Arten von Verbindungselementen in der Fertigung und wie man das richtige auswählt?

Arten von Befestigungselementen 

Wissen Sie, wie komplexe mechanische Strukturen und Baugruppen mit stabilen Verbindungen und hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden? Verbindungselemente spielen dabei eine entscheidende Rolle, um mehrere mechanische Teile zu einem System oder Produkt zu verbinden. Es handelt sich dabei um winzige Hardwarekomponenten, die in verschiedenen Ausführungen wie Muttern, Schrauben, Bolzen, Stiften usw. erhältlich sind.

Die Verwendung von Befestigungselementen reicht von einfachen Haushaltsgegenständen bis hin zu komplexen technischen Systemen wie Flugzeugen, Elektronik, Architekturelementen und Automobilmotoren. Kenntnisse über Form, Montage, Funktionen und bevorzugte Anwendungsbereiche verschiedener Befestigungselemente helfen Ihnen, das passende Befestigungselement für Ihre Anforderungen auszuwählen. Im Folgenden werden die verschiedenen Arten von Befestigungselementen und die Auswahlkriterien erläutert. 

Fangen wir an. 

Was ist ein Befestigungselement?

Befestigungsbeispiel

A Verschluss Sie sind eine wichtige Hardwarekomponente, die in großen Baugruppen eingesetzt wird und zwei oder mehr Einzelteile miteinander verbindet, insbesondere bei Blechteilen in verschiedenen Branchen. Sie gewährleisten nicht nur sichere Verbindungen, sondern tragen auch zur Lastverteilung, Teilepositionierung, strukturellen Stabilität, Druckaufnahme und Vibrationsdämpfung bei.

Die Größe von Verbindungselementen kann von einem Millimeter bis zu einigen Zentimetern variieren. Im Grunde handelt es sich dabei um kleine mechanische Bauteile, die größere Teile sicher miteinander verbinden. Verbindungselemente wie Muttern und Schrauben ermöglichen lösbare Verbindungen, während andere dauerhafte Verbindungen herstellen und die Teile nach der Montage nicht mehr demontieren können.  

Es gibt verschiedene Arten von Verbindungselementen, darunter Gewindeverbindungen, Nieten, Stifte und Unterlegscheiben. In den folgenden Abschnitten werden diese Verbindungselemente kurz erläutert.

Befestigungselemente mit Gewinde

Befestigungselemente mit Gewinde Sie verfügen entweder über Innen-, Außen- oder beide Gewindearten. Sie bilden eine feste Verbindung mit dem jeweils zugehörigen Befestigungselement.  Schrauben, Muttern, Bolzen und Gewindebolzen sind die gebräuchlichsten Gewindeverbindungselemente in der Fertigung. Im Folgenden werden diese kurz erläutert.

Schraubverschlüsse 

Schraubverschlüsse

Dies sind die gängigsten Gewindearten mit spiralförmigen (oder anderen) Rillen auf ihrer Oberfläche, ähnlich einem Nagel. Sie ermöglichen die sichere Verbindung zweier Metallteile durch Eindrehen in ein Gewindeloch mithilfe eines Akkuschraubers. 

Schraubenverbindungen verfügen über die Fähigkeit zum Selbstschneiden und Gewindeschneiden. Beim Einsetzen und Drehen der Schraube in das Gegenloch passt sie perfekt und verbindet das Bauteil durch die Bildung eines Innengewindes. 

• Blechschrauben: Scharfe und spitze Schrauben zur Befestigung dünner Metallbleche oder Kunststoffe. 
• Holzschrauben: Dies sind schwere, grobgewindete Schrauben mit Sechskantkopf. Holzschrauben eignen sich für schwere Holzarbeiten und strukturelle Befestigungen.
• Kopfschrauben: Diese Schrauben verfügen über übergroße Köpfe für eine starke Klemmung in schweren Maschinenmontagen. 

