Gewindefurchen in Metalle

Das Unternehmen 

Das 

Unternehmen 

Gewindefurchen in Metalle 

Fachtagung Innovative Verbindungstechnik am 27.11.2011 

SVV – Süddeutscher Verlag Veranstaltungen GmbH


Inhaltsverszeichnis 

1. Allgemeine Infos zu gewindefurchenden Schrauben 

- Beschreibung von gewindefurchenden Schraubenverbindungen 

2. Normen + Kundennormen zu gewindefurchenden Schrauben 

- Allgemeine Normen: DIN 267 T30 

- Beschreibung Taptite 2000 ® 

3. Best Praxis GD-Al – Verteilergetriebe: Drehmomentgesteuerte Anziehverfahren 

- Ergebnisse Einschraubversuche in vorgegossene Kernlöcher GD-AlSi9Cu3(Fe) 

- Vorspannkraftverlauf unter Einfluss von Temperaturwechsel 

- Kompatibilität zu metrischen Schrauben 

4. Tragfähigkeitsoptimierung bei gehobenen Anforderungen an Vorspannkräfte 

- Erläuterungen zu Anziehverfahren (elastisch / überelastisch) 

- Vergleich Standardfurchschrauben vs. tragfähigkeitoptimierte Geometrien in Bohrlöcher 

- Vergleich Standardfurchschrauben vs. tragfähigkeitoptimierte Geometrien in Gusslöcher 

- Vorspannkraftverlauf unter Temperaturwechsel nach überelastischen Anzug


Defintion gewindefurchende Schrauben 

Nach DIN 7500-1: 

Schraube, die sich beim Einschrauben in ein 

vorgebohrtes Kernloch, z. B. durch eine geeignete 

Formgebung des Gewindeendes, ihr Gegengewinde 

spanlos selbst formt. 

Durch den Einsatz dieser Schrauben wird 

die Produktivität während der Montage 

erhöht und die Verbindungskosten gesenkt.


Normen für gewindefurchende Schrauben 

Mech. Eigenschaften: 

Bezeichnungsangaben: 

Prüfplatten für Furchmomentsprüfung : 

Grobe Furchzonenbestimmung 

mit großer Toleranz


Normen für gewindefurchende Schrauben 

Prozesssicherheitsbetrachtung bei Schrauben die gerade noch Normanforderungen 

erfüllen: 

• Bsp. allg. normierte Schraube nach DIN 267-T30: M6GF - 10.9 

MF max= 8 Nm Prüfplatte (geriebenes Kernloch) 

• Typ. MA=12 Nm ± 15 % ⇒ MA min=10,2 Nm 

• bei vorgegossenen Kernlöchern z.T. Furchmomente höher wie im gebohrten Loch, 

d.h. MF >8Nm im vorgegossenen Kernloch 

• Fazit: u.U. kommen GF-Schrauben bei MA nicht zur Kopfauflage oder generieren wg. 

geringem Delta zwischen MF + MA nur geringe Vorspannkräfte 

• Bei erhöhten Anforderungen an die Prozesssicherheit ⇒ Tendenz Kundenwerknormen mit 

weiteren Einschränkungen (zugelassene Furchschraubentypen, reduzierte zul. Furchmomente)


Beschreibung Taptite 2000 ® 

Vereinigt die bereits etablierte 

Trilobularform der Taptite- 

Familie mit einer 

Radius-Flankenprofilform 

(in Anlehnung an Evolventenform)


Kundennormen für gewindefurchende Schrauben 

GM: Seat Applications - 6 Lobe 

Drive Pan Head Taptite 2000® Bolt


Anwendungsbeispiele für Taptite 2000 ® 

Stahlmassivverschraubung: 

z.B. Bremshebel 

Blechverschraubung 

z.B. Lüfterrad 

Aluminiumverschraubung: 

z.B. Verteilergetriebe 

Magnesiumverschraubung: 

z.B. Lenksäulen


Anforderungen an Aluminiumdruckguss-Verschraubungen 

Schraubenverbindung: 

- Erreichung Fv min 

- Kompatibilität metr. Schrauben 

- geringer Vorspannkraftabfall 

(Betrieb) 

- Lösesicherheit 

- Schraubenstandardisierung 

Montage: 

- Prozesssichere Montage 

- kurze Montagezeit 

- Wiederholmontage 

- geringe Nacharbeit 

- automatische Montage 

- Prozessüberwachung 

Prozesskostenoptimierung: 

- Wegfall Bohren 

- Wegfall Gewindeschneiden 

- capex-Reduktion 

- Personaleinsatz minimieren 

- Energiekosten reduzieren 

- Produktionsfläche minimieren 

Gießbarkeit: 

- Kernlochdurchmessertol. 

