Wie wird eine Maschinenschraube hergestellt?

Die Nachfrage nach Schrauben lässt keine Anzeichen einer Verlangsamung erkennen — aber woher kommen sie und wie werden sie hergestellt?

Die Welt verbraucht Verbindungselemente in einer erstaunlichen Geschwindigkeit. In jeder Boeing 747 stecken über 2,5 Millionen Verbindungselemente, und mit dem Aufschwung von Wissenschaft und Technologie steigt auch die weltweite Nachfrage nach Verbindungselementen mit Gewinde. Das Herstellungsverfahren für Schrauben entwickelt sich kontinuierlich weiter, um schnell, effizient und der Konkurrenz immer einen Schritt voraus zu sein. Im Kern hat sich der Prozess der Schraubenherstellung in den letzten 300 Jahren jedoch kaum verändert. Schrauben können mit unzähligen Varianten konstruiert werden, einschließlich spezieller Kopf- und Antriebstypen, feiner Steigungen, grober Steigungen, Rechts- oder Linksgewinde sowie flache Spitzen oder Zapfenspitzen, um nur einige zu nennen. Die einzelnen Schritte im Herstellungsprozess können so unterschiedlich sein wie die Schrauben selbst, aber in der modernen Welt kann die Herstellung von Verbindungselementen im Allgemeinen in zwei Techniken unterteilt werden, die sich in der zur Herstellung der Gewinde verwendeten Bearbeitung unterscheiden: gewindegewalzte Schrauben und gewindeschneidende Schrauben.

Geschichte

Die frühesten Maschinenschrauben aus Metall waren ein Durchbruch in der zeitgenössischen Technik. Die Innovation erweiterte die bewährte Nagelformel um spiralförmige Zähne und schuf ein konkurrenzloses industrielles Befestigungselement. Schrauben waren im Waffenbau besonders beliebt, da sie sich bei den Vibrationen, die bei Schüssen auftreten, nicht lockern konnten. Im Vergleich dazu konnten (und würden) Bauteile wie Nägel nach einer gewissen Zeit des Einsatzes einfach herausfallen, wodurch eine Waffe Fehlzündungen auslöst oder sogar mitten im Gefecht auseinanderfällt. Frühe Schrauben wurden aus Nägeln hergestellt und mühsam von Hand geschnitzt. Diese Produktionsmethode bedeutete, dass die Produktion langsam war, die Qualität schlecht war und keine zwei Schrauben jemals identisch waren.

Da Schrauben sehr gefragt waren, versuchten Erfinder aus ganz Europa, Geräte zur Mechanisierung des Herstellungsprozesses von Schrauben zu entwickeln. Diese Bemühungen führten 1760 zur Entwicklung einer Maschine durch Job und William Wyatt, die autonom etwa 10 gleichförmige Schrauben pro Minute schneiden konnte. Während im Laufe des 18. Jahrhunderts viele spezielle Spindeldrehmaschinen von einzelnen Schraubenherstellern entwickelt wurden, gilt der Schraubenschneider der Brüder Wyatt weithin als eines der allerersten Beispiele für automatisierte Massenproduktion. Seit dem 18. Jahrhundert wurden die Konstruktion und Produktion von Verbindungselementen erheblich weiterentwickelt und kontinuierlich weiterentwickelt, um die Vielseitigkeit, Qualität und Effizienz der Herstellung von Verbindungselementen zu verbessern.

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Konstruktion von Verbindungselementen

Verschiedene Fertigungsstandards werden verwendet, um verschiedene Bereiche der Schraube zu spezifizieren, was fast jede Schraube zu einer modularen Kombination verschiedener Merkmale macht. So sind beispielsweise eine metrische Gewindegröße und -steigung in ISO 261 definiert, aber ein Senkkopf an derselben Schraube würde durch eine andere Norm definiert, z. B. ISO 10642 — Senkkopfschrauben mit Innensechskant. Das Material dieser Schraube kann durch ISO 3506 definiert werden. Zur Definition der Eigenschaften jeder Schraube werden mehrere Normen verwendet, die alle möglichen Werte definieren können, einschließlich Gewindegröße, Kopftyp, Antriebstyp, Material und Oberfläche.