Mutternbefestigungen 

Mutternbefestigungen 

Mutternverbindungen ermöglichen das Verbinden von mechanischen Bauteilen ohne eigenes Innengewinde. Sie sind kleine Befestigungselemente mit Innengewinde und funktionieren wie zwei Schrauben. Sie besitzen die gleiche Gewindegröße und das gleiche Gewindemuster wie die zugehörige Schraube. 

Sie müssen lediglich ein Loch in der passenden Größe für die Muttern in das Werkstück einbringen, dann den Bolzen einsetzen und die Komponenten durch Aufstecken der Mutter für eine starke und flexible Verbindung sichern.

Einige typische Nussvariationen sind folgende:

• Sechskantmuttern: Diese zeichnen sich durch ihre sechseckige Form aus und passen zu dem Bolzen, der eine ähnliche Geometrie aufweist. 
• Kappen-/Eckmuttern: Wie der Name schon sagt, dienen Hutmuttern dazu, das Schraubenende abzudecken. 
• Schweißmuttern: Diese werden an einer Seite der Verbindung verschweißt, um eine dauerhafte Verbindung herzustellen. Sie werden typischerweise bei langen Bolzen und schwer zugänglichen Bereichen eingesetzt. 

Bolzenbefestigungen 

Bolzenbefestigungen 

Schrauben unterscheiden Bolzen von Schrauben dadurch, dass sie Gegenmuttern benötigen, um die Bauteile zu verbinden. Diese Muttern haben ein Außengewinde mit einem abgerundeten oder flachen Kopf und können ohne Akkuschrauber angezogen werden. Schraubenverbindungen eignen sich für einfache bis hin zu hochbelastbaren Konstruktionen. Sie halten hohen Belastungen stand und bieten eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit. Muttern und Schrauben sind in verschiedenen metrischen Standardgrößen wie M6, M8, M10 usw. erhältlich, typischerweise im Bereich von M1.8 bis M25. Sie können jedoch auch individuelle Verbindungen herstellen. benutzerdefinierte Schrauben mit der Größe, die Sie für bestimmte Aufgaben benötigen. 

Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten von Schrauben Im Handel erhältlich sind unter anderem Sechskantschrauben, Schlosskopfschrauben, Doppelkopfschrauben, U-Bolzen und Augenschrauben. 

Bolzenverschlüsse

Bolzenbefestigungen

Ein Bolzen ist ein kopfloses Gewindebefestigungselement mit einem oder zwei Gewindeseiten. Anstelle eines Kopfes werden Bolzen durch ein beidseitiges Gewinde in Bauteile eingesetzt und befestigt. Besitzt der Bolzen nur auf einer Seite ein Gewinde, ist für eine sichere Verbindung eine Schraube auf der anderen Seite erforderlich.

Sie eignen sich für eine gleichmäßige Lastverteilung und präzise Ausrichtung der verbundenen Bauteile. Bolzen sind auch unter starker Vibration und mechanischer Belastung beständig. Die gängige Verwendung von Stehbolzen ist bei Motorblockbaugruppen, Rohrleitungssystemen und schweren Maschinen deutlich erkennbar.

• Doppelendbolzen: Solche mit Gewindeabschnitten an beiden Enden.
• Stehbolzen mit Vollgewinde: Bolzen mit Gewinden über die gesamte Länge der Stange.
• Flanschbolzen: Solche mit abgeschrägten Kanten und einem durchgehenden Gewinde am Körper. 
• Sechskantbolzen:  Gewindebolzen an beiden Enden mit Sechskant in der Mitte. 

Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von Gewindebefestigungen zusammen:

Nieten oder gewindelose Befestigungselemente 

Arten von Nieten

Nieten sind ein Verbindungselement, das ohne Innen- oder Außengewinde starke und zuverlässige Verbindungen herstellt. Es handelt sich dabei um massive, glatte Stäbe mit einem Kopf und einem Ende an beiden Enden. Nieten bilden dauerhafte Verbindungen. Dies geschieht, indem die Niete in ein Loch eingeführt und ihr Ende verformt wird, typischerweise auf etwa das 1.5-fache des Nietendurchmessers. 

