⚡ Das Wichtigste
- Was ZT68 ist: eine im Haus entwickelte, kaltumgeformte Schraube aus einer modifizierten Aluminiumlegierung der 7000er-Reihe mit 630 MPa Zugfestigkeit und 500 MPa Streckgrenze, positioniert gegen Stahl der Klasse 6.8.
- Gegenüber 6056 (AL9): Zugfestigkeit 50 % höher (420 → 630 MPa) und Streckgrenze 43 % höher (350 → 500 MPa).
- Masse: Bei 2,7 g/cm³ wiegt eine Schraube etwa ein Drittel ihres Stahläquivalents und spart 0,5–1 kg pro Getriebe.
- Galvanisches Verhalten: Das Potenzial entspricht Magnesium und Aluminium und beseitigt das Paar Stahl-Magnesium an der Wurzel; mit Eloxierung werden 60 Tage neutraler Salzsprühtest bestanden.
- Temperatur: Nach 12 Stunden bei 150 °C bleibt die Zugfestigkeit über 600 MPa, eine Retention von mindestens 95 %.
- Gegenüber Stahl: Eine Stahlschraube der Klasse 10.9 verliert bei 150 °C über 96 % ihrer Vorspannkraft, während ZT68 mit dem Magnesium expandiert und deutlich mehr behält.
- Reibung: 0,09–0,15 mit geringer Drehmomentstreuung, geeignet für vollautomatisierte Linien.
1. Die Schraube, die den Leichtbau ausbremste
2. Drei Schwächen konventioneller Schrauben in Magnesium
3. ZT68 im Vergleich zu 6056
4. Vier Kernvorteile
5. Die Fertigungskette
6. Typische Anwendungen
7. Entscheidungshilfe und FAQ
1. Die Schraube, die den Leichtbau ausbremste
Elektrofahrzeuge, eVTOL und humanoide Roboter schreiben Leichtbau in jede Spezifikation, und Magnesium- und Aluminiumstrukturen sind heute selbstverständlich. Ein Detail wird dabei oft übersehen: Die Leichtbaustruktur wird nach wie vor von kleinen Schrauben zusammengehalten.
Konventionelle Schrauben aus Kohlenstoffstahl passen schlecht zu Magnesium und Aluminium — Kontaktkorrosion, unterschiedliche Wärmeausdehnung und unzureichende Festigkeit beschäftigen OEMs und Zulieferer seit Jahren. Vorhandene Aluminiumschrauben aus 6056 mit etwa 420 MPa lösen das Korrosionsproblem, begrenzen die Festigkeit jedoch so stark, dass Drehmoment und Last eines E-Antriebs nicht erreicht werden.
Auf Basis von mehr als 20 Jahren Entwicklung und Fertigung von Verbindungselementen hat Toprecision ZT68 entwickelt: eine kaltumgeformte, hochfeste Schraube aus modifiziertem Aluminium der 7000er-Reihe, die Stahlfestigkeit in ein Aluminiumgewicht bringt.
2. Drei Schwächen konventioneller Schrauben in Magnesium
Problem eins: Kontaktkorrosion
Magnesium liegt bei etwa -1,6 V, Kohlenstoffstahl bei etwa -0,44 V — ein Unterschied von rund 1,16 V. Bei Feuchtigkeit, Wasserdurchfahrten oder Kondensation wird das Magnesium zur Anode und korrodiert schnell: Weißrost, abgetragene Gewinde, abplatzende Schichten und undichte Gehäuse.
Problem zwei: unterschiedliche Wärmeausdehnung
Magnesium dehnt sich etwa doppelt so stark aus wie Stahl. An Motoren und Getrieben bewegen sich beide unterschiedlich, und die Vorspannkraft sinkt kontinuierlich. Eine Stahlschraube der Klasse 10.9 kann bei 150 °C mehr als 96 % ihrer Vorspannkraft verlieren, was in Lockern, Dichtungsversagen und Geräuschen endet.
Problem drei: 6056 ist nicht fest genug
6056 (AL9) mit etwa 420 MPa Zugfestigkeit und 350 MPa Streckgrenze erfüllt die Anforderungen an Drehmoment, Last und Lebensdauer eines E-Antriebs nicht — dies war der technische Engpass für Magnesium-Leichtbau in Serie.
3. ZT68 im Vergleich zu 6056
Durch gezielte Steuerung der Ausscheidung der härtenden Mg-, Zn- und Cu-Phasen und eine Behandlung aus Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern erreicht ZT68 etwa 630 MPa Zugfestigkeit und 500 MPa Streckgrenze bei einer Bruchdehnung von mindestens 8 % (gemessener Mittelwert 8,21 %).
| Eigenschaft | ZT68 | 6056 (AL9) | Änderung |
|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit Rm | ≈ 630 MPa | ≈ 420 MPa | +50 % |
| Streckgrenze Rp0.2 | ≈ 500 MPa | ≈ 350 MPa | +43 % |
| Bruchdehnung | ≥ 8 % (gemessen 8.21 %) | ≥ 6 % | Zähigkeit erhalten |
| Dauertemperatur | 150 °C | Gleich | — |
| Festigkeitsretention bei 150 °C | ≥ 95 % | — | — |
| Dichte | 2.7 g/cm³ | 2.7 g/cm³ | Gleich |
| Äquivalente Stahlklasse | 6.8 | 5.8 | — |
4. Vier Kernvorteile
4.1 Gewicht
Bei 2,7 g/cm³ wiegt die Schraube etwa ein Drittel des Stahläquivalents, eine Einsparung von bis zu 65 %. Ein einzelnes Getriebe spart 0,5–1 kg, was über eine Produktionsserie einen echten Beitrag zu Fahrzeugmasse und Reichweite leistet.
4.2 Kein galvanisches Paar
Die Angleichung an das Potenzial von Magnesium und Aluminium beseitigt die Triebkraft für galvanischen Angriff an der Wurzel. Mit Eloxierung werden 60 Tage neutraler Salzsprühtest bei guter Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion bestanden, geeignet für die feuchte Umgebung von E-Antrieben und Batteriepacks.
4.3 Beständigkeit gegen Relaxation
Der Ausdehnungskoeffizient liegt nahe an dem von Magnesium, sodass Schraube und Gehäuse thermische Zyklen gemeinsam durchlaufen und die Vorspannkraft deutlich weniger abfällt als bei Stahl. Nach 12 Stunden bei 150 °C liegt die Zugfestigkeit weiterhin über 600 MPa, was Motorgehäuse und Leistungselektronik abdeckt.
4.4 Montage
Der integrierte Flansch wird einteilig kaltumgeformt, wodurch eine separate Scheibe und ein zweiter Montageschritt entfallen. Ein abgestuftes Schmierpaket hält den Gesamtreibwert zwischen 0,09 und 0,15 bei geringer Drehmomentstreuung, was vollautomatisierten Linien entgegenkommt.
