Was taugt eine Kunststoffschraube

Kunststofschraube für Industrie

In der Vorstellung des Durchschnittsanwenders mag eine Standard-Kunststoffschraube aus Nylon (PA), die im Spritzgießverfahren produziert wurde, nicht viel aushalten. Allgemein bekannt ist wohl der Vorteil, dass Kunststoffschrauben keine elektrische Leitfähigkeit besitzen. Trotzdem werden sie jedoch oft als ‚Spielzeug‘ abgetan, das lediglich für Verschraubungen taugt, die nicht viel aushalten müssen.

Thermoplast als Grundmaterial

Es gibt jedoch Unterschiede, die zu beachten sind, denn nicht jede Kunststoffschraube besteht aus dem gleichen Grundmaterial, das Thermoplast genannt wird. Drei Arten von Thermoplasten können unterschieden werden: Standard-Kunststoffe, technische Kunststoffe mit oder ohne Füllstoffe und Hochleistungskunststoffe. Kunststoffschrauben in der Standardversion bestehen vorwiegend aus PA/Nylon. Davon abzugrenzen sind Kunststoffschrauben aus PA mit Glasfaseranteil, der wiederum zwischen 30 und 60% variieren kann, oder mit Kohlefaseranteil von 30-40%. Wird die Schraube aus Hochleistungskunststoffen hergestellt, kann von einer wertvolleren Qualität ausgegangen werden. Schraubenformen können aber nach dem Wunsch des Kunden nicht nur in Bezug auf das Material (z.B. PCV, PMMA) angepasst werden, auch Farbwahl und Norm sind frei wählbar. Die Kunststoffauswahl ist durchaus von Belang, da die Stoffe unterschiedliche physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften aufweisen. So entscheidet z.B. der Grad des Glasfaseranteils über die mechanischen Werte der Zugfestigkeit. Die moderne chemische Industrie bietet ein breites Spektrum an Kunststoff-Granulaten für die unterschiedlichsten Anwendungen. Um der Kunststoffschraube die Chance zu geben den noch vorherrschenden Metallschrauben Konkurrenz zu bieten, wird versucht mit individuellen Materialien optimalere Ergebnisse zu erzielen. Dadurch, dass Kunststoffschrauben und Verbindungselemente für spezielle Einsatzgebiete produziert werden können, kann eine gezielte Auswahl getroffen werden. Oft sind Schrauben einer besonderen Belastung ausgesetzt, z.B. bei Anwendungen unter hohen Temperaturen oder in Verbindung mit säurehaltigen Stoffen, etwa bei Batterien. Im Bereich des Leichtbaus, bei dem es gilt ein möglichst geringes Gewicht zu erhalten, werden bislang Schrauben aus Aluminium bevorzugt. Diese jedoch bringen auch Nachteile mit sich, z.B. in Bezug auf die Problematik der Kontaktkorrosion oder der nur begrenzten Belastbarkeit im Temperaturbereich. Außerdem neigen Aluminiumschrauben dazu schnell zu verschleißen und weisen im Vergleich zur Stahlschraube geringere mechanische Werte auf.
Hier kann die Kunststoffschraube punkten. Und dies nicht nur mit ihrer, aufgrund höherer Dichte, verschleißfesten Oberfläche. Denn dadurch, dass keine Korrosionsbeanspruchung vorliegt, kann auch auf eine zusätzliche Oberflächenbehandlung verzichtet werden. Zudem besteht eine große Auswahl an Materialien, die Hitze bis zu 220 °C aushalten können.

Gewichtseinsparung von ca. 80%

Bei Konstruktionen, die darauf ausgelegt sind Quantität und Größe der Schrauben möglich gering zu halten, besteht die Möglichkeit, trotz größerer Gewinde und einer höheren Anzahl an Schrauben, Gewicht einzusparen.
Im direkten Vergleich der einzelnen Gewichtswerte wird dies ganz deutlich. Mit einer PA6 GF30 (PA mit 30 % Glasfaseranteil) wird aufgrund ihres Gewichtes von 1,36 g/cm³ im Gegensatz zur Stahlschraube, die 7,85 g/cm³ auf die Waage bringt, eine Gewichtseinsparung von ca. 80% bewirkt.
Auch Aluminium mit einem Gewicht von 2,70 g/cm³ kann hier nicht mithalten.

Gwichtvergleich Kunstoffschraube und Stahlschraube

 

WT-Kunststoffschrauben aus hochbelastbaren Kunststoffen orientieren sich, bezüglich Gewindegröße, Länge und Kopfform, an den DIN bzw. DIN-ISO Normen für Stahlschrauben. Die Toleranzlage ist ebenso an die Metallschraubennorm angepasst. Somit lässt sich eine Metallschraube durch eine WT-Kunststoffschraube problemlos ersetzen. Bei der Verschraubung einer WT-Schraube ist keine Sonderbehandlung nötigt, da die gleichen Antriebsvoraussetzungen wie z.B. Sechskant-, Innensechskant-, Kreuzschlitz- oder TX-Antrieb, gegeben sind. Konventionelle oder automatisierte Schraubverfahren mit automatisierter Zuführung sind durchaus möglich. Es zeigt sich also, dass durch Anschaffung von Spritzguss-Stammformen für Schrauben und Sechskantmuttern, welche ebenfalls an die DIN bzw. DIN-ISO Normen angepasst sind, alle Kunststoffe auf Thermoplastbasis verarbeitet werden könnten. Auch, dass naturfarbene Materialien durch Zusatz von Farbgranulaten problemlos eingefärbt werden können, spricht für eine lohnenswerte Umstellung in der Industrie.

Bruchgrenze der Kunststoffschraube

 

Quelle: Fotos und Informationen – WEIPPERT Kunststofftechnik GmbH & Co. KG

4 Kommentare

  1. Sehr interessanter gelungener Bericht.
    Aufgrund der kleinen Stückzahlen leider derzeit nicht attraktiv vom Preis her,
    aber für Sondergrößen sehr interessant.
    Die Gewichtseinsparung kann im automotive Bereich guten Anklang finden.
    Beste Grüße

    TOM

  2. Guten Tag liebe Mitleser,
    vielen Dank für diesen informativen Beitrag. Um zu überprüfen, ob die Schraube gewissen Kräften standhalten kann, kann eine Werkstoffprüfung empfehlenswert sein. Als ich mich darüber informieren wollte, bin ich auf eine interessante Seite gestoßen, die sich damit beschäftigt.

  3. Kunststoff hat in der Tat viele positive Eigenschaften, wie z.B. die thermische Belastbarkeit oder eine gewissen Elastizität, die sich in verschiedenen Bereichen bemerkbar machen. Handelt es sich jedoch um größere Kunststoffteile, so können sie mit der Zeit kaputt gehen und eine Reparatur benötigen können.

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