Werkstoffe und Konstruktionsvorteile gerollter Gewinde
Dieser Blogartikel ist die Weiterführung von Teil 3/9 den Grundlagen des Gewinderollens. Sie erfahren in diesem Artikel mehr über die Werkstoffe Stahl, NW-Metalle sowie die Konstruktionsvorteile gerollter Gewinde.
Stahl
Als gängigster Werkstoff für gerollte Gewinde wird heute Stahl eingesetzt. Stahl ist eine Legierung und somit eine Verbindung von mehreren Metallen. Den größten Anteil nimmt Eisen dabei ein. Je nach Güte des verwendeten Materials entstehen verschiedene Festigkeitsklassen. Bei Schrauben ist die Festigkeitsklasse auf dem Kopf ablesbar wohingegen es bei Gewindespindeln zwar Ansätze für die Vereinheitlichung der Werkstoffangabe gibt, sich diese jedoch noch nicht durchgesetzt haben. So hat jeder Hersteller seine noch werkseigene Bezeichnung. Zum Einsatz kommen sowohl nicht legierte als auch legierte Stähle (Qualitäts- und Edelstähle). Legierte Stähle besitzen oft erheblich schlechtere Dehneigenschaften als unlegierte. Daher erweisen sich Schrauben in VA-Qualität (Edelstahl) in vielen einsatzgebieten als problematisch.
NE-Metalle
NE-Metalle sind alle Metalle außer Eisen also Nichteisen-Metalle. Neben Stahlschrauben gibt es Schrauben auch aus Aluminium, Messing und sogar aus Titan. Aluminium und Messing haben aber den Nachteil, dass sie entweder in der Dehnung oder in der Festigkeit selbst einem gewöhnlichen Stahl weit unterlegen sind. Deshalb werden Schrauben aus diesen Materialien nur in nicht tragenden Verschraubungen eingesetzt. Titan kann es zwar in Bezug auf die Dehnung und Festigkeit mit Stahl aufnehmen, ist aber derart teuer, dass es als Werkstoff für Schrauben oder Muttern nur in Spezialfällen (Implantate in der Medizin, Raumfahrt, Flugzeugtechnik) zum Einsatz kommt. Nur weit unter 1% aller gerollten Gewinde werden deshalb aus NE-Metallen hergestellt.
Konstruktionsvorteile gerollter Gewinde
Als spanloses Formgebungsverfahren wird beim Gewinderollen die Materialfasern nicht unterbrochen, sondern lediglich umgeleitet. Durch das Bündeln der Längsfasern des Grundmaterials wird der Gewindegang im Kernquerschnitt verankert. Der Werkstoff wird an den meistbeanspruchten Stellen verdichtet und geglättet. Dies vergrössert seine Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiss, erhöht die Festigkeit erheblich und sorgt für eine sehr gute Rauheit (veraltet auch Rauhigkeit genannt, ist die Unebenheit der Oberflächenhöhe und wird in der ISO 25178 genormt) auf den Gewindeflanken und im Radius des Gewindegrunds. Die Kerbschlagfestigkeit nimmt ebenfalls deutlich zu.
Abb. 13: Jeder Spindeltrieb hat ein gewisses Spiel.
Spezielle Konstruktionen sind jedoch mit einer Vorspannung erhältlich: Eine Feder verspannt die beiden Mutternteile gegeneinander und hebt so das Spiel auf.
Aus der Sicht des Konstrukteurs zeichnen sich gerollte Gewinde hauptsächlich durch drei Vorteile aus:
- Sie besitzen eine höhere Festigkeit als mit spanabhebenden Verfahren gefertigte Gewinde.
- Sie weisen ein deutlich günstigeres Preis-Leistungs-Verhältnis auf als vergleichbare spanabhebend hergestellte Gewinde.
- Eine spezielle Konstruktion ermöglicht einen Gewindetrieb mit null Spiel (Abb.13).
Erfahren Sie hier mehr zu den Vorteilen gerollter Gewindetriebe von Eichenberger
Dienstleister in der Entwicklung
Mit modernsten Fertigungsmethoden, langjährigem Know-how und unserem Werkzeugbestand von über 1000 Rollwerkzeugen realisieren wir gerollte Gewinde, die selbst aussergewöhnlichste Anforderungen erfüllen:
- Steigungen bis 6 × Durchmesser
- Spindellängen bis zu 6 m
- Spindeldurchmesser von 2 bis 160 mm
- Sämtliche Normprofile (M, Tr, UNC, UNF, UNEF, Whitworth)
- Mehrgängige Gewinde, auch als Rechts-/Linksgewinde
- Steilgewinde-Profile
- Kugelgewinde-Profile
- Sonderprofile
- Schneckenprofile (besondere Qualitäts- und Preisvorteile!)
- Kerbverzahnungen und Rändelungen
- Konische Gewinde
- Gewinde auf vorgefertigten und/oder unförmigen Teilen, z. B. auch auf Schmiedeteilen
Gewinde auf unförmigen Teilen, konische Gewinde
In den 9 Blogs sind Auszüge aus der - Bibliothek der Technik -, Band 286, Gewinderollen, enthalten.
Dieses Buch wurde mit fachlicher Unterstützung von Kurt Husistein erarbeitet und vom Verlag Moderne Industrie veröffentlicht, ISBN 978-3-937889-30-6.
Literatur und Quellen
Kübler, Karl-Heinz, Mages Walter J. Handbuch der hochfesten Schrauben, 1. Aufl. Essen: W. Girardet Buchverlag, 1986.
http://www.hp-gramatke.de: Hans-Peters Mathematisch-Technisch-Algorithmisch-Linguistisches Sammelsurium.Verein Deutscher Eisenhüttenleute (Hrsg.): Werkstoffkunde Stahl, Bd. 1 Berlin: Springer, 1984. Apel, Heinz: Gewindewalzen: Kaltverformen von Präzisionsgewinden und Spindeln, München: Hanser 1952.
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Abbildungen: Nr. 1, 23-25 RWT Rollwalztechnik GmbH, Engen; Nr. 2 Foto Deutsches Museum, München; Nr. 3 Musée du tour automatique et d'histoire de Moutier, Moutier (Schweiz); Nr. 16 Fette GmbH, Schwarzenbek; Nr. 18 Meinrad Plaz, Staufen (Schweiz); Nr. 26 Habegger SA, Court (Schweiz); Nr. 34-36 FBT Fahrzeug- und Maschinenbau AG, Thörigen (Schweiz); Nr. 37, 38 Schleuniger AG, Thun (Schweiz); Nr. 39, 40 Max-Planck-Institut für Physik (Heisenberg-Institut), München; Nr. 41 Saurer AG, Arbon (Schweiz); Nr. 42 Line Tech AG, Glattbrugg (Schweiz); alle übrigen Eichenberger Gewinde AG, Burg (Schweiz). Satz: abavo GmbH, D-86807 Buchloe. Druck und Bindung: Sellier Druck GmbH, D-85354 Freising. Printed in Germany 889030.
