Vierkantschraube nach Zeichnung: Warum Warmumformung, Drehen und Gewinderollen kombiniert werden

Eine 560 mm lange Vierkantschraube nach Zeichnung lässt sich nicht einfach dadurch herstellen, dass eine Standardschraube verlängert wird. Wenn Geometrie, Abmessungen und mechanische Eigenschaften außerhalb der marktüblichen Ausführungen liegen, müssen unterschiedliche Fertigungsverfahren an einem einzigen Bauteil kombiniert werden.

Genau das war bei dieser Schraube M20×560 der Festigkeitsklasse 8.8 für eine Stahlbauanwendung erforderlich. Der Vierkantkopf wird durch Warmumformung hergestellt, anschließend wird die Schraube in vertikaler Position vergütet. Danach wird der lange Schaft unterhalb des Kopfes vollständig gedreht und erst im letzten Arbeitsschritt das Gewinde gerollt.

Vier Fertigungsschritte, die jeweils eine konkrete technische Anforderung erfüllen.

Warum der Vierkantkopf durch Warmumformung hergestellt wird

Die Schraube besitzt einen 45 mm breiten und 29 mm hohen Vierkantkopf. Im Verhältnis zum Schaftdurchmesser M20 sind dies beachtliche Abmessungen.

Um diese Geometrie herzustellen, wird der Kopf durch Warmumformung geformt. Dabei wird der Werkstoff im Kopfbereich gezielt umgeformt und in die erforderliche Geometrie gebracht.

Bei einem Bauteil dieser Art ist dieses Verfahren besonders relevant: Der Kopf entsteht durch Umformung des Werkstoffs und muss nicht vollständig aus einem Stabmaterial mit entsprechend größerem Querschnitt spanend herausgearbeitet werden.

Damit besitzt das Bauteil bereits zu Beginn der nachfolgenden Bearbeitungsschritte die grundlegende Kopfgeometrie, die während des weiteren Fertigungsprozesses erhalten bleiben muss.

Bei 560 mm Länge wird die Geradheit zum Bestandteil des Fertigungsprozesses

Nach der Umformung muss die Schraube durch Vergüten die für die Festigkeitsklasse 8.8 erforderlichen mechanischen Eigenschaften erreichen.

An diesem Punkt wird eine Eigenschaft relevant, die bei einem wesentlich kürzeren Bauteil weniger kritisch wäre: die Gesamtlänge von 560 mm.

Bei der Wärmebehandlung kann sich ein Bauteil dieser Länge verformen. Bei diesem konkreten Auftrag wurden die Schrauben deshalb in vertikaler Position vergütet, um Verformungen des langen Schafts zu begrenzen.

Dieses Detail zeigt, dass bei Sonderschrauben nach Zeichnung selbst eine scheinbar einfache Abmessung wie die Gesamtlänge die Auslegung und Reihenfolge der nachfolgenden Fertigungsschritte beeinflussen kann.

Warum der Schaft unterhalb des Kopfes vollständig gedreht wird

Nach der Warmumformung und Wärmebehandlung wird der gesamte Schaft unterhalb des Kopfes spanend durch Drehen bearbeitet.

Dieser Arbeitsschritt macht den Unterschied zu einer handelsüblichen Schraube wahrscheinlich am deutlichsten.

Bei einem 560 mm langen Bauteil müssen die vorgegebenen Schaftabmessungen über eine erhebliche Länge eingehalten werden. Durch das Drehen kann der Schaftdurchmesser nach den vorangegangenen Umform- und Wärmebehandlungsprozessen auf die in der Zeichnung festgelegte Geometrie gebracht werden.

Die spanende Bearbeitung ist daher kein nachträglicher Nebenschritt. Der vollständig gedrehte Schaft ist Bestandteil der gewählten Fertigungsstrategie, um die geforderten Endabmessungen zu erreichen.

Auch die Reihenfolge ist entscheidend: Zunächst wird der Kopf geformt, anschließend wird das Bauteil vergütet und erst danach wird der lange Schaft auf die vorgegebenen Maße gedreht.

Warum das Gewinde erst nach dem Drehen gerollt wird

Die Schraube besitzt ein 115 mm langes M20-Teilgewinde, das durch Gewinderollen hergestellt wird.

Anders als bei einem spanend geschnittenen Gewinde wird das Gewindeprofil beim Gewinderollen nicht durch Materialabtrag erzeugt. Der Werkstoff wird vielmehr durch die profilierten Werkzeuge plastisch verformt. Gewinderollen ist somit ein spanloses Kaltumformverfahren.