- Entformungsschrägen 

- hohe Gußqualität 

- lange Standzeiten 

der Kerne

40 

35 

30 

25 

20 

15 

10 


5 

0 

Einschraubkurve Taptite 2000 vs. Furchschraube rund 

Drehmomentkurven Anziehprozess + Montagevorspannkraft 

Md [Nm] / Fv [KN] 

A [°] 

Md-TT2000[Nm] 

Md-Rund [Nm] 

Fv-TT2000 [KN] 

Fv-Rund [KN] 

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 

GD-AlSi9Cu3(Fe) – 

Gehäuse / Schraube M8

Vorspannkraft [kN] 


Langzeitvorspannkraftmessung: 60 h 

20000 

18000 

16000 

14000 

12000 

10000 

8000 

6000 

4000 

2000 

130°C -30°C 130°C -30°C 130°C 

0 

0 10 20 30 40 50 60 

Zeit [h] 

Ergebnis: 

Messung Fv bei Start: 19,3 kN 

Fv min.: 14,9 KN 


Gehäuse / Schraube M8 

=> Max. FV-Abfall: 25,1 %


Längsschliff nach 6 x Anzugsmoment (35Nm) 


Gehäuse / Schraube M8

Md/FV 

Md/FV 


Kompatibilitätstest: 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

0 2 4 6 8 10 12 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

Zeit [sec] 

0 

0 2 4 6 8 10 12 

Zeit [sec] 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

20 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

FV [kN] 

FV [kN] 

TT2000 M8 x 60 – 10.9 

Furchen- und Anziehen 


Gehäuse / Schraube M8 

Metr. M8 x 60 – 8.8 

in vorgefurchtes TT2000- 

Mutterngewinde


Tragfähigkeitsoptimierung bei gehobenen Anforderungen an die Vorspannkräfte 

Steigende Anforderungen 

- Kreisbogenverzahnung 

- Multiachsiale Belastung 

- Erhöhte Betriebslastastkollektive 

→ Vorspannkraftniveau muss 

erhöht werden 

Quelle: MAGNA Powertrain AG



Fv [KN] 

Stand der Technik: Richtwerte für Vorspannkräfte bei Md- + W- gesteuerten MA 

40,00 

35,00 

30,00 

25,00 

20,00 

15,00 

10,00 

5,00 

0,00 

Montagevorspannkraft: M8 Metrisch vs. M8 Taptite 2000 

M8-Metr - MA30Nm(1) M8-Metr - MAüberelast (2) TT2k-MA34Nm (3) 

Quellen: (1): VW 01126-1 / (2) VW 01126-2 / (3) MAGNA Powertrain - KRL 

Fmin 

Fmax



Überdrehversuch: 

Gewindefurchende 

Verschraubung in 

GD-AlSi9Cu3 – Gussloch 

Eff. Einschraubtiefe 

~ 2 x d 

MF-TO-Furchschraube 

MF- TT2000 M8_Stand 

Md/FV 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Überelastischer Schraubenanzug: 

→ Mutterngewindeauszug unzulässig ! 

Drehwinkel-gesteuert 

Streckgrenzgesteuert 

Md-gesteuert 

0 

3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 4700 4800 

∆W bei MÜ – TT2k 

Winkel [°] 

∆W bei MB – TO-Furchschraube



Versuchsaufbau Drehmoment + Vorspannkraftmessung in GD-AlSi9Cu3 – gebohrte Kernlöcher 

Überelast.-MA: Vor Längsschliff

Md/FV 



60 

50 

40 

30 

20 

10 

Drehmoment und Vorspannkraftmessung: GD-AlSi9Cu3 – gebohrte Kernlöcher: Lochdurchmesser 7,30 

0 

0 1000 2000 3000 4000 5000 


Md/FV 

Md/FV 

40 

30 

20 

10 

0 

3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 

60 

50 

40 

30 

20 

10 


Fvmin = 25,48 KN 

bei Rp: 

MB bei 2 x d 

Fvmax = 30,14 KN 

bei Rp : 

MÜ bei 1,5xd 

0 

3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 

W: 

Kopfauflage- 

MÜ [°] 

Lochd. ET incl-FZ* MF [Nm] MRp [Nm] Mvers. [Nm] F_20Nm [KN] F_30Nm [KN]F_Rp [KN] F_Vers [KN] 

W-30Nm- 

Rp0,2 [°] 

7,32 20,40 20,39 44,63 50,16 14,50 29,86 33,22 724 76 B 

7,32 20,40 27,28 45,80 52,17 3,66 25,48 29,95 642 93 B 

7,31 20,40 25,13 46,73 52,83 9,95 28,21 31,09 615 85 B 

7,33 16,10 21,09 43,17 47,67 11,87 28,39 30,25 318 78 Ü 

7,33 16,10 20,63 42,61 47,30 14,45 30,14 32,27 369 90 Ü 

xq 22,90 44,59 50,03 0,00 10,89 28,42 31,36 533,60 105,50 

Max 27,28 46,73 52,83 0,00 14,50 30,14 33,22 724,00 93,00 

Min 20,39 42,61 47,30 0,00 3,66 25,48 29,95 318,00 76,00 


Versagen 

durch: B /MÜ 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

FV [kN] 

FV [kN]

Md/FV 



Drehmoment und Vorspannkraftmessung: GD-AlSi9Cu3 – gebohrte Kernlöcher: Lochdurchmesser 7,50 – ETeff = 2 x d 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 1000 2000 3000 4000 5000 


Md/FV 

Md/FV 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Fvmax = 32,91 

KN 

bei Rp 


Fvmin = 26,50 KN 

bei Rp 

0 

3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 

W: Kopfauflage- W-30Nm- Versagen 

Lochd. ET incl-FZ* MF [Nm] MRp [Nm] Mvers. [Nm] F_20Nm [KN] F_30Nm [KN] F_Rp [KN] F_Vers [KN] MÜ [°] Rp0,2 [°] durch: B /MÜ 

7,51 20,40 17,11 47,58 53,34 5,00 14,50 26,50 28,34 640 71 B 

7,51 20,40 15,19 42,56 49,78 6,00 18,63 32,91 43,97 599 71 B 

7,51 20,40 14,72 44,77 53,16 7,00 15,60 28,82 31,24 676 60 B 

7,51 20,40 15,98 43,17 52,92 5,00 17,01 28,85 30,41 651 71 B 

xq 15,75 44,52 52,30 5,75 16,44 29,27 33,49 641,50 68,25 

Max 17,11 47,58 53,34 7,00 18,63 32,91 43,97 676,00 71,00 

Min 14,72 42,56 49,78 5,00 14,50 26,50 28,34 599,00 60,00 


35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

FV [kN] 

FV [kN]



TO-Furchschraube: MA =30 Nm + 90°im Bohrloch 

Lochdurchmesser: 7,30 + ETeff 2xd Lochdurchmesser: 7,50 + ETeff 2 x d

Md [Nm] 

F [KN] 



60,00 

50,00 

40,00 

30,00 

20,00 

10,00 

0,00 

30,00 

25,00 

20,00 

15,00 

10,00 

5,00 

0,00 

Furch - + Versagensmomente 

xq-TO Max-TO xq-Stand Max-Stand 

Vorspannkraft bei verschiefdenen Drehmomenten 

F_20Nm [KN] F_30Nm [KN] F_Rp [KN] F_Vers [KN] 

MF [Nm] 

MRp [Nm] 

Mvers. [Nm] 

xq-TO 

Min-TO 

xq-Stand 

Min-Stand 

Drehmoment und 

Vorspannkraftmessung: 

GD-AlSi9Cu3 – gegossene 

Kernlöcher ETeff = 2 x d



MA =30 Nm + 100°im Gussloch: Loch-Ø oben nahe OKT - Loch-Ø unten nahe MKT 

TO-Furchschraube ETeff 2xd: Taptite 2000-SP® (Stand.), ETeff 2 x d



MB 

MRp 

MF 

Md/FV 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Verifizierung durch 

Messungen an 

Anderen Getriebe- 

Typen: 

Gusslöcher in 

AlSi9Cu3(Fe)- 

Gehäuse 

Md/FV 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 1000 2000 3000 4000 5000 

0 

3700 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 4700 4800 4900 5000 



35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

FV [kN] 

FB 

FRp



Verifizierung durch Messungen 

an weiteren GetriebeTypen: 

Gusslöcher in AlSi9Cu3(Fe)- 

Gehäuse 

→ MF bis ~ 25 Nm 

→ FV Rp > 25 KN 

Md [Nm] 

Fv [KN] 

70,00 

60,00 

50,00 

40,00 

30,00 

20,00 

10,00 

0,00 

35,00 

30,00 

25,00 

20,00 

15,00 

10,00 

5,00 

0,00 

MF MRp MB 

Fv@34Nm F_Rp FB 

xq 

Max 

Min 

xq 

Max 

Min

Drehmoment [Nm] 


50 

40 

30 

20 

10 

0 

0 1000 2000 3000 4000 5000 

50 

40 

30 

20 

10 




0 

3500 3600 3700 3800 3900 4000 4100 4200 


Anziehvorgang L2: MA = 30 Nm + 120°vor 

Langzeit - Fv -Messung 

0 

0 50 100 150 200 250 300 350 400 


TT2kM8x55-10.9-TO-Flachkopf,DeltaProtekt KL100+ Klemmdicke 9,8mm, Langzeitmessung 100h, MA = 30Nm+120° 

L.Nr.: Lochtiefe Do t=3mm Du t=16mm MF MA W 30Nm-MA FvStart(RT) MLB n. 100h 

L2 >21mm 7,58 7,32 24,23 48,047 87 25,2 40,547 


50 

40 

30 

20 

10 

L2: Lösen nach 100h Temperaturwechseltest 

Anziehvorgang L2: MA = 30 Nm + 120° 

Winkeldarstellung: 3600 – 4200°



→ Fv_Start = 25,2KN 

→ FV min = 19,59 KN 

~ - 22% 

→ FV min_RT = 20,3 KN 

~ - 19% 

Vorspannkraft 

26000 N 

25000 N 

24000 N 

23000 N 

22000 N 

21000 N 

20000 N 

19000 N 

Vorspannkraft - Temperatur - Verlauf 

18000 N 

-50°C 

-5h 0h 5h 10h 15h 20h 25h 30h 35h 40h 45h 50h 55h 60h 65h 70h 75h 80h 85h 90h 95h 100h 

Zeit 

150°C 

140°C 

130°C 

120°C 

110°C 

100°C 

90°C 

80°C 

70°C 

60°C 

50°C 

40°C 

30°C 

20°C 

10°C 

0°C 

-10°C 

-20°C 

-30°C 

-40°C 

Temperatur


Zusammenfassung 

• TO-Type erhöht 

bei W-Anzug 

Fvmin um ~60% 

ggü. TT2k-Stand 

bei Md – Anzug 

• ETeff 2 x d im 

Gussloch für TT2k 

zu gering für W- 

Anzug, ist jedoch 

für TO-Type 

ausreichend 

Fv [KN] 

40,00 

35,00 

30,00 

25,00 

20,00 

15,00 

10,00 

5,00 

0,00 

Monatgevorspannkraft: M8-10.9 Metrisch vs. TT2k vs.TO-Schraube 

M8-Metr - MA30Nm(1) M8-Metr - MAüberelast 

(2) 

Fv-Erhöhung 60% 

TT2k-MA34Nm (3) TT2k-TO-MAüberelast 

• Taptite 2000 ® generiert niedrigste Furchmomente und erreicht hohe Montagesicherheit bei 

geringer Montagevorspannkraftstreuung: Im Gussloch nur Eignung für Md-Anzug 

• Service-Fall: Einsatz Metr. Schraube in gefurchtes Taptite 2000 ® -Muttergewinde ist möglich 

• Md-gesteuerten MA: Taptite ® 2000 generiert höhere Fv als ARNOLD-TO-Schraube 

• Bei überelastischen Anziehverfahren: Konstruktionsprinzip Schraubenbruch bei MÜ-Test erf. / 

ausreichende Dehnlänge beachten / AUT-TO-Schraube im Gussloch + Bohrloch bei ETeff >=2xd 

Fmin 

Fmax

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 

ARNOLD UMFORMTECHNIK 

GmbH & Co. KG 

Carl-Arnold-Straße 25 

D-74670 Forchtenberg-Ernsbach 

web: www.arnold-umformtechnik.de 

Ihr Ansprechpartner: 

Thomas Jakob 

Ltr. Anwendungstechnik 

Dipl. Ing. 

Tel.: ++49 (0)5609/7538 

Fax: ++49 (0)5609/7562 

Mobil: ++49(0)1709261682 

mail: thomas.jakob@arnold-umformtechnik.de

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