Schrauben, Muttern und Bolzen für die Automobilindustrie: Härteanforderungen und Anwendungen

Schrauben, Muttern und Bolzen im Automobilbereich sind wesentliche Komponenten, die die strukturelle Integrität und Funktionalität von Fahrzeugen gewährleisten. Diese Verbindungselemente müssen je nach Anwendung bestimmte Härtegrade erfüllen, um verschiedenen Belastungen wie Belastung, Vibration und Temperaturschwankungen standzuhalten 

Härteanforderungen für Automobilbefestigungen

1. Härtegrade

   • Allgemeine Verbindungselemente : Schrauben und Bolzen, die in unkritischen Bereichen wie Innenverkleidungen oder Leichtbaukonstruktionen verwendet werden, erfordern typischerweise eine Härte von etwa 18–25 HRC (Rockwell-Härteskala). Diese Befestigungselemente sind für mäßige Festigkeit ausgelegt und bestehen häufig aus Materialien wie kohlenstoffarmem Stahl oder Aluminiumlegierungen.
   • Strukturelle Verbindungselemente : Schrauben und Muttern in tragenden Teilen wie Fahrgestell oder Rahmen erfordern höhere Härtegrade, oft dazwischen 30–40 HRC. Stähle mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt, manchmal mit Elementen wie Chrom oder Molybdän legiert, werden wärmebehandelt, um die gewünschte Härte zu erreichen.
   • Motorbefestigungen : In Motoren verwendete Schrauben, wie z. B. Zylinderkopfschrauben, müssen hohen Drücken und Temperaturen standhalten. Diese Verbindungselemente haben häufig Härtegrade dazwischen 35–45 HRC, um Wärmeausdehnung, Ermüdung und Vibrationen zu widerstehen.
   • Hochleistungsanwendungen : Bei Renn- oder Schwerlastfahrzeugen müssen die Befestigungselemente möglicherweise eine Festigkeit von mehr als 45 HRC aufweisen. Diese Komponenten werden in der Regel aus fortschrittlichen Materialien wie Titanlegierungen oder ultrahochfesten Stählen hergestellt.

2. Standards und Tests

   • Verbindungselemente für die Automobilindustrie müssen internationalen Standards wie ISO 898-1 oder SAE J429 entsprechen, die mechanische Eigenschaften wie Härte, Streckgrenze und Zugfestigkeit festlegen.
   • Härteprüfmethoden wie Rockwell, Vickers oder Brinell werden häufig verwendet, um die Konformität während der Qualitätskontrolle zu überprüfen.

Verwendete Materialien und ihre Härteeigenschaften

1. Kohlenstoffarmer Stahl

   • Kohlenstoffarmer Stahl wird für allgemeine Schrauben und Bolzen verwendet und bietet ausreichende Festigkeit für unkritische Anwendungen. Eine Wärmebehandlung wird oft übersprungen, was zu einer geringeren Härte, aber einer besseren Duktilität führt.

2. Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt

   • Für strukturelle Verbindungselemente werden Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, häufig mit Manganzusatz, verwendet. Durch Wärmebehandlungsprozesse wie Abschrecken und Anlassen erreichen diese Stähle eine ausgewogene Härte von ca 25–40 HRC.

3. Kohlenstoffreicher Stahl

   • Für Anwendungen, die eine höhere Härte erfordern, wird kohlenstoffreicher Stahl verwendet. Diese Materialien können Härtegrade von erreichen 40–50 HRC nach der Wärmebehandlung, wodurch sie für kritische Teile wie Motorschrauben geeignet sind.

4. Legierte stähle

   • Legierte Stähle wie 4140 oder 4340 enthalten Elemente wie Chrom, Molybdän und Nickel, um die Härte und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Diese Materialien werden häufig für Aufhängebolzen und hochfeste Verbindungselemente verwendet.

5. Edelstahl

   • Verbindungselemente aus Edelstahl, beispielsweise aus den Güten 304 oder 316, werden in Bereichen eingesetzt, in denen Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. Während ihre Härte typischerweise geringer ist als die von Kohlenstoffstahl, kann die Härte durch Kaltverfestigungs- oder Kaltumformtechniken erhöht werden.

6. Titanlegierungen

   • Titanlegierungen sind leicht und äußerst korrosionsbeständig und werden in Leistungs- und Rennsportanwendungen eingesetzt. Sie bieten eine mäßige Härte (30–40 HRC) und dabei deutlich leichter als Stahl.

Anwendungen von Automobilbefestigungen

1. Motorkomponenten

   • Zylinderkopfschrauben : Diese Schrauben befestigen den Motorkopf am Block und müssen extremen Drücken und Temperaturschwankungen standhalten. Sie bestehen typischerweise aus hochfestem legiertem Stahl mit Härtegraden von 35–45 HRC.
   • Abgaskrümmerschrauben : Für den Betrieb unter hohen Temperaturen sind für diese Schrauben hitzebeständige Materialien wie Edelstahl oder Nickellegierungen erforderlich.
   • Pleuelschrauben : Diese Schrauben befinden sich in der rotierenden Baugruppe des Motors und benötigen eine extrem hohe Festigkeit, um ein Versagen unter zyklischer Belastung zu verhindern.

2. Federung und Fahrwerk

   • Aufhängungsschrauben : Diese Befestigungselemente sichern Komponenten wie Querlenker, Streben und Stabilisatoren. Sie werden häufig aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt oder legiertem Stahl mit Härtegraden von hergestellt 30–40 HRC, um dynamischen Belastungen standzuhalten.
   • Rahmenschrauben : Im Fahrzeugrahmen verwendete Schrauben erfordern eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit, um dem Gewicht und den Belastungen des Fahrzeugs standzuhalten.

3. Getriebe und Antriebsstrang

   • Schwungradschrauben : Um das Schwungrad mit der Kurbelwelle zu verbinden, benötigen diese Schrauben eine hohe Härte (40–45 HRC), um Scherkräften standzuhalten.
   • Differentialschrauben : Diese Schrauben befinden sich im Antriebsstrang, halten Drehmoment- und Rotationskräften stand und bestehen typischerweise aus hochfesten Stählen.

4. Bremssystem

   • Bremssattelschrauben : Diese Schrauben werden zur Montage von Bremssätteln verwendet und unterliegen hoher Belastung und Hitze. Sie erfordern eine mäßige Härte (35–40 HRC) und werden häufig aus legiertem Stahl hergestellt.
   • Rotorschrauben : Zur Befestigung von Bremsscheiben an Naben benötigen diese Befestigungselemente eine präzise Bearbeitung und ausreichende Härte für eine zuverlässige Leistung.

5. Innen und Außen

   • Schrauben für Innenverkleidung : Leichte Schrauben mit geringer Härte werden zur Befestigung von Armaturenbrettverkleidungen, Sitzen und anderen Innenraumkomponenten verwendet.
   • Karosseriebefestigungen : Dazu gehören Schrauben und Bolzen zur Befestigung von Karosserieteilen, Türen und Stoßstangen. Typischerweise bestehen sie aus korrosionsbeständigen Materialien wie Edelstahl oder beschichtetem Kohlenstoffstahl.

6. Elektro- und Batteriesysteme

   • Batteriepolschrauben : Diese Befestigungselemente müssen korrosionsbeständig sein und sichere Verbindungen für elektrische Systeme bieten. Üblicherweise werden verkupferte oder verzinkte Schrauben verwendet.
   • Befestigungselemente für Elektrofahrzeugbatterien : In Elektrofahrzeugen erfordern Batteriegehäuse leichte, korrosionsbeständige Befestigungselemente aus Aluminium oder Titanlegierungen.