Daraus ergibt sich eine wichtige Konsequenz für die Planung des Fertigungsablaufs: Der Durchmesser des später zu rollenden Bereichs muss bereits beim vorhergehenden Bearbeitungsschritt korrekt vorbereitet werden, denn genau dieses Material wird anschließend verdrängt und zum endgültigen Gewindeprofil umgeformt.

Drehen und Gewinderollen sind deshalb keine voneinander unabhängigen Arbeitsschritte.

Beim Drehen werden der Schaft und der für das Gewinde vorgesehene Bereich vorbereitet; beim anschließenden Gewinderollen entsteht das in der Zeichnung geforderte 115 mm lange Gewinde.

Bei einer Schraube nach Zeichnung bedeutet eine korrekte Prozessplanung daher, spanende Bearbeitung und Umformtechnik aufeinander abzustimmen, statt beide Verfahren isoliert zu betrachten.

Eine Vierkantschraube nach Zeichnung, drei Fertigungstechnologien

Genau darin liegt die technische Besonderheit dieses Bauteils.

Die endgültige Geometrie entsteht durch das Zusammenspiel von drei unterschiedlichen Fertigungstechnologien:

• Die Warmumformung erzeugt den 45×29 mm großen Vierkantkopf.
• Durch Drehen wird der lange Schaft unterhalb des Kopfes auf die geforderten Maße gebracht.
• Durch Gewinderollen entsteht das 115 mm lange M20-Gewinde.

Hinzu kommt das Vergüten, um die mechanischen Eigenschaften der Festigkeitsklasse 8.8 zu erreichen. Bei diesem Bauteil erfolgte die Wärmebehandlung in vertikaler Position, um den besonderen Anforderungen aufgrund der Gesamtlänge von 560 mm Rechnung zu tragen.

Die UNI 5729 dient als Referenz für die Grundform des breiten Vierkantkopfes, erklärt jedoch nicht, wie diese konkrete Schraube gefertigt werden muss. Die endgültige Zeichnung bestimmt sowohl die Abmessungen als auch die dafür erforderliche Fertigungsfolge.

Die richtigen Lieferanten für jeden Fertigungsschritt auswählen und koordinieren

Wenn ein Bauteil mehrere unterschiedliche Fertigungsverfahren erfordert, besteht die Herausforderung nicht nur darin, für jeden einzelnen Arbeitsschritt einen geeigneten Lieferanten zu finden.

Entscheidend ist, dass jeder Fertigungsschritt das Bauteil korrekt für den nächsten vorbereitet.

Bei diesem Auftrag übernahm EFS die Koordination der gesamten Lieferkette: von der Warmumformung über die Wärmebehandlung und das Drehen bis zum Gewinderollen. Gleichzeitig wurde die Übereinstimmung des fertigen Bauteils mit den vorgegebenen technischen Spezifikationen überprüft. Die gesamte Fertigung erfolgte in italienischen Fachbetrieben unter Verwendung von Vormaterial europäischen Ursprungs.

Bei einer Schraube dieser Dimension umfasst die Kontrolle somit den gesamten Fertigungsprozess. Vormaterial, mechanische Eigenschaften, Kopfabmessungen, Geometrie und Geradheit des Schafts sowie Länge und Ausführung des Gewindes müssen im fertigen Bauteil den Anforderungen entsprechen.

Gerade ein solcher Fall zeigt, warum bei einer auf den ersten Blick einfachen Schraube die Fertigungsfolge selbst zu einem wesentlichen Bestandteil der technischen Lösung wird.

FAQ Vierkantschraube nach Zeichnung

Warum werden bei einer Schraube nach Zeichnung Umformung und spanende Bearbeitung kombiniert?

Weil unterschiedliche Bereiche des Bauteils unterschiedliche Fertigungsverfahren erfordern können. Bei dieser Schraube wird der Vierkantkopf durch Warmumformung hergestellt, während der lange Schaft unterhalb des Kopfes anschließend spanend bearbeitet wird, um die in der Zeichnung vorgegebenen Abmessungen zu erreichen.

Warum wird das Gewinde gerollt und nicht spanend geschnitten?

Beim Gewinderollen entsteht das Gewindeprofil durch plastische Verformung des Werkstoffs und nicht durch Materialabtrag. Das Verfahren muss deshalb bereits bei der Planung des gesamten Fertigungsablaufs berücksichtigt werden: Der Durchmesser des zu rollenden Bereichs muss vor dem Gewinderollen entsprechend vorbereitet werden.