Es gibt verschiedene Arten von Nieten, darunter Vollnieten, Blindnieten, Rohrnieten und Spezial-/Sondernieten. 

Massive Nieten

Die gebräuchlichsten Nieten haben eine einfache Konstruktion. Ein massiver Schaft mit einem erhitzten Ende wird in ein Loch eingeführt, und das andere Ende wird verformt, um zwei Bauteile zu verbinden. Sie werden im Maschinenbau, im Bauwesen, in der Automobilindustrie und als zuverlässige Verbindungselemente eingesetzt. Befestigungselemente für die Luft- und Raumfahrt. 

Blindniete 

Blindnieten, auch Popnieten genannt, verbinden zwei oder mehr Teile, wenn der Zugang nur von einer Seite möglich ist. Sie bestehen aus einem Nietkörper und einem Nietdorn, der durch den Nietkörper gezogen wird, um die Niete aufzuweiten und eine feste Verbindung herzustellen. Blindnieten sind leicht und werden häufig im Bauwesen, in der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und anderen industriellen Montagebereichen eingesetzt. 

Rohrnieten 

Die Hohlrohrstruktur dieser Nieten ermöglicht eine einfache Montage mit geringerem Kraftaufwand. Typischerweise ist das hintere Ende für eine sichere Verbindung nach außen aufgeweitet. Rohrnieten werden in HLK-Kanälen, Elektronik, Beleuchtungskörpern und anderen Leichtbauanwendungen eingesetzt.

Spezialnieten/Sonderanfertigungen

Diese Nieten werden in einer speziellen Form gefertigt, um dem jeweiligen Vernietungszweck gerecht zu werden. Spezialnieten können R-Ring-, Fächer- oder jede andere kundenspezifische Geometrie aufweisen, je nach Anforderung. 

Multi-Grip-Nieten

Hierbei handelt es sich um eine Variante der Blindniete mit erweitertem Klemmbereich; sie können sich beim Einbau mehrfach ausdehnen. Daher eignen sich Mehrfachklemmnieten ideal zum Verbinden von Teilen unterschiedlicher Dicke. Beim Herausziehen des Nietdorns dehnt sich der Nietkörper aus und staucht sich wieder, um die Dickenabweichung auszugleichen. 

Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von gewindelosen Verbindungselementen zusammen:

Mechanische Stiftverbinder 

Mechanische Stifte

Hierbei handelt es sich um eine weitere Art von gewindelosen Verbindungselementen mit zylindrischer Form. Mechanische Stifte eignen sich zum Ausrichten, Positionieren, Halten und Sichern mehrerer Bauteile. Sie können Scherkräfte innerhalb der Baugruppe effizient übertragen.

Diese Verbindungselemente eignen sich für temporäre Verbindungen und lassen sich bei Bedarf jederzeit wieder demontieren. Im Gegensatz zu Nieten oder Schrauben nutzen sie für die Montage die Presspassung im Bohrloch, Sicherungsclips, Reibung, Federwirkung und einen spreizbaren Verformungsmechanismus. 

Betrachten wir nun die gängigen Arten von mechanischen Stiften, die in mechanischen Baugruppen verwendet werden:

• Dübel oder zylindrische Stifte: Es handelt sich hierbei um einfache zylindrische Stifte, die Bauteile durch Einsetzen in entsprechende Gegenbohrungen positionieren. Passstifte werden im Maschinenbau, im Werkzeugbau und bei der Montage verschiedener Industrieprodukte eingesetzt. 
• Federstifte: Diese auch als elastische Stecknadeln bezeichneten Stifte besitzen an einem Ende eine spiralförmige Öffnung mit einem kleineren Durchmesser als der Stiftkörper. Nach dem Einsetzen an die gewünschte Stelle sorgen sie durch Ausdehnung für einen festen Sitz. 
• Splintstifte: Diese auch als geteilte, U-förmige oder Haarnadeln bekannten Schrauben bestehen aus einer Schlaufe am unteren Ende und auslaufenden Schenkeln. Nach dem Einführen in ein Loch wird zusätzlich ein Befestigungselement oder ein Stift benötigt, um die Verbindung zu sichern. 
• Rollnadeln: Hierbei handelt es sich um eine spezielle Art von Federstiften, die aus einem gewickelten Band bestehen und für einen festen Sitz in einer Bohrung zusammengepresst werden. Federstifte sind flexibel und bieten eine gute Stoßdämpfung. 

