Die Ingenieurin

Aug 22, 2023

Dan Lunn, Anwendungsingenieur bei EJOT UK, erklärt, warum die Entwicklung von Verbindungselementen in den letzten fünf Jahrzehnten einer der wichtigsten Faktoren für den zunehmenden Einsatz von Thermoplasten im Fahrzeugbau war.

Die Leistungs-, Gewichts- und Sicherheitsvorteile, die Thermoplaste im Vergleich zu anderen im Fahrzeugbau verwendeten Materialien bieten, haben sie zu einem offensichtlichen Werkstoff in vielen verschiedenen Bereichen der Entwicklung neuer Produkte gemacht. Aber ohne kontinuierliche Innovation bei Verbindungselementen wäre das Potenzial von Thermoplasten möglicherweise nicht so schnell und umfassend ausgeschöpft worden.

Die Geschichte des Aufstiegs von Thermoplasten im Automobilsektor begann größtenteils in den 1970er Jahren, als der Sektor mit neuen Fertigungstechnologien, Computern und Automatisierung Fortschritte machte. Der Wandel war im Gange aufgrund globaler sozialer, politischer und wirtschaftlicher Zwänge, die sich auf die Produktivität auswirkten, und zum ersten Mal berücksichtigten Pläne für neue Produktdesigns und Herstellungsprozesse Umweltaspekte.

Damals erkannte die Branche das große Potenzial von Thermoplasten, allerdings nur, wenn diese auf effiziente und kostengünstige Weise zur Erfüllung anspruchsvoller Fahrzeugleistungsstandards eingesetzt werden konnten. Hier stellte sich EJOT der Herausforderung.

Das Potenzial von Thermoplasten erschließen

EJOT entwickelte die PT-Schraube, eine Komponente, die entscheidend zur Erschließung des Potenzials von Thermoplasten im Automobilbereich beitrug. Es handelte sich um ein bahnbrechendes Produkt, da es sich um eine selbstschneidende Schraube handelt, die eine direkte Montage in Thermoplasten ermöglicht, ohne dass Metalleinsätze erforderlich sind.

Bis zur Entwicklung des PT war keine einzelne Schraube für die gesamte Palette der verfügbaren Kunststoffe geeignet. Dieses neue Produkt ermöglichte erstmals das universelle Verbinden von Kunststoffen, sodass PT eine „Pick-and-Mix-Schraube für Pick-and-Mix-Kunststoffe“ anbot.

Der innovative Flankenwinkel und die Gewindesteigung der Schraube ermöglichen den Einsatz bei dünnwandigen und flachen Bauformen, wodurch dynamisch und thermisch beanspruchte Bauteile direkt befestigt werden können. Die Auswirkungen waren unmittelbar spürbar, als die Fahrzeugkonstrukteure das Potenzial für Materialeinsparungen und kürzere Zykluszeiten beim Spritzgießen erkannten.

Die Evolution bringt weitere Vorteile mit sich

Die gleichen Grundprinzipien des PT kommen den Herstellern auch heute noch zugute, vor allem weil der PT als sich ständig weiterentwickelnde Befestigungsplattform geschaffen wurde. Eine zukunftssichere Plattform hat es dem Forschungs- und Entwicklungsteam von EJOT ermöglicht, neue Schraubendesigns zu entwickeln, die den immer höheren Leistungsanforderungen der Konstrukteure gerecht werden, und völlig neue Generationen des PT zu entwickeln – die erste davon kam zu Beginn des neuen Jahrtausends.

Die zweite PT-Generation war der EJOT DELTA PT. Dadurch wurden die Einsatzmöglichkeiten der PT-Schraube um eine spezielle Gewindeformzone erweitert, die sie auch für den Einsatz mit duroplastischen Kunststoffen geeignet macht. Durch die Optimierung der Gewindegeometrie durch ein ausgewogenes Verhältnis von höchstmöglicher Vorspannkraft und geringem Anpressdruck auf den Kunststoff bietet DELTA PT eine sichere Verbindung auch unter schwierigen Bedingungen und bei anspruchsvollen Konstruktionen.

