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Verschrauben

Zinkdruckgussteile können mit anderen Bauteilen mittels Schrauben zusammengefügt werden. Dies geschieht entweder durch Schneiden oder Formen eines Gewindes im Zinkdruckgussbauteil oder indem die entsprechenden konstruktiven Bauelemente vorgesehen werden (z.B. mit gegossene Bohrungen).

Es ist nicht notwendig, von den Standardgrößen der Gewinde und ihrer Formen abzuweichen, da sie in den meisten Fällen gute Verbindungen gewährleisten. Die Festigkeit der Gewinde im Zinkdruckguss ist sehr hoch. Bei einer normalen Beanspruchung wird eher der Schraubenkopf abreißen, als dass das Gewinde aus dem Bauteil ausreißt. Die Unterschiede der Festigkeit von Gewinden verschiedener Herstellungsverfahren (geschnitten oder geformt) sind gering. Geformte Gewinde sind geringfügig besser verglichen zu geschnittenen Gewinden. Allerdings sind die Vorspannungsverluste (Nachlassen des Drehmoments) bei geschnittenen Gewinden weniger stark ausgeprägt. Das Gewindeformen mit rillenlosen Gewindebohrern hat den Vorteil keine Späne zu erzeugen. Es werden zum Gewindeformen größere Lochdurchmesser benötigt als für das Gewindeschneiden. Die nachstehende Tabelle nennt empfohlene Durchmesser für gebohrte und vorgegossene Löcher für metrische Standardgewinde.

Empfohlene Lochgrößen vor dem Gewindebohren

Nominaler Gewinde-
Durchmesser mm
geschnittene Gewinde geformte Gewinde
und Gewinde furchende Schrauben
Parallel Konizität Parallel Konizität
3 2.525 2.567-2.500 2.745 2.779-2.711
4 3.350 3.424-3.300 3.643 3.691-3.595
5 4.250 4.327-4.200 4.592 4.646-4.538
6 5.050 5.136-5.000 5.490 5.558-5.422
8 6.850 6.930-6.760
10 8.550 8.710-8.510
12 10.250 10.500-10.260
14 12.050 12.280-12.010
16 14.050 14.280-14.010
20 17.550 17.850-17.520
24 21.050 21.425-21.020

Vorspannungsverlust (Nachlassen des Drehmoments)

Für Bauteile, die im Betrieb erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, müssen die Spannungen berücksichtigt werden, die durch das Festziehen der Schrauben erzeugt werden. Diese mechanischen Spannungen werden mit der Zeit nachlassen und somit wird auch die Vorspannnkraft abfallen. Dieses Phänomen wird allgemein Drehmomentabnahme oder Vorspannungsverlust genannt. Es äußert sich u. a. im Verlust des Drehmoments, um den Bolzen unter Spannung zu halten. Dies führt zu einer Lockerung des Schraubbolzens. Ein nochmaliges Nachziehen der Schraube wird erforderlich. Für nähere Informationen zu diesem Thema, siehe “Joining Zinc Diecastings with Threaded Fasteners”

Fußnote 2

Auszugskraft

Die Kraft, die erforderlich ist, um Stahlschrauben aus Gewindelöchern in der Legierung ZP3/ZP0400 herauszuziehen, wurde für verschiedene Bolzendurchmesser und Gewindelängen im Betrieb und für mehrere Gewindetypen getestet. Diese Ergebnisse sind in der nachstehenden Graphik zusammengefasst.

Das Verhältnis (im Prüfbereich) ist:

Auszugskraft in Newton = 90∏DL

  • D = Schraubbolzendurchmesser, mm
  • L = eingreifende Gewindelänge, mm

Es wurde kein signifikanter Unterschied zwischen gebohrten Gewindelöchern und selbstschneidenden Schrauben beobachtet.

Belastung, bei der ein Gewindebolzen während eines Zugversuch aus dem Gewinde eines Zinkdruckgussteils (ZP3/ZP0400) herausreißt.

ima01

Daten zu Bohrungen mit 3-6mm Durchmesser mit Gewindelängen von 1-6mm.

Verhältnis Drehmoment/Vorlast

Die Standardbeziehung zwischen dem angewandten Drehmoment T (in Nmm) zu der Schraubenvorspannkraft F (in N) und dem Schraubendurchmesser beträgt F=T/kD.

Der Koeffizient k kann erheblich von dem normalerweise angewandten Wert von 0,2 abweichen. Bei im Zinkdruckguss eingesetzten, verzinkten Schrauben wurden Werte zwischen 0,2 und 0,3 bei Durchmessern unterhalb von 5,0 mm und 0,15 bei einem Durchmesser von 8,0 mm ermittelt.

Die Vorspannung lässt mit der Zeit nach. Falls dieser Faktor wichtig ist, finden Sie unter folgender Quelle weitere Informationen “Joining Zinc Diecastings with Threaded Fasteners”

Ausdrehmoment

In der nachstehenden Graphik ist das erforderliche Drehmoment zum Herausschrauben von verzinkten Schrauben aus Zinkdruckgussbauteilen (in der Legierung ZP3/ZP0400), aufgeführt. Selbstschneidende Schrauben benötigen ein höheres Drehmoment, weil diese zusätzliche Kraft zum Erzeugung des Gewindes benötigt wird.

Gewindeschrauben :Tmax = 0,08D2L

Selbstschneidende Schrauben : Tmax = 0,12 D2L T= Torque (Nm)

  • T= Drehmoment (Nm)
  • D= Schraubendurchmesser (mm)
  • L= eingreifende Gewindelänge (mm)

Die Ergebnisse implizieren einen hohen Reibungskoeffizienten zwischen der Zinkschicht und dem Zinkdruckgussteil. Es ist möglich, dass eine gefettete blanke Stahlschraube bei der hälfte des angegebenen Drehmoments zu lösen ist.

Ausdrehmoment für Innengewinde in ZP3/ZP0400-Legierungen

Daten für Durchmesser von 3 bis 5mm mit Einschraubtiefen von 1 bis 6mm (verzinkte Schrauben, k =0,3) bei einer Kurzzeitbelastung.

ima02

Eine Extrapolation der aufgeführten Versuchsdaten außerhalb der aufgeführten Bandbreite ist nur mit äußerster Vorsicht anzuwenden (besonders hinsichtlich des Drehmomentes). Bei Dauerbelastungen müssen die Werte entsprechend niedriger gewählt werden als vergleichsweise bei kurzzeitiger Belastung (siehe Graphik).

Außengewinde in Zinklegierungen

Die oben aufgeführten Daten sind für Stahlschrauben für Gewinde im Zinkdruckguss gültig. Diese Informationen können ebenfalls als Richtlinie für den Einsatz von Außengewinden im Zinkdruckguss genutzt werden. Allerdings sollte berücksichtigt werden, dass durch die niedrigere Festigkeit gegenüber Stahl ein vorzeitiges Versagen durch Abscheren oder Abreißen möglich ist.

Gewindefestigkeit für weitere Zinklegierungen

Leider stehen z.Z. keine Daten für weitere Zinklegierungen zur Verfügung. Es wird angenommen, dass die Gewindefestigkeit proportional zur Scherfestigkeit des Werkstoffes ist. Deshalb können die im Diagramm angegebenen Daten für die Zinklegierung ZP3/ZP0400 für die jeweilige Legierung mit den folgenden Faktoren multipliziert werden:

  • ZP5/ZP0410 : Faktor 1,2
  • ZP2/ZP0430 : Faktor 1,5
  • ZP8/ZP0810 : Faktor 1,3

Fußnote 22

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