Mechanische Unterlegscheiben 

Mechanische Unterlegscheiben 

Unterlegscheiben sind zwar keine eigentlichen Befestigungselemente, werden aber zusammen mit Schrauben und Muttern verwendet. Diese dünnen, scheibenförmigen Bauteile werden unter der Mutter oder Schraube und der Verbindungsfläche positioniert. 

Unterlegscheiben sind vorteilhaft für die Lastverteilung und verhindern Verschleiß an der Verbindungsfläche. Sie vermeiden außerdem mögliche Beschädigungen beim Verschrauben und verhindern ein Lösen nach der Montage.

Die folgende Liste beschreibt die gängigen Arten von mechanischen Unterlegscheiben:

• Flache oder einfache Unterlegscheiben: Eine einfache und gebräuchliche Unterlegscheibe mit dünner, flacher Form und einem Loch in der Mitte. Sie dient auch als Abstandshalter zwischen der Verbindungsfläche und dem Befestigungselement. 
• Federscheiben: Diese Unterlegscheiben sind typischerweise spiral- oder kegelförmig und weisen eine gute axiale Flexibilität auf. Federscheiben können verwendet werden, um ein Lösen zu verhindern und dynamische Belastungen sowie Vibrationen aufzunehmen.
• Sicherungsscheiben: Wie der Name schon sagt, halten Sicherungsscheiben die Befestigungselemente auch unter hoher Belastung und Vibration in Position. Sie eignen sich für Schrauben-, Zahn- und Keilverbindungen.

Nagelbefestigungen 

Nagelbefestigungen

Oft werden Nägel mit Schrauben verwechselt. Der Unterschied besteht darin, dass Nägel kein Gewinde haben; ihre Befestigung beruht ausschließlich auf Kompression und Reibung. Die Köpfe sind rund oder flach, um diese Kompression zu erzeugen. 

Nägel werden üblicherweise für Weichmetallteile, hauptsächlich Holz und dünne Bleche, verwendet. Mit einem Nagler lassen sich mehrere Nägel gleichzeitig einschlagen. Dadurch verkürzt sich die Montagezeit erheblich. 

• Hochleistungsnägel: Diese werden im Bauwesen und im Schwermaschinenbau eingesetzt. Der dicke Schaft sorgt für die nötige Stabilität.  
• Brad Nails: Dies sind sehr dünne Nägel, die speziell für Zierleisten- und Paneelarbeiten entwickelt wurden. 
• Dachnagel: Kürzere Ausführung mit flachem Kopf (oder Ring) zur Verwendung bei Dacharbeiten. 

Welche Materialien werden für Befestigungselemente verwendet? 

Das erste Kriterium für die Wahl des Materials für Verbindungselemente ist die Materialart der Teile, an denen die Verbindungselemente verwendet werden sollen, gefolgt von den Anwendungsanforderungen.  Stahl, Edelstahl und Aluminium sind die gängigen Materialoptionen hierfür.

Darüber hinaus werden die Befestigungselemente mit einem zusätzlichen Material beschichtet, um die Korrosionsbeständigkeit, die Oberflächenbeschaffenheit und das Aussehen zu verbessern. Einige Beschichtungen verbessern zudem die physikalischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Gängige Beschichtungen für Befestigungselemente sind gelbe Verzinkung, Verchromung, Vernickelung, Galvanisierung und graue Phosphatierung.