Rohstoffe

Fast alle Schrauben beginnen ihre Lebensdauer entweder als Stangenmaterial oder als eine durchgehende Spule aus Metalldraht. Spulendraht wird für kleinere Größen verwendet, da er einfacher zu transportieren ist und kontinuierlich in eine Maschine eingeführt werden kann. Bei deutlich größeren Größen müssen die Schrauben jedoch aus massiven Stangen herausgeschnitten werden. Die Drahtspule wird geschmiert und erwärmt, um die Verarbeitbarkeit zu erhöhen. Anschließend wird sie einer Richtmaschine zugeführt, um sicherzustellen, dass das Endprodukt nicht falsch ausgerichtet ist. Nach dem Richten wird der Draht auf die gewünschte Länge zugeschnitten. Mit einer Reihe von Matrizen wird der Umriss der Schraubenkopfform schrittweise gestanzt und an der Spitze der Schraube eine Abschrägung erzeugt. Dieser Schritt wird als Kaltumformung bezeichnet. Dabei entsteht ein „Rohling“ — eine glatte, strukturlose Schablone einer Schraube, ohne Gewinde und ohne in den Kopf eingeschnittenen Antrieb.

Schneiden mit Antrieb

Der Herstellungsprozess eines Gewindetriebs hängt von der Art des Kopfes und des Antriebs ab. Bei bestimmten Antrieben und antriebslosen Kopftypen ist dieser Schritt nicht erforderlich, da er bei der Kaltumformung durchgeführt wird. Bei herkömmlichen Schlitzantrieben und bestimmten Kreuzschlitzantrieben wird die Nut in einem zweiten Verfahren geschnitten.

Gewinderollen

Die Schraubenrohlinge werden dann in Gewinderollwerkzeuge eingespeist, die auf verschiedene Weise ein Schraubgewinde formen können. Die gängigste Methode ist ein Hubwerkzeug, bei dem die Schraube mit extrem hohem Druck zwischen zwei Flachdüsen gewalzt wird — von denen eine stationär bleibt. Bei diesem Verfahren wird das Gewinde auf die Schraube aufgedruckt und es können Hunderte von Schrauben pro Minute hergestellt werden. Zu den weiteren Verfahren gehören zylindrische Düsen, bei denen eine Schraube in ein Paar (oder Trio) von zylindrischen Matrizen eingeführt wird, die sich in einer festen Position drehen, oder rotierende Planetenwerkzeuge, bei denen mehrere zylindrische Matrizen um eine feststehende Schraube rollen. Durch Gewindewalzen hergestellte Schrauben sind maschinengeschnittenen Schrauben weit überlegen, da der Rohling bei der Herstellung nicht geschnitten, sondern durch die Matrizen verdichtet und verfestigt wird. Die gewinderollten Schrauben von Accu haben eine hervorragende Oberfläche, eine höhere Oberflächenhärte, verursachen weniger Abfall, sind genauer und lassen sich deutlich schneller herstellen als maschinengeschnittene Alternativen.

Gewindeschneiden

Bei der Herstellung von kundenspezifischen Schrauben in kleineren Stückzahlen kann das Schneiden des Schafts und dann der Gewinde in das Stangenmaterial eine wirtschaftlichere Methode zur Herstellung kundenspezifischer Verbindungselemente darstellen. Bei dieser Technik gibt es einen Kompromiss: In der Regel sind die Gewinde 30% schwächer als bei der gewalzten Technik, aber wenn kleine Serien von maßgeschneiderten Schrauben benötigt werden, ist dies eine Alternative, die eine Überlegung wert ist. Diese Technik bietet auch einige interessante Möglichkeiten, wenn es um den Einsatz von Präzisions-CNC-Drehmaschinen geht, um Verbindungselemente mit winzigen Mustern und Logos zu versehen.

Qualitätskontrolle

Nach der Herstellung wird eine Chargenprobe zur Inspektion ausgewählt, um sicherzustellen, dass alle Produkte gemäß den Spezifikationen hergestellt wurden. Digitale Messgeräte werden verwendet, um sicherzustellen, dass alle Komponenten die allgemeine Toleranz von +0,13/-0,13 mm von Accu bei allen Abmessungen einhalten. Aufgrund ihres einzigartigen Gewinderollverfahrens werden gewalzte Gewinde nach einem noch strengeren Standard von +0,00/-0,13 mm gemessen, da präzisionsgewalzte Gewinde niemals zu groß sein sollten. Weitere Informationen zu Gewindetoleranzen finden Sie in diesem Artikel: Grundlegendes zu metrischen ISO-Gewindetoleranzen

Sehen Sie sich den Herstellungsprozess von Schrauben an

Wir haben eine Auswahl von Videos von YouTube kuratiert, die eine Reihe von Techniken zur Herstellung von Maschinenschrauben zeigen. Dieses Video zeigt den kaltgeschmiedeten Kopf und das anschließende Gewinderollverfahren.

Dieses Video zeigt die Technik, bei der eine Schraube auf einer manuellen Drehmaschine mit viel geringerem Volumen hergestellt wird:

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