebe.

Anbieter zum Thema

IEF-Werner GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

AFC Europe Ltd Bochum Technisches Zentrum

AB Forma GmbH

Ob sich Schraubverbindungen für bestimmte Einsatzfälle eignen, entscheidet sich heute nicht mehr alleine durch die Haltekraft sondern wird ebenso durch Montage, Demontage und Verschleiß der Werkzeuge und Schraubenantriebe bestimmt. Deshalb sind die Schraubenantriebe immer wieder Gegenstand von Weiterentwicklungen, um den Anforderungen moderne Schraubverbindungen gerecht zu werden.

Besonders in der Flugzeugindustrie sind die Ansprüche sehr hoch, da im Rahmen der zahlreichen Inspektionen Schrauben häufiger gelöst werden. Gerade bei Reparatur- und Instandhaltungsanwendungen waren Ausfälle der Eintiefungen bei vielen Antriebssystemen alltäglich. Deshalb entwickelte die Phillips Screw Company einen Schraubenantrieb, der höhere Drehmomente sicher überträgt und bei dem die Mitnahmeprofile im Schraubenkopf bzw. in den Werkzeugeinsätzen geringer verschleißen. Zudem sollte das Verbindungsteil weniger Masse aufweisen und gleichzeitig einen verbesserten Spielraum im Antrieb und Versandmöglichkeite bieten.

Spiralförmiger Schraubenantrieb für volle Kraftübertragung

Es entstand ein „Spiral Drive“ mit dem Markennamen Mortorq, dessen Mitnahmeprofil so aussieht als seien die vier Zacken eines Sterns spiralförmig in Losdrehrichtung verformt worden.

Der Namen Mortorq beschreibt, dass mit diesem Schraubenantrieb mehr Drehmoment („more Torque“) eingebracht werden kann. Durch die „Spiral Drive“-Geometrie ist ein kompletter Kontakt und eine volle Kraftübertragung zwischen Antriebswerkzeug und Antrieb möglich. In den Spiralflügeln schmiegen sich beide Konturen aneinander. So wird die Berührfläche vergrößert, die Flächenpressung gegenüber der Linienberührung wie beim Innensechskant oder der schmalflächigen Berührung beim Innensechsrund aber verringert. Wegen der Asymmetrie des Mortorq-Profils ist dieser Effekt in Losdrehrichtung etwas stärker ausgeprägt als in Anziehrichtung. Das ist beabsichtigt und bringt deutliche Vorteile beim Überwinden der Losbrechmomente fest gegangener Schrauben.

Geringe Eindringtiefe mach System toleranter bei Montagefehlern

Anhand eines Beispiels wird deutlich, wie bei einer konkreten Auslegung sowohl ein höheres Drehmoment übertragen als auch die Masse reduziert werden kann. Eine Schraube M6 x I des Mortorq System bringt mit im Vergleich zur selben Schraube eines Torx Plus Schraubenantriebs bei gleicher Kopffestigkeit in Anziehrichtung ein um den Faktor 5,7 und in Losdrehrichtung um den Faktor 9,1 größere Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Schraubenkopf ins Spiel. Dabei ist beim Mortorq System zusätzlich das Kopfvolumen um 19 Prozent geringer (entspricht einer 18 Prozent geringeren Kopfhöhe).

Die größere Anlagefläche zwischen Werkzeug und Schraubenantrieb bei gleichzeitig geringerer notwendiger Eindringtiefe des Werkzeugs macht das System toleranter gegenüber Montagefehlern oder widrigen Umgebungsbedingungen. So verzeiht das es problemlos Schrägstellungen des Werkzeugs gegenüber der Schraubenachse um bis zu 8°. Der Abstand zwischen Bit und Mitnahmeprofil im Kopf macht zudem das System toleranter gegenüber beschichteten oder lackierten Schrauben.

Neue Schraubenantriebe in eingigen Branchen bereits im Einsatz

Die Vorteile der neuen Schraubenantriebe konnten bereits verschiedenen Industriebranchen überzeugen. So werden in der Luftfahrtindustrie in der nächsten Boeing 787 Schrauben mit dem Mortorq System eingesetzt. Automobilfirmen nutzen Mortorq-Flachlinsenkopfschrauben an Autositzen oder für die Halterung der Ladefläche. Bei der General Motors Performance Division werden im Chevy Cobalt SS Stage 2 Upgrade Kit M8 x 15 niedrigere Zylinderkopfschraube mit einem MT-2 Mortorq-Antrieb eingesetzt. Die Mortorq-Kopfgeometrie ersetzt eine Standard M8 Zylinderkopfschraube, wodurch das Kopfprofil um 23 Prozent verringert wird. Neben dem zusätzlich geschaffenen Platz konnte 5 Prozent an Gewicht und Material eingespart werden. Bei Osram Sylvania-LED Scheinwerfern fallen die M3 x 10 Magform Linsenkopfschrauben zur Verbindung des Magnesium Kühlkörpers innerhalb des Scheinwerfers um 28 Prozent flacher aus als vergleichbare Torxschrauben.

Geringeres Schraubenvolumen macht Einsparungen in Fertigung möglich

Es zeigt sich, dass gerade bei den aktuellen Stahlpreisen die Gewichtsreduzierungen auch finanziell ins Gewicht fallen. Außerdem werden Oberflächen- und Wärmebehandlungen bei solchen Kleinteilen nach dem Gesamtgewicht berechnet. Wenn einige Schrauben mehr beschichtet werden können, senkt das zusätzlich die Kosten. Das gleiche gilt ebenso für die Transportkosten. Da generell weniger Volumen umgeformt wird, weil beispielsweise die Eindringtiefe geringer und der Kopf kürzer ist. werden überdies die Pressen und Presswerkzeuge weniger belastet.

Bei Schrauben mit einer Gesamtlänge bis 25 mm sind nach Angaben des Herstellers in der Regel Einsparungen zwischen sechs und zwölf Prozent möglich. Weitere Einsparungen in der Fertigung sind zu erwarten, da wegen der geringeren Kopfhöhe und Eindringtiefe des Mitnahmeprofils die Presswerkzeuge höhere Standzeiten erreichen und geringere Presskräfte erforderlich sind.

Nach Expertenangaben sind 1200 bis 1400 Schraubverbindungen in einem Fahrzeug, die rund ein Hundertstel des Fahrzeuggewichts ausmachen. Immerhin sind schon rund 12 kg Schrauben. Unterlegscheiben und Muttern in einem Mittelklassewagen verballt, 18 kg sind es in der Luxusklasse und rund 9 kg in einem Kleinwagen. Eine leichtere kostengünstigere Schraube könnte hier eine Zukunft haben.

(ID:241934)