ThinKing Juni - Kunststoffe mit GFK machen Schrauben um 80 Prozent leichter und zugfest

17.06.2016

 

Dem Materialmix im Leichtbau gehört die Zukunft. Entsprechend wichtig werden Fügeverfahren. Die Firma Weippert Kunststofftechnik GmbH & Co. KG in Öhringen hat Schrauben aus Kunststoff auf den Markt gebracht, die bis zu 80 Prozent leichter sind als ihre Pendants aus Stahl.

Durch kurze Glasfasern im Kunststoff wird eine für Kunststoffe hohe Zugfestigkeit erreicht. Weitere Vorteile der Verwendung von Kunststoff sind Korrosionsfreiheit und die Nicht-Leitfähigkeit des Materials. Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem ThinKing im Juni.

Zwei Jahre Entwicklungszeit für Kunststoffschrauben

Die Gewichtseinsparung durch die WT-Schrauben ist deutlich. Eine Sechskantschraube der Größe M6x40 aus dem Kunststoff PA6GF30 wiegt 1,6 Gramm, mit PAGF60 sind es 2,3 Gramm. Wird die Schraube aus Stahl gefertigt, kommen 9,3 Gramm zusammen. Bei einer Zylinderschraube mit Innensechskant der Größe M8x40 fällt der Gewichtsunterschied noch deutlicher aus. Gefertigt aus PA6GF30 wiegt die Schraube 3,2 Gramm. In Stahl bringt sie 17,2 Gramm auf die Waage.

Dies ist Gewichtseinsparung von über 80 Prozent. Geschäftsführer Günter Weippert sieht hier viel Potenzial: "Wenn man sich vorstellt, dass es bei einem Lkw über 1.000 Verbindungsstellen gibt, da kommt richtig was zusammen." Seit 1992 fertigt der Unternehmer in Auftrag Kunststoffteile im Spritzgussverfahren in allen Formen und Größen. Mit den Kunststoffschrauben bringt sein Betrieb nun nach zwei Jahren Entwicklungszeit die ersten eigenen Produkte auf den Markt.

Glasfasern haben Anteil bis zu 50 Prozent

Bereits lieferbar sind WT-Schrauben aus Kunststoff (PA mit unterschiedlichen Füllstoffen) als Sechskantschrauben, Flachkopfschrauben mit TX-Antrieb und Zylinderschrauben mit Innensechskant in den Größen M6 und M8, Länge 40 mm. Als Zubehör sind WT-Sechskantmuttern und WT-Unterlegscheiben lieferbar in den Größen M6 und M8.

Verarbeitet werden bei Weippert Granulate mit und ohne Füllstoffe. Die Glasfasern beispielsweise können einen Anteil von bis zu 50 Prozent haben. Möglich ist auch das Einbringen von Glaskugeln, Holzfasern oder Kohlefasern. Die Glasfasern mit einer Länge von ca. drei bis fünf Millimeter sind bereits enthalten im Kunststoffgranulat, das für den Spritzguss verwendet wird. Verarbeitet werden grundsätzlich RoHS konforme Thermoplaste, die sich nach Kundenvorgaben auch einfärben lassen.

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 2.000 und 4.500 N stand. "Aktuell testen wir neue Materialien wie etwa Polyamid, wichtig ist uns vor allem eine hohe Qualität", sagt Geschäftsführer Weippert. Am Drehmoment wird auch noch "geschraubt". Hier sind die Werte für viele Anwendungen gut, liegen aber erwartungsgemäß deutlich unter denen von Stahl.

Modifizierte Kopfgeometrie bringt mehr Zugfestigkeit

Um die mechanischen Eigenschaften, wie z.B. Zugfestigkeit und Anzugsdrehmoment, zu verbessern, hat Weippert bei den WT-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 Kunststoffes werden dadurch kompensiert. Es verbessert sich zum Beispiel die Abdichtung auf der Auflagefläche.

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.

www.weippert-technik.com/