Damit die Schraube hält

Direktverschraubungen sind ein probates Mittel, um Bauteile aus Thermoplasten schnell, kostengünstig und sicher zu verbinden. Allerdings müssen die konstruktive Gestaltung der Verbindungsstellen und die Schraubparameter sinnvoll gewählt werden, um den maximalen Nutzen zu erreichen.

Als Unterstützung zur Auslegung soll ein Prognoseprogramm für die Vor-Auslegung solcher Direktverschraubungen dienen, das Konstrukteure und Entwickler unterstützt. Mit diesem Tool lassen sich Verschraubungsparameter der Delta PT-Schrauben in Abhängigkeit von Werkstoffen und Vorlochdimensionierungen berechnen. Besonders bei der Neuauslegung eines Bauteils ergeben sich damit laut Anbeter bereits in der Konstruktionsphase signifikante Einspareffekte.

Die PT-Schraube ist als Verbindungselement etabliert. Ein auf den mechanischen Parametern vieler tausend Anwendungs- und Testverschraubungen basierendes Forschungsprogramm habe die Erkenntnis erbracht, auch bei Thermoplasten mit Vorspannkräften verlässlich kalkulieren zu können (vergleiche VDI 2230). Neben der Schraubengeometrie entstand das dazugehörige Prognose-Programm Delta Calc.

Basierend auf der VDI 2230 existieren heute bereits zahlreiche leistungsfähige Berechnungsprogramme. Deren Anwendungen beschränken sich jedoch zumeist auf die Berechnung metrischer Schraubverbindungen in metallischen Werkstoffen. Für die Kalkulation selbstfurchender Schraubverbindungen in Kunststoffe sind die Richtlinien der VDI 2230 somit nur bedingt anwendbar. Vor allem der Prozess des Gewindefurchens und die spezifischen Werkstoffeigenschaften thermoplastischer Kunststoffe werden dort nicht berücksichtigt. Mit der Entwicklung des Prognoseprogramms soll dieser Bereich der Verbindungstechnik erschlossen werden, um Anwendern entsprechende Hilfestellung in der Konstruktion anbieten zu können. Entstanden ist ein laut Entwickler leistungsfähiges und präzises Berechnungswerkzeug, welches sich bereits in zahlreichen Anwendungen bewährt habe und noch weiter entwickelt und optimiert werde.

Gestaltung des Einschraubdoms

Für die Dimensionierung des Einschraubdoms rechnet das Programm standardmäßig mit den Konstruktionsrichtlinien der Delta PT-Schraube. In der Praxis ergeben sich aber oft Abweichungen von diesen Vorgaben. Die Auswirkungen dieser Abweichungen lassen sich innerhalb realistischer Grenzen mit dem Programm simulieren. Durch Anbindung einer Werkstoffdatenbank kann ein Werkstoff aus etwa 150 verschiedenen Thermoplasten für die Berechnung der Schraubverbindung gewählt werden.

Vorspannkraftorientiertes Konstruieren

Die Vorspannkraft, das eigentliche „Qualitätsmerkmal“ einer Schraubverbindung, ist die zentrale Größe für die Berechnung. Unter Angabe der Vorspannkraft sowie der Kenntnis des Einschraub- sowie des Klemmteilmaterials kann ermittelt werden, welche Schraubenabmessung und welches Anziehdrehmoment erforderlich ist, um die vorgegebene Vorspannkraft prozesssicher zu erreichen. Auch eine reversible Berechnung, also die Vorgabe des Anziehdrehmoments zur Ermittlung der Vorspannkraft, ist möglich.

Ermittlung optimaler Montageparameter

Das Berechnungsprogramm ist in der Lage, verschiedene Versagensarten wie Überdrehen und Schraubenbruch sowie deren Eintrittszeitpunkte, beispielsweise Vorspannkraft beim Überdrehen, zu berechnen. Mit deren Kenntnis ist es möglich, optimale Montageparameter im Programm festzulegen, um Fehlerrisiken zu minimieren und eine prozesssichere Verschraubung zu gewährleisten.

Prognose Langzeitverhalten

Die mit dem Anziehdrehmoment aufgebrachte Vorspannkraft nimmt wegen des Relaxationsverhaltens des Kunststoffs bedingt zeit- und temperaturabhängig ab. Delta Calc ermöglicht es, diesen Vorspannkraftverlust unter Angabe von Zeit und Temperatur zu prognostizieren.

Diese und weitere Funktionen zur Vorausberechnung der Schraubverbindung können zu einer deutlichen Reduktion der Entwicklungszeit und somit zu signifikanten Kosteneinsparungen bei der Konstruktion von Bauteilen führen. Eine Überdimensionierung der Schraubverbindung wird vermieden, Material und damit Gewicht eingespart. Zeitaufwändige und teure Versuche am Bauteil werden auf ein Minimum reduziert.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einen kostenlosen Berechnungsservice zu nutzen. Nach der Registrierung im Servicebereich der Ejot-Webseite können über ein Online-Formular Berechnungsanfragen gestellt werden. Fachkundige Mitarbeiter führen die Berechnungen durch und senden dem Auftraggeber die Berechnungsergebnisse in Form eines ausführlichen Berichts per E-Mail zurück.