11 Wichtige Kfz-Befestigungselemente, die jeder Ingenieur kennen sollte

Die Automobilindustrie fertigt Bauteile, die erst durch das Fügen mit anderen Komponenten während der Montage ihre Funktion erfüllen. Daher setzt die Fertigung von Automobilteilen auf Konstruktionen mit engen Toleranzen und integrierte Fügeelemente – wobei Befestigungselemente allgegenwärtig sind.

Befestigungselemente sind in der Automobilfertigung unverzichtbar, da sie Montage und Funktion der Bauteile sicherstellen. Es gibt verschiedene Arten von Kfz-Befestigungselementen, die sich nach Material, Aufbau und Verwendungszweck unterscheiden. Dieser Artikel stellt die gängigsten Befestigungselemente, ihre Funktionen und typische Anwendungen vor.

Kfz-Befestigungselemente nach Material

Die gebräuchlichste Klassifizierung von Befestigungselementen in Fahrzeugen erfolgt über das Werkstoffmaterial. Grundsätzlich lassen sich zwei Hauptkategorien unterscheiden: Metalle und Kunststoffe, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Einsatzbereiche aufgrund ihrer werkstoffspezifischen Merkmale aufweisen.

Metallische Befestigungselemente

Metallische Kfz-Befestigungselemente werden vorwiegend aus Eisen, Aluminiumlegierungen und Kupfer gefertigt. Je nach gewähltem Material weisen sie unterschiedliche mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf.

Metallische Befestigungselemente gibt es in verschiedenen Formen – Schrauben, Muttern, Federn und Bolzen. Sie sind langlebig, wiederverwendbar und eignen sich zum Verbinden und Sichern schwerer Karosserie-, Fahrwerks- und Motorbauteile.

Zudem lassen sich metallische Befestigungselemente oberflächenveredeln, um Funktionalität und Optik zu verbessern. Gängige Verfahren in der Automobilfertigung sind Verzinken und Eloxieren für besseren Rostschutz und höhere Haltbarkeit.

Kunststoff-Befestigungselemente

Kunststoff-Befestigungselemente sind die bessere Wahl, wenn optimale mechanische Eigenschaften mit anspruchsvollerer Optik gefragt sind. Sie werden häufig für Stifte, Distanzhülsen, Verbinder und Unterlegscheiben eingesetzt – oft in Kombination mit anderen Verbundwerkstoffen wie Gummi.

Kunststoff-Befestigungselemente bestehen hauptsächlich aus Vinyl, das durch Zugfestigkeit und Sprödigkeit gekennzeichnet ist. Daher eignen sie sich für Einmal- oder Austauschanwendungen. Zudem sind sie günstiger als Metallbefestiger, leiten keinen Strom und rosten nicht.

11 Gängige Arten von Kfz-Befestigungselementen

Neben der Materialklassifizierung werden Befestigungselemente auch nach ihrer Funktion unterschieden. Im Folgenden die wichtigsten Typen:

Muttern

Eine Mutter ist ein kleines Metallbauteil aus Eisen oder Aluminiumlegierung. Sie besitzt ein Innengewinde, das über das Bolzengewinde geschraubt wird. Zusammen mit Unterlegscheiben sichern Muttern und Bolzen Automobilbauteile. Der häufigste Typ ist die Sechskantmutter mit sechseckigem Außenprofil. Weitere gängige Mutternarten in der Automobilindustrie:

• Hutmuttern sind nur von einer Seite zugänglich; die andere Seite hat eine glatte Kuppel zur Verletzungsvermeidung.
• Buchsenmuttern (Barrel nuts) sind zylindrisch und werden in ein quer zur Bolzenachse verlaufendes Loch eingesetzt.
• Flanschmuttern haben einen sechseckigen Kopf mit vergrößertem Bund am Fuß, sodass keine separate Unterlegscheibe nötig ist.
• Rändelmuttern besitzen einen großen, geriffelten Durchmesser und lassen sich von Hand anziehen.

Bolzen

Ein Bolzen ist ein Befestigungselement mit langem, teilweise gewindetem Schaft und nicht konischem Ende. Der ungewindete Teil heißt Schaft und sorgt für Präzision und geringeren Abrieb. Der Schaft kann je nach Auflagefläche über die Bauteilgrenzfläche hinausragen.

Bolzen werden aus Metallen wie Eisen und Aluminiumlegierungen gefertigt und sind eine einfache, aber unverzichtbare Lösung. Wie bei Muttern ist der Sechskantbolzen mit sechseckigem Kopf am verbreitetsten. In Kombination mit Mutter oder Unterlegscheibe hält er Motorbauteile, Armaturenbretter und Fahrwerkskomponenten. Weitere Bolzentypen:

• Flanschbolzen mit Sechskantkopf besitzen einen integrierten Flansch unter dem Kopf zur Kraftverteilung und Sicherung.
• Flachrundschrauben (Carriage bolts) haben einen Kuppenkopf und einen vergrößerten Kopfdurchmesser.
• Sicherungsbolzen (Place bolts) verfügen über selbstsichernde, freilaufende Sechskantköpfe, die ein Lösen durch Vibration verhindern.

Schrauben

Eine Schraube ist ein Befestigungselement mit vollständig konischem Gewindeschaft, das zwei Bauteile zusammenhält. Sie kann ihr Gewinde in ein Loch schneiden (Selbstschneidende Schrauben) oder in ein vorhandenes Gewindeloch eingreifen (Maschinenschrauben). Im Gegensatz zum Bolzen benötigt sie keine Mutter oder Unterlegscheibe, da das Gewinde selbst für Halt sorgt.

Wie bei Muttern und Bolzen ist die Sechskantschraube am häufigsten. Sie ähnelt dem Sechskantbolzen, besitzt aber keinen Schaft. Weitere Schraubentypen in der Automobilindustrie:

• Senkkopfschraube: Maschinenschraube mit konischem Kopf, der bündig mit der Bauteiloberfläche abschließt.
• Zylinderschrauben (Cap head screws) haben einen zylinderförmigen Kopf mit Innensechskant.
• Linsenkopfschraube (Pan head screw): Maschinenschraube mit gewölbtem Kopf und Innensechskant.
• Holzschrauben.
• Selbstschneidende Schrauben.
• Bau- oder Coachschrauben: Große selbstschneidende Schrauben mit Sechskantkopf für hohes Anzugsdrehmoment.

Befestigungselemente für automobilen Konstruktionen

In der Automobilfertigung kommen diverse Befestigungselemente mit unterschiedlichen Leistungs- und Zuverlässigkeitsprofilen zum Einsatz. Hier die gängigsten:

Selbstschneidende Befestigungselemente (Self-Clinching)

Diese dauerhaften Einmal-Befestiger verbinden Blechbauteile. Sie besitzen einen gezahnten Klinchring gegen Verdrehung und sind als Stifte, Muttern, Bolzen, Blindnieten und Distanzhalter erhältlich.

Niet-Befestigungselemente

Ein Niet hat an den Enden Kopf und Schaft. Er besteht 주로 aus Stahl oder Aluminium und schafft unlösbare Verbindungen. Zu den Nietarten zählen Vollnieten, Blindnieten, Hohlnieten und Kerbnieten für das Fügen von zwei oder mehr Bauteilen.

Blindgewindeeinsätze

Blindgewindeeinsätze haben ein einseitig zugängliches Gewinde und lassen sich von einer Plattenseite einbauen. Sie eignen sich zum Verbinden von Rohren, Profilen u. ä.

Stiftschrauben (Studs)

Stiftschrauben sind Befestigungselemente mit Außengewinde, die einer kopflosen Schraube ähneln (manche haben Köpfe). Sie sind meist dauerhaft, oft eingeschweißt in die zu verbindenden Bauteile. Beidseitiges Gewinde ermöglicht die Paarung mit Muttern.

Ein klassisches Beispiel im Automobilbau ist der Radbolzen (Radstiftschraube) zur Radbefestigung.

Unterlegscheiben

Eine Unterlegscheibe ist eine dünne Scheibe mit mittigem Loch. In Kombination mit Mutter und Bolzen verteilt sie die Klemmkraft und verhindert das Lösen der Mutter. Unterschiedliche Formen und Ausführungen decken verschiedene Anwendungen ab.

In der Automobilmontage kommen Unterlegscheiben an Achslager, Gelenken zur Lösesicherung, Reibungsminderung, Abdichtung oder Kraftverteilung zum Einsatz.

Clips

Clips sind wichtige Befestigungselemente aus Kunststoff oder Metall mit automotive und nicht-automotive Anwendungen. Sie gibt es in vielen Designs, bieten aber einfache Lösungen. In der Fertigung positionieren oder halten sie Innenverkleidungen, Türtafeln oder Stoßfänger (Kunststoff). Clips können wiederverwendbar oder einweg sein.

Schellen (Clamps)

Schellen sind gängige Befestigungselemente für Schläuche und Leitungen am Motor. Meist metallisch, teils auch aus Kunststoff. Ihr klassisches Design mit Schraube zum Anziehen fixiert die Komponenten sicher.

Federn

Federn als Befestigungselemente – Federsicherungsclips, -stifte, -scheiben – nutzen elastische Verformung. Sie erzeugen Spannung zwischen zwei Bauteilen.

Die elastische Verformung sichert die Verbindung bei einfacher Montage und Demontage. Beispiel: R-Clips verhindern das Axialabgleiten von Rädern auf Wellen.

Stifte (Pins)

Stift-Befestiger fixieren Bauteile, erlauben aber Relativbewegung. Sie gibt es aus Kunststoff und Metall in verschiedenen Typen.

Im Automobilbau verbreitet: Splinte (Cotter pins) gegen Axialbewegung von Wellen (Räder), Klappsplinte (Lynchpins) im Geländewagenbau und Bolzen mit Sicherung (Clevis pins) in Bremsanlagen.

Spezialbefestigungselemente

Diese Befestiger haben ein spezielles Design für bestimmte Branchen, Materialien und Anwendungen. In der Automobilfertigung kommen sie zum Einsatz, wenn der Hersteller aufgrund einzigartiger Form, Materialzusammensetzung oder Applikation eine Sonderlösung benötigt. Vor Einsatz sind Tests zur Leistungsverifizierung erforderlich.

SMD-Befestigungselemente (Surface Mount)

Diese Befestiger nutzen Surface-Mount-Technologie: Sie werden direkt auf die Lötpads der Leiterplatte aufgebracht. Das vermeidet Montageschäden, beschleunigt die Bestückung und reduziert Ausschuss.

Presseinsätze (Broaching Fasteners)

Presseinsätze gibt es als Bolzen, Muttern, Distanzhalter etc. Sie werden in nicht duktile oder duktile Materialien bis max. Aluminiumhärte eingepresst. Einfache Montage, Alternative wenn SMD ungeeignet ist.

SI®-Einsätze

SI®-Einsätze sind Spezialbefestiger für Kunststoffverbindungen, die starke, dauerhafte Gewinde erfordern. Sie eignen sich auch für häufige Montage-/Demontagezyklen.

Die Wichtigkeit korrekten Anzugs von Kfz-Befestigungselementen

Die Wahl der richtigen Befestigungselemente ist entscheidend. Ebenso kritisch ist jedoch deren korrektes Anziehen für die Funktion.

Beispiele: Falsches Anziehen im Motor führt zu gelösten Schrauben und Startausfall. Falsch angezogene Bremskomponenten erhöhen das Unfallrisiko.

Angesichts der Risiken ist die richtige Befestigerwahl essenziell – falsche Kombinationen können Fahrzeugleistung massiv beeinträchtigen oder Bauteile beschädigen.

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Bonus: Risiken gelockerter Kfz-Befestigungselemente eliminieren

Angesichts Leistungsrisiken und Unfallgefahr ist sicheres Anziehen essenziell. Folgende Maßnahmen reduzieren Lockerungsrisiken:

Robustes Material wählen

Die Materialwahl bestimmt Eigenschaften und Einsatzbereich. Wählen Sie einen werkstoff mit den nötigen Eigenschaften für die zu verbindenden Bauteile.

Beispiel: Metallbefestiger aus Eisen, Aluminium u. a. sind fest und langlebig. Kunststoffbefestiger (Vinyl) weniger haltbar, aber leichter austauschbar.

Vorab prüfen

Die Zweckbestimmung des Befestigers zu prüfen, spart Arbeits- und Reparaturkosten. Materialeigenschaften müssen zur Anwendung passen. Beispiel: Metallbefestiger an Austauschteilen wären Kapitalverschwendung.

Drehmoment testen

Das Drehmoment ist die aufgebrachte Drehkraft zum Anziehen. Drehmomenttests reduzieren Lockerungsrisiken.

Drehmoment-Spannungs-Test

Messung des erforderlichen Drehmoments für eine vorgegebene Vorspannkraft, z. B. mit Skidmore-Wilhelm-Bolzenspannkalibrator.

Auflageflächen-Test

Ermittelt, wie Flächengröße und Rauheit die Reibung beeinflussen.

Reibbeiwert

Misst kinetischen und statischen Widerstand beim Gleiten einer Fläche auf der anderen.

Fazit

Befestigungselemente sind entscheidend für das Fügen von Automobilbauteilen und damit für Funktion und Montage. Sie gibt es in vielen Typen und Designs, basierend auf Material und Funktion. Dieser Artikel beleuchtete die in der Automobilfertigung gängigen Befestigungselemente, ihre Funktionen und Anwendungen. Haben Sie Fragen zur Fertigung von Kfz-Befestigungselementen? Kontaktieren Sie uns.

FAQs

Was sind die 3 Haupttypen von Gewindebefestigungselementen?

Die drei Haupttypen sind Bolzen, Schrauben und Stiftschrauben. Sechskantbolzen sind der häufigste Befestiger in der Automobilindustrie.

Wie viele Befestigungselemente hat ein Auto?

Ein Automobil verfügt über ca. 3.500 Befestigungselemente.

Was ist der stärkste Werkstoff für die Fertigung von Befestigungselementen?

Der stärkste Werkstoff für Schrauben und Bolzen ist Titan. Aufgrund seiner Haltbarkeit wird er 주로 in Schwerlastanwendungen wie Luftfahrt und Medizintechnik eingesetzt.