Überlegungen zur Auswahl der richtigen Befestigungselemente 

Da es verschiedene Arten von mechanischen Verbindungselementen gibt, kann die Auswahl des richtigen Verbindungselements für Ihre Anwendung und optimale Festigkeit und Zuverlässigkeit schwierig sein. Ein einzelnes Verbindungselement ist nicht für alle Situationen die beste Lösung; die Wahl hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Um den optimalen Befestigungstyp für Ihren Anwendungszweck auszuwählen, müssen Sie folgende Faktoren berücksichtigen. Lassen Sie uns die wichtigsten Kriterien kurz erläutern.

Endverwendung oder vorgesehene Anwendung

Definieren Sie zunächst die Anforderungen Ihrer Anwendung. Dazu gehören beispielsweise die gewünschte Verbindungsfestigkeit, die Notwendigkeit lösbarer Verbindungen, die Tragfähigkeit, die erforderliche Passgenauigkeit und die Betriebsbedingungen. Der gewählte Verbindungstyp muss all diese Anforderungen erfüllen. 

Medientyp 

Als Nächstes sollten Sie die Materialart der zu verbindenden Teile berücksichtigen. Die Befestigungselemente müssen mit dem Material der Verbindungselemente kompatibel sein. Verwenden Sie beispielsweise Metallbefestigungen, um einzelne Metallteile zu verbinden. Oft empfiehlt es sich, das gleiche oder ein etwas stärkeres Material für die Verbindungselemente zu verwenden.

Betriebsumgebung 

Berücksichtigen Sie die Einsatzumgebung der verbundenen Bauteile oder der montierten Systeme. Edelstahlbefestigungselemente mit Zinkbeschichtung eignen sich ideal für korrosive Umgebungen. Aluminium kann eine gute Option für leichte, hitzeempfindliche Bauteile sein usw.

Gewünschte Ästhetik

Neben Funktionalität und Leistung sollten Sie auch das gewünschte Erscheinungsbild berücksichtigen. Dies ist insbesondere bei Dekorations-, Architektur- und Möbelelementen von großer Bedeutung. Wählen Sie daher die Befestigungselemente sorgfältig aus, sodass sie eine gute Funktion bieten, ohne die Ästhetik zu beeinträchtigen. 

Installationsmethode 

Berücksichtigen Sie bei der Auswahl des richtigen Befestigungsmittels die verfügbaren Montagemethoden und -geräte. Beispielsweise benötigen Sie Akkuschrauber zum Einschrauben der Schrauben, eine Nietpistole zum Vernieten usw.

Herstellungsprozess für Verbindungselemente

Wenn Sie individuelle Befestigungselemente herstellen, sollten Sie auch die verfügbaren Fertigungsmethoden in Betracht ziehen, wie zum Beispiel CNC DienstleisterDrehen und Schweizer Gewindeschneiden. Dadurch können Sie Verbindungselemente mit den erforderlichen Spezifikationen herstellen.

Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung für die Herstellung von Verbindungselementen

Obwohl die CNC-Bearbeitung die Art und Weise, wie Verbindungselemente hergestellt werden, revolutioniert hat, ist sie nicht ohne Herausforderungen. Hier ist ein Blick auf einige der Hindernisse, mit denen Hersteller konfrontiert sein könnten:

• Materialauswahl Die Wahl des richtigen Werkstoffs für das Verbindungselement ist entscheidend, da dessen Eigenschaften die Leistungsfähigkeit des Verbindungselements direkt beeinflussen. Nicht alle Werkstoffe sind leicht zu bearbeiten, und Hersteller müssen bei der Werkstoffauswahl Bearbeitbarkeit, Kosten und den vorgesehenen Anwendungsbereich des Verbindungselements gegeneinander abwägen.
• Bearbeitung komplexer VerbindungselementeBefestigungselemente können in einer Vielzahl komplexer Formen und Größen auftreten. Die Bearbeitung solch filigraner Teile erfordert moderne CNC-Maschinen, die mehrachsige Bewegungen ermöglichen, sowie einen erfahrenen Bediener, der die Maschine korrekt konfigurieren kann.
• QualitätskontrolleDie Sicherstellung, dass jedes Befestigungselement die erforderlichen Spezifikationen erfüllt, ist entscheidend für die Produktintegrität. Bei der Serienfertigung kann dies eine größere Herausforderung darstellen und erfordert fortschrittliche Prüfverfahren und Automatisierung.

Tabelle 4: Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung für die Herstellung von Verbindungselementen

Gewindedesign für Verbindungselemente & Normung

Beispiel für ein Gewindedesign

Für die Gewindekonstruktion werden verschiedene Normen verwendet, um weltweit eine einheitliche Fertigung zu gewährleisten. Normen und Größen ermöglichen es Herstellern und Käufern, den passenden Verbindungselementtyp auszuwählen. Gängige Normen sind das metrische System, ISO, UNC und UNF. 

Betrachten wir nun die Rolle der Gewindegeometrie und der Tolerierung bei der Gewindekonstruktion.

Gewindegeometrie

Zunächst wird die Gewindegeometrie definiert, z. B. Gewindelänge, Steigung, Tiefe, Gewindewinkel (V-Winkel) und die gewünschten Toleranzen. Ein Feingewinde kann höheren Zugbelastungen standhalten und minimiert das Risiko des Lösens. Die Auslegungsparameter variieren mit dem Schaftdurchmesser. 

Hier ist ein Beispiel dafür, wie Sie beim Entwerfen der Gewinde verschiedene Designvariablen auswählen können. 

Gewindetoleranz 

Beachten Sie die Kombination aus Güteklasse und Position, wenn Sie das metrische System verwenden. Sie können Toleranzklassen wie 6g/6H verwenden. Im uneinheitlichen System hingegen verwenden Sie Klassen wie 2A/2B. Die Einhaltung von Toleranzen ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Passgenauigkeit und die strukturelle Integrität von mechanischen Verbindungen direkt beeinflusst.

Summieren

Mechanische Verbindungselemente sind entscheidende Komponenten für Baugruppen. Sie verbinden Bleche, Gussteile und bearbeitete Bauteile sicher. Je nach Anwendungsanforderungen stehen verschiedene Verbindungselementtypen zur Auswahl. Die Herstellung kompatibler und zuverlässiger Verbindungselemente für jede Anwendung erfordert jedoch moderne Ausrüstung und fachliche Expertise. 

Wenn Sie die Befestigungselemente für Ihr Projekt bestellen möchten, wählen Sie erfahrene Hersteller wie Boda. Wir bieten CNC-BearbeitungGießereien und andere Fertigungsanlagen zur Herstellung von Standard- oder kundenspezifischen Verbindungselementen mit Präzision. 

Unsere erfahrenen Ingenieure betreuen Ihr Projekt unter strenger Aufsicht und Qualitätskontrolle im Werk. Zudem bieten wir wettbewerbsfähige Preise ohne Abstriche bei Qualität und Präzision. Benötigen Sie eine genaue Kostenschätzung? Kontakt aufnehmen oder laden Sie Ihr Design hoch und Anfrage gerade jetzt.

Häufig gestellte Fragen

Welche fünf grundlegenden Arten von Befestigungselementen gibt es?

Die grundlegenden Verbindungselemente sind Schrauben, Bolzen, Muttern, Unterlegscheiben und Nieten. Muttern und Bolzen sind Gewindeverbindungen, Nieten hingegen nicht. Unterlegscheiben verteilen die Last und verringern das Risiko des Lösens.

Wozu genau benötigen Sie ein Befestigungselement?

Die eigentliche Aufgabe von Verbindungselementen besteht darin, Bauteile mechanisch zu verbinden und zu positionieren, Lasten zu übertragen und die Ausrichtung zu gewährleisten. Einige Verbindungselemente ermöglichen bei Bedarf auch die Demontage.

Welche Art von Verbindung kann ein Gewindebefestigungselement herstellen?

Verbindungselemente können sowohl dauerhafte als auch temporäre Verbindungen herstellen. Schrauben und Bolzen mit Muttern ermöglichen lösbare Verbindungen, während Nieten dauerhafte Verbindungen bilden.