Sicherstellen der Integrität von Schraubenverbindungen in einer Kunststoffbaugruppe mithilfe eines Compression Limiter

Um die groben Unterschiede hinsichtlich der Effizienz zu bestimmen, wurden verschiedene Kombinationen von Verbindungselemente manuell montiert. Die Ergebnisse waren wie folgt:

Die Montage mit einer Flanschschraube war am schnellsten, gefolgt von der Montage mit einem Compression Limiter mit Kopf, der ausgerichtet werden muss. Erwartungsgemäß wurde der Montageprozess durch das Hinzufügen einer dritten Komponente (Unterlegscheibe) deutlich verlangsamt und erforderte eine doppelt so lange Montagezeit. 

Bei einer automatisierten Montage muss zwingend sichergestellt werden, dass das Design so effizient wie möglich ist. Aufgrund der Herausforderungen hinsichtlich der Zuführung und Ausrichtung ist das Hinzufügen einer dritten Komponente, wie etwa einer Unterlegscheibe, bei einer Automatisierung ggf. nicht wünschenswert. Zu den anderen Einflussfaktoren auf die Effizienz gehören die Anzahl und das problemlose Ausrichten der Komponenten. Alle Schrauben, Compression Limiter mit Kopf und einige Unterlegscheiben müssen ausgerichtet werden. Aufgrund ihres relativ kleinen Kopf-Außendurchmesser-Verhältnisses und ihrer geringen Länge sind Compression Limiter mit Kopf und Unterlegscheiben mechanisch schwieriger auszurichten als Schrauben. Umgekehrt müssen symmetrische Compression Limiter nicht ausgerichtet werden. Bei einer Baugruppe mit einer Flanschschraube muss nur eine Komponente ausgerichtet werden, während bei einer Baugruppe mit einem Compression Limiter mit Kopf oder einer Unterlegscheibe zwei Komponenten ausgerichtet werden müssen.

Bei zu wartenden Baugruppen ist u. U. ein Compression Limiter mit Kopf oder eine Flanschschraube die beste Wahl, da keine Unterlegscheibe vorhanden ist, die beim Zusammenbau versehentlich vergessen werden kann. Diese sind auch vorzuziehen bei Anwendungen mit mehreren Montagepositionen und/oder schlechter Qualitätskontrolle. 

Im Allgemeinen sind die Verbindungselemente die kostengünstigsten Komponenten in einer Baugruppe.  Die nachfolgende Tabelle zeigt die repräsentative Preisgestaltung für jede der zuvor besprochenen Komponentenkombinationen bei einem jährlichen Verbrauch von 1 Mio. Baugruppen mit einer M6-Schraubverbindung.

Die relativen Kostenunterschiede zwischen Schrauben und Compression Limiter variieren je nach Zulieferer und Schraubenmerkmalen. Von diesen drei möglichen Kombinationen wies die Methode mit einer Unterlegscheibe, einer Schraube und einem Compression Limiter ohne Kopf die niedrigsten Komponentenkosten bei der Sicherstellung einer entsprechenden Auflagefläche auf. Jedoch sind, wie zuvor erwähnt, die Kosten der Verbindungselemente oftmals nur geringfügig im Vergleich zu den Gesamtkosten der Baugruppe.

Die folgende Analyse der geschätzten Gesamtkosten für jede Konfiguration geht von Arbeitskosten in Höhe von €45 Euro/ Stunde für die Montage von 1 Mio. Komponenten aus:

In dieser Analyse nicht erfasst sind die administrativen Kosten in Zusammenhang mit der Bestellung, Bearbeitung und Bestandsverwaltung von Komponenten sowie deren Zulieferer. Das Hinzufügen einer dritten Komponente kann diese Kosten erhöhen. Ist außerdem der Montageprozess automatisiert, erhöhen sich die Gesamtkosten aufgrund der für die Zuführung und Ausrichtung der Unterlegscheibe erforderlichen Technologie. Ungeachtet dessen kann bei den meisten Anwendungen ein Compression Limiter mit Kopf durch eine Flanschschraube oder Unterlegscheibe ersetzt werden, um die Montageeffizienz zu erhöhen und die Gesamtkosten der Baugruppe zu senken.

Die beste Methode zur Sicherstellung einer adäquaten Auflagefläche auf dem Kunststoff bei einer verschraubten Baugruppe hängt von den Anforderungen und Einschränkungen der Anwendung ab. Bei Anwendungen in geringen Stückzahlen und/oder nicht zu wartenden Anwendungen wird u. U. eine Unterlegscheibe bevorzugt. Bei Anwendungen in höheren Stückzahlen, automatisierten und/oder zu wartenden Anwendungen ist ein Compression Limiter ohne Kopf mit einer Flanschschraube am leichtesten zu montieren und bietet die geringsten Gesamtkosten. Die beiden Konfigurationen mit einer Unterlegscheibe oder einer Flanschschraube bieten eine kostengünstigere Lösung als die Konfiguration mit einem Compression Limiter mit Kopf. 

Obwohl dieser Artikel allgemeine Konstruktionsrichtlinien enthält, empfiehlt sich die Beratung durch Anwendungsingenieure auf dem Gebiet der Befestigungs- und Verbindungstechnik, um sicherzustellen, dass für jeden Anwendungsbereich eine ordnungsgemäß konfigurierte Verbindung verwendet wird.