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KonzeptConcept

Gewindepressen

Die Idee ist so überzeugend, dass man sich fragen musste: Warum erst jetzt?
Bei der Industrialisierung hingegen fragt man sich: Warum dauert das so lange?
Die Idee ist mit dem Pressen von Außengewinden von massiven Bauteilen  gestartet und wurde im Anschluss auf das Pressen von Gewinden von hohlen Bauteilen und auf das Napfen (Sacklöcher) übertragen.

Das Ziel war zunächst Kosten zu sparen, da der Arbeitsgang Gewinderollen entfällt, indem das Gewinde bereits beim Pressen, d.h. der Herstellung des Rohlings erzeugt wird.

Dies ist bei  der Mehrheit der Anwendungen der Fall, wird aber durch eine Reihe  verfahrensbedingter Vorteile noch wesentlich überdeckt.
Das Verfahren Gewindepressen beruht auf dem Einsatz von Backenwerkzeugen. Beim Pressen von Gewinden auf massive oder dickwandige Bauteile schließen sich die Backenwerkzeuge, siehe Abb. 1, während beim Pressen von Gewinden auf Hohlteile oder beim Napfen (Sacklöcher) die Backenwerkzeuge  geschlossen gehalten werden und das Material durch einen Dorn oder Stempel  von innen nach außen in die Backenwerkzeuge gepresst wird. (nicht weiter ausgeführt)
Alle 3 Verfahren haben als besonderes Merkmal am Umfang in axialer Richtung unterbrochene Gewindegänge, Abb.3.
Abb.1: Rohlingsform
Abb.2: Werkzeug 3D
Abb.3: gepresste Gewinde
Die Vorteile sind vielschichtig. Die Einsparung des Arbeitsganges "Gewinderollen“ wurde bereits angesprochen. Ein zweiter sehr wesentlicher Vorteil ist die verfahrensbedingte Unterfüllung in axialer Richtung. Diese Freiräume sind grundsätzlich geeignet, um Lackreste oder Verunreinigungen im Verschraubungsprozess aus dem tragenden Gewindeanteilen abzusondern,  was zu einer höheren Sicherheit der Verschraubung führt.

Da das Bauteil anders als beim Walzen praktisch still steht, ist die Anfälligkeit hinsichtlich der Form- & Lagetoleranzen durch die Genauigkeit der Werkzeuge gegeben und die Gewinde können bis unter den Kopf oder Bund hergestellt werden. Ein weiterer, sehr entscheidender Vorteil, ist die Ausformung des Gewindekopfes. Anders als beim Walzen entsteht keine Schließfalte. Die Gewindespitze ist verrundet, damit schlagunempfindlich und vor allen sicher gegenüber  Einschlüssen, die sich früher oder später durch Korrosion bemerkbar machen.

Im Fertigungsablauf entfällt das zeitraubende und als Fehlerquelle bekannte Einspuren.

Es können weitere Formen wie beispielsweise Verzahnungen  integriert werden, wodurch sich völlig neue Möglichkeiten der Gewindesicherung ergeben. Die Gewinde haben immer einen zum Bauteil  definierten festen Ein- und Auslauf.
Es ist an dieser Stelle nicht möglich, alle  Vorteile anzusprechen. Es ist aber deutlich erkennbar, dass mit den  Kenntnissen der Eigenschaften und Vorteile des Verfahrens und den  Freiheitsgraten, die Bauteilgeometrie an die Möglichkeiten des Verfahrens  anpassen zu können, ein noch weiteres Feld an Anwendungen eröffnet wird. 
Die Festigkeit wurde an Schrauben M6x20 (gepresst) und M6x35 (gerollt),
Werkstoff 20MnB4 vergleichend getestet. Beide Positionen stammen aus einer
Materialcharge und wurden gemeinsam vergütet.
In den Abb. 4 sind gepresste und Abb. 5 sind gerollte Schrauben dargestellt.
Abb.4: gepresste Schrauben
Abb.5: gerollte Schrauben
Zugversuch:
Die maximale Zugkraft Fm sowie die Zugfestigkeit Rm wurden nach DIN EN ISO 898-1 ermittelt.
Die Ergebnisse des gepressten Gewindes sind in Abb. 6 dargestellt.
Abb. 6: Zugversuch nach DIN EN ISO 898-1 von gepresstem Gewinde
Torsionsversuch:
Das maximale Anzugsdrehmoment MA wurde nach DIN EN ISO 898-1 ermittelt.

Die untersuchten mechanischen Eigenschaften der gewalzten und der gepressten
Schrauben sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Mechanische Eigenschaften nach DIN EN ISO 989-1 sowie DIN EN ISO 20898-7
mechanische Eigenschaft
Soll
gepr. Gewinde
gerollte Gewinde
Zugkraft Fm [kN] min.
16,1
17,5
18,2
Zugfestigkeit Rm [MPal] min.
800,0
870,0
900,0
Härte [HV]
250 - 320
300,0
300,0
Bruchdrehmoment MB[Nm] min.
13,0
13,5
13,9

Zur Berechnung der Größe Rm wurde ein Querschnitt für die gepressten Gewinde von 20,1 mm² angenommen. Der wahre Querschnitt der gepressten  Schrauben ist bedingt durch die Pressriefe geringer. Dadurch würden sich die  Festigkeitskennwerte erhöhen.

Es zeigen sich keine signifikanten Unterschiede  in den mechanischen Eigenschaften. Alle Eigenschaften erfüllen die Vorgaben  der DIN EN ISO 898-1 sowie der DIN EN ISO 20898-7.
Dynamische Eigenschaften:
Die dynamischen Eigenschaften wurden parallel mit den gleichen Proben ermittelt. Es wurde nachgewiesen, dass die Anforderungen aus der VDI 2230 erfüllt werden.
Abb. 8: Wöhlerkurve
Das Fazit aus den Festigkeitsuntersuchungen, den angenommenen Kosteneinsparungen sowie der Möglichkeiten der Implementierung von weiteren Zusatzfunktionen zwingt zur Annahme, das dem Verfahren eine große Zukunft  bevor steht.
Für das Verfahren wurde das Europapatent EP 09010317.7 erteilt