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. Die Leichtbau BW GmbH gibt mit diesem Label monatlich innovativen Produkten oder Dienstleistungen im Leichtbau aus Baden-Württemberg eine Plattform.

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.

Angebot an Kunststoffschrauben wird ausgeweitet
Dies ist eine 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. 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.

Das Portfolio an Kunststoffschrauben ist bei Weippert stets gewachsen. „Mittlerweile können wir mit unseren Stammformen Schrauben mit Flachkopf (TX-Antrieb), Sechskantkopf und Zylinderkopf mit Innensechskant in den Gewindegrößen M3, M4, M5, M6, M8 und M10 in Längen von 10 mm bis 80 mm herstellen“, sagt Geschäftsführer Günter Weippert. Hinzu kommen außerdem die Senkkopfschrauben M3, M4 und M5 in Längen von 10 bis 25 mm. „Mit unseren Werkzeugen produzieren wir auch Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben aus PVDF oder PEEK“, sagt Weippert. Auf Kundenwunsch werden auch Kunststoffe mit Eigenschaften wie Trinkwasserzulassung oder besonderer Temperaturbeständigkeit verarbeitet. „Eine weitere Neuerung ist unser Zugprüfgerät und die Vorrichtung zur Drehmomentprüfung. Wir sind damit in der Lage unseren Kunden und Interessenten Daten über Zugfestigkeit und Werte über Drehmomente weiterzugeben und die Qualität unserer Schrauben zu sichern“, so Weippert.

Modifizierte Kopfgeometrie bringt mehr Zugfestigkeit
Verarbeitet werden bei Weippert Granulate mit und ohne Füllstoffe. Die Glasfasern beispielsweise können einen Anteil von bis zu 60 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 mit verschiedenen Zusätzen, 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.
Um die mechanischen Eigenschaften wie etwa 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.

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 Spritzgussmaschinen. Hier würde bei einem Werkzeugcrash ein Greifarm aus Kunststoff in Verbindung mit Kunststoffschrauben einen geringeren Schaden verursachen als Stahlbauteile und Stahlschrauben.

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", sagt Weippert. "Bei vielen Ingenieuren, die von der Stahlseite her kommen, braucht es aber noch Überzeugungsarbeit."
Weitere Informationen zur Weippert Kunststofftechnik GmbH & Co. KG in Öhringen erhalten Sie unter: www.weippert-technik.com