Doch EJOT konzentrierte sich nicht nur auf Produktinnovationen – das F&E-Team wollte auch Ingenieure bei der Einführung des DELTA PT unterstützen. Die Technologie hat sich weiterentwickelt und spielt bereits in der Konzeptphase eine wichtige Rolle. Daher war es für EJOT wichtig, auch in diesem Bereich Unterstützung anzubieten – daher hat EJOT das Prognoseprogramm DELTA CALC entwickelt. Dies gibt den Konstrukteuren die Parameter für die Schraubenanwendung entsprechend dem Material und der Vorlochabmessung an die Hand, was bedeutete, dass es sich um ein Werkzeug handelte, das sofort einen Mehrwert bieten konnte, indem es Kunden dabei half, während der Entwurfsphase Zeit zu sparen.

Wie die neueste Generation die heutigen Fertigungsziele erfüllt

Heute bieten EJOT PT und EJOT DELTA PT weiterhin effektive Verbindungslösungen, um den Herausforderungen von Kunden auf der ganzen Welt gerecht zu werden, aber die Leistungsmesslatte wird weiterhin höher gelegt – und deshalb hört die Weiterentwicklung der Verbindungselemente nie auf. Einer der Faktoren, die eine kontinuierliche Verbesserung vorantreiben, ist die Tatsache, dass die Kosten für Verbindungselemente nur etwa 20 % der gesamten Verbindungskosten ausmachen. Das bedeutet, dass die Systemkosten die restlichen 80 % ausmachen, ein großer Anteil, der zeigt, dass es erheblichen Spielraum für die Weiterentwicklung des Schneckendesigns zur Verbesserung der Effizienz gibt.

Die neueste Generation der PT-Schraube ist die EVO PT. Der Unterschied besteht darin, dass dadurch die Systemkosten weiter gesenkt werden können, was zu höherer Effizienz und höherer Produktivität führt. Es resultiert aus der erfolgreichen Integration von Fertigungs- und Anwendungswissen mit neuen, auf Computersimulationen basierenden Methoden in den Entwicklungsprozess, einem interdisziplinären Ansatz, der zu einer Schraube mit hervorragenden Verbindungseigenschaften führt.

Das Design des EVO PT unterscheidet sich von seinen Vorgängern durch zwei Hauptmerkmale. Zum einen verfügt es über ein Formgewinde, das während der Montagephase nahezu unabhängig von der Einschraubtiefe einen Drehmomentverlauf erzeugt. Dadurch kann in der Produktion bei unterschiedlichen Schraubenlängen ein einheitliches Anzugsdrehmoment verwendet werden.

Zum anderen sorgt eine spezielle Einführeigenschaft der Schraube für eine gleichmäßige Belastung der Gewindeflanken bei vollständiger Verschraubung. Dies liegt an seiner Fähigkeit, sich während der Installation automatisch im Pilotloch zu zentrieren.

Wie bei DELTA PT können Nutzer von EVO PT von der Unterstützung eines digitalen Berechnungsdienstes in EJOT EVO CALC profitieren. Mit diesem Softwaretool ist EJOT in der Lage, eine Vorhersage der Drehmomente und Vorspannkräfte je nach Bauteilanforderung anzubieten, unterstützt durch eine individuelle FEM-gestützte Bauteiloptimierung. Dies kann zu wertvollen Zeit- und Kosteneinsparungen in der Entwurfsphase führen.

Die Geschichte der EJOT PT-Schraube wird weiter geschrieben, während die Weiterentwicklung erfolgt, um künftigen Designherausforderungen und neuen Thermoplastanwendungen gerecht zu werden. Aber was das aktuelle Sortiment betrifft, bieten alle drei Generationen der PT-Schraube den Konstrukteuren eine Lösung, die Produkt- und Prozessinnovationen in vielen Branchen auf der ganzen Welt unterstützt.

Die Entwicklung des Produkts ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie innovative Verbindungselemente Veränderungen ermöglicht haben. Die nächste Generation des PT sowie andere fortschrittliche Schraubendesigns werden zweifellos eine Schlüsselrolle bei der Bewältigung noch unbekannter Designherausforderungen spielen.

Erfahren Sie mehr unterwww.ejot.co.uk