Fügeelemente Geteilte Schraubenmutter spart Kosten durch leichtere Montage

Die Eigenschaften einer herkömmlichen Schraubenmutter mit den Vorteilen eines geteilten Werkstücks kombiniert die geteilte Schraubenmutter Twin-Nut. Sie bietet eine hohe Festigkeit, ist einfach herzustellen und zu handhaben. Durch die Kombination dieser Eigenschaften ergeben sich deutliche Zeitvorteile bei der Montage und Demontage.

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Die Idee der geteilten Schraubenmutter Twin-Nut ist so einfach wie genial: Um die Genauigkeit und Sicherheit von Verschraubungen mit einfacher Handhabung zu kombinieren, wurde eine herkömmliche Schraubenmutter in zwei Teile zerlegt. Eine Idee, die einfach erscheint, bisher aber nie konsequent zu Ende gedacht und auf breite Anwendungsbedürfnisse hin entwickelt wurde.

Hohe Festigkeit und einfache Herstellung der Mutter

Bei Twin-Nut werden die bekannten Eigenschaften einer herkömmlichen Schraubenmutter mit den Vorteilen eines geteilten Werkstücks kombiniert. Hohe Festigkeit und einfache Herstellung der Schraubenmuttern verbinden sich mit günstigen Montageeigenschaften.

Durch die Kombination dieser Eigenschaften ergeben sich schon bei der traditionellen Montage und Demontage deutliche Zeitvorteile. Darüber hinaus erhöhen sich die prinzipiellen Möglichkeiten: Bisher nicht realisierbare, neue Designmöglichkeiten können nun umgesetzt werden.

Das Funktionsprinzip der geteilten Schraubenmutter ist simpel: Zwei Teile, die in ihrer äußeren Form identisch sind, fügen sich mit einer Schwenkbewegung entlang gebogenen, einseitigen Führungsflächen zusammen (Bild 1). Jedes Einzelteil verfügt über ein halbes Innengewinde. In der Standardausführung unterscheiden sich die Teile um einen halben Gewindegang.

Optimale Festigkeit

Sind die beiden Teile zusammengefügt, wird das gesamte Schraubengewinde genutzt und eine optimale Festigkeit erreicht. Mit dem Anziehen der Schraubenmutter ist das Verschwenken der beiden Halbteile gegeneinander gesperrt. Die Teile halten sich gegenseitig fest.

Dieses Konstruktionsprinzip unterscheidet sich deutlich von bisher bekannten Varianten geteilter Schraubenmuttern. Umständliche Handhabung und im Vergleich zu einteiligen Schraubenmuttern geringere Stabilität machten diese Typen zu reinen Nischenprodukten. Mit der Entwicklung von Twin-Nut steht dieses Schraubensegment vor dem Eintritt auf den Massenmarkt.

Twin-Nut erreicht Festigkeitsklasse 7

Drei Faktoren sprechen für die Neuentwicklung: einfache Handhabung, günstige Fertigung und hohe Festigkeit. So wird die Festigkeit herkömmlicher, einteiliger Schraubenmuttern ohne Probleme erreicht. Erste Prototypen wurden per CNC aus Stahl und Edelstahl gefertigt und in einem Qualitätssicherungslabor getestet. In Standard-Prüfverfahren, mit denen Schraubenmuttern auf Zugbelastbarkeit getestet werden, erreichte die Twin-Nut (Größe M6) in dieser Ausführung sowohl in Stahl als auch in Edelstahl mit geschnittenem Gewinde auf Anhieb die Festigkeitsklasse 7.

Dies entspricht einer Zugbelastung von 14 t. Ein Wert, der bei einteiligen Schraubenmuttern, die auf gleiche Weise gefertigt werden, nur knapp erreicht wird. Ausführungen mit gerolltem Gewinde oder eine umformtechnische Herstellung versprechen höhere Festigkeitsklassen, weil der Werkstoff beim Umformen verdichtet und so belastbarer wird.

Dass die Twin-Nut – ebenso wie einteilige Muttern – durch Umformtechnik aus Stahl in Serie gefertigt werden kann, haben erste Machbarkeitsstudien des Produktionstechnischen Zentrums und des Instituts für Umformtechnik der Universität Hannover gezeigt. Nach ersten Erkenntnissen lassen sich dabei voraussichtlich sogar die Gewindegänge umformtechnisch einbringen, was eine besonders günstige Produktion erlauben würde.

Numerische Optimierung der Muttern

Endgültige Tests zur Festigkeit werden mit der Nullserie aus Stahl erfolgen. Zurzeit wird an der numerischen Optimierung der Muttern für die Fertigung gearbeitet. Bei diesen Teilen erwartet man dann eine erreichbare Festigkeitsklasse 8,8 und höher, vergleichbar mit den Werten von hochwertigen Standardmuttern.

Eine Produktion in Kunststoff oder Metalldruckguss (beispielsweise aus Aluminium oder Zink) ist praktisch sofort möglich. Aufgrund der besonderen Gestalt der Twin-Nut-Teile kann die Fertigung in einem Schritt erfolgen. Anders als bei herkömmlichen Schraubenmuttern braucht das Gewinde nicht um eine Spindel herum gespritzt zu werden. Die Produktion lässt sich dadurch bis zu 20% günstiger bewerkstelligen.

Kostengünstige Produktion mit CNC-Maschinen

Ebenso wenig steht einer kostengünstigen automatischen Produktion mit CNC-Maschinen entgegen. Kleinserien und Sonderanfertigungen sind so einfach und schnell zu realisieren. Unabhängig vom Herstellungsverfahren sind grundsätzlich alle gängigen Außenformen herstellbar. Wie bei den konventionellen Schraubenmuttern sind Vierkant- und Sechskantformen und auch Rändelschrauben möglich.

Die ersten Überlegungen zu Twin-Nut galten zunächst den unterschiedlichsten Reparatursituationen. Schnell wurde jedoch klar, dass das Potenzial weitaus größer ist. Ohne Schweißen ist beispielsweise eine hochfeste Verbindung von sich kreuzenden Stangen realisierbar (Bild 2). Die Verbindung lässt sich justieren und jederzeit wieder lösen.

Besondere Ausführungsform beschleunigt Montage

Erheblich beschleunigen lässt sich die Montage an langen Stangen (Bild 3) mit einer besonderen Ausführungsform der Twin-Nut. Auf den Führungsflächen sind dabei Rastpunkte angebracht, welche die Halbteile ab Werk in einer halboffenen Montageposition fixieren. In dieser Stellung lässt sich die Mutter schnell über das Außengewinde bis zur Verwendungsposition führen. Nach dem vollständigen Zusammenschieben der Einzelteile wird die Mutter mit nur einer Umdrehung festgeschraubt.

Viel versprechend ist auch die Ausführung als Überwurfmutter (Bild 4). Durch die Teilung der Twin-Nut wird es möglich, Rohre mit Stutzen zu verschrauben. Die Halbteile werden dazu einfach von der Seite auf den Stutzen gesetzt und auf dem Außengewinde festgezogen. Auch die Wartung wird erheblich erleichtert.

Ein einfaches Lösen der Verschraubung ermöglicht beispielsweise den leichten Austausch eines integrierten Dichtungsringes. Die Schraubenmutter kann auch Element eines modularen Verbindungssystems sein, mit dem Rohr- und Schlauchverbindungen durch die geteilte Überwurfmutter deutlich einfacher zu realisieren sind. Die Erleichterung fängt bereits bei der reduzierten Lagerhaltung an und setzt sich in der Montage fort.

Einsatzmöglichkeiten bei Sanitärarmaturen

Obwohl die Markteinführung der Twin-Nut erst für die zweite Jahreshälfte geplant ist, sind die ersten Reaktionen am Markt bereits positiv. Die Firma Grohe bestätigte die viel versprechenden Einsatzmöglichkeiten bei der Montage von Sanitärarmaturen. Verschiedene Hersteller erhoffen sich Möglichkeiten zur Platzeinsparung im Motorenbau. Bei Festo sieht man das Potenzial auch bei der Montage von Komponenten an langen Stangen, deren Reihenfolge mit dem Einsatz von Twin-Nut prinzipiell frei wählbar wird. MM

Dr. Dietmar Schnier ist Gesellschafter der Twin-Nut GmbH in 30826 Garbsen; Jörg Zimmermann ist freier Journalist in 50668 Köln

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