Vom Draht zur Schraube

Schrauben zählen zu den grundlegendsten Bestandteilen in Maschinenbau und Konstruktion, aber ihre Herstellung ist heute ein komplexes Hightech-Verfahren mit mehreren Schritten. Erfahren Sie, wie aus Rohstahl hochspezifische und präzise Metallteile werden.

Schrauben können in einer Vielzahl von Größen und Formen zum Einsatz kommen, aber das Herstellungsverfahren bleibt im Kern das Gleiche. Es beginnt mit dem Kaltumformen von
Stahldraht in die richtige Form, gefolgt von einer Wärmebehandlung zur Optimierung der Festigkeit und einer Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Haltbarkeit sowie der anschließenden
Verpackung für den Transport. Für komplexere Ausführungen kann das Herstellungsverfahren allerdings um eine Reihe zusätzlicher Schritte erweitert werden.

Als einer der führenden Anbieter von Befestigungselementen für die Automobilindustrie verfügt der schwedische Hersteller Bulten über viel Know-how bei jedem Schritt und jedem Aspekt der Schraubenherstellung. „Wir produzieren keine Katalogteile – sondern ausschließlich individuell nach Kundenvorgabe“, sagt Henrik Oscarson, Technical Manager des Bulten Produktionsbetriebs in Hallstahammar, Schweden. „Je nachdem, wo das Befestigungselement zum Einsatz kommen soll, gibt es eine Reihe verschiedener Optionen für die Herstellung der richtigen Schraube.“

Die Stadiengänge

Kaltumformen

Das kaltumformen beginnt mit großen Stahlwalzdrähten, die abgerollt und auf Länge geschnitten werden. Die Stahlsorte ist in der gesamten Branche entsprechend den Anforderungen von ISO 898-1 genormt. Mithilfe von Spezialwerkzeug wird der Draht dann kalt in die richtige Form gewalzt. Hier wird der Stahl im Grunde bei Raumtemperatur und unter hohem Druck durch Pressformen gezogen. Das Werkzeug selbst kann sehr komplex sein und bis zu 200 verschiedene Teile mit Toleranzen im Hundertstel-Millimeter-Bereich beinhalten. Einmal perfektioniert, ermöglicht das Kaltumformen eine schnelle Herstellung der Schrauben in großen Mengen und mit hoher Homogenität.

Kompliziertere Ausführungen, die sich nicht allein durch Kaltumformen konturieren lassen, können weitere Dreh- oder Bohrschritte erfordern. Beim Drehen wird die Schraube mit hoher Geschwindigkeit rotiert, während gleichzeitig Stahl abgetragen wird, um die gewünschte Form zu erreichen. Bohren kann dazu dienen, die Schraube mit Löchern zu versehen. Falls erforderlich, können einige Schrauben an dieser Stelle des Verfahrens auch mit Keilsicherungsscheiben versehen werden.

Wärmebehandlung

Die wärmenehandlung ist ein Standardverfahren für alle Schrauben, in dem diese extremen Temperaturen ausgesetzt werden, um den Stahl zu härten. Ihr Gewinde erhält die Schraube in der Regel vor der Wärmebehandlung, entweder durch Rollen oder durch Schneiden, wenn der Stahl weicher ist. Das Rollen funktioniert ähnlich wie das Kaltumformen, wobei die Schraube durch eine Pressform geleitet wird, um aus dem Stahl ein Gewinde zu formen. Beim Schneiden wird das Gewinde durch Fräsen und Abtragen des Stahls gebildet.

Da bei der Wärmebehandlung die Eigenschaften des Stahls verändert werden, um ihn härter zu machen, ist es einfacher und kostengünstiger, das Gewinde vorher zu formen. Allerdings führt das Gewindeformen nach der Wärmebehandlung zu einer besseren Ermüdungsfestigkeit.

„Die Wärmebehandlung kann Wärmeabdrücke und kleinere Schäden an der Schraube hinterlassen“, erklärt Henrik Oscarson. „Aus diesem Grund verlangen einige Kunden das Gewindeschneiden nach der Wärmebehandlung, besonders für Anwendungen wie Motoren- und Zylinderkopfschrauben. Dieses Verfahren ist sehr teuer, da gehärteter Stahl geformt werden muss, aber dafür bleiben die Gewinde besser in Form.“

Bei Schrauben, deren Länge mehr als das Zehnfache des Schraubendurchmessers beträgt, kann die Wärmebehandlung dazu führen, dass der Stahl wieder die Rundungen des ursprünglichen
Stahldrahts annimmt. Daher ist häufig ein zusätzlicher Glättungsprozess erforderlich.

Oberflächenbehandlung

Die wahl der oberflächenbehandlung richtet sich nach der Anwendung der Schraube und den Anforderungen des Kunden. Das größte Problem bei den Befestigungselementen ist oftmals ihre Korrosionsbeständigkeit, weshalb eine verzinkte Beschichtung im Elektrolyseverfahren eine gängige Lösung darstellt. Hierbei wird die Schraube in eine Flüssigkeit mit Zink getaucht und es wird ein elektrischer Strom angewendet, sodass das Zink eine Schicht über der Schraube bildet. Die elektrolytische Behandlung birgt allerdings die erhöhte Gefahr einer Wasserstoffversprödung. Eine weitere Option sind Zinkflakes, die eine noch höhere Korrosionsbeständigkeit bieten, aber auch teurer sind.

Korrosionsbeständigkeit

Wenn die korrosionsbeständigkeit kein Problem ist, beispielsweise in einem Motor oder bei einer Anwendung, die regelmäßig Öl ausgesetzt ist, ist die Verwendung von Phosphat eine kostengünstigere Möglichkeit. Nach Abschluss der Oberflächenbehandlung können Standardschrauben in der Regel verpackt werden. Komplexere Ausführungen können aber noch zusätzliche Bauteile wie Klammern erfordern. Für andere Schrauben kann auch eine Form von Sicherung notwendig sein, entweder eine Gewindesicherung oder ein Sicherungslack. Eine Gewindesicherung besteht aus einer dicken Nylonschicht über dem Gewinde, wodurch die Griffigkeit verbessert wird. Ein Sicherungslack hilft, das gewindeformende Drehmoment zu verbessern.

Nachdem diese schritte

Nachdem diese schritte abgeschlossen sind, ist die Schraube fertig. Nun fehlt nur noch die Qualitätskontrolle, um Gleichmäßigkeit und Kohärenz sicherzustellen, bevor die Schrauben für den Transport verpackt werden können.

Die stadiengänge

1. Draht: Abgerollt, geglättet und auf Länge geschnitten.
2. Kaltumformen: Der Stahl wird bei Raumtemperatur in die richtige Form gebracht.
3. Schraubenkopf: Schrittweise geformt, indem der Stahl unter hohem Druck durch mehrere Pressformen gezogen wird.
4. Gewinde: Das Gewinde entsteht durch Rollen oder Schneiden.
5. Wärmebehandlung: Die Schraube wird extremer Hitze ausgesetzt, um den Stahl zu härten.
6. Oberflächenbehandlung: Abhängig von der Anwendung. Eine Zinkbeschichtung ist üblich, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen.
7. Verpackung/Lagerung: Nach der Qualitätskontrolle zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit und Kohärenz werden die Schrauben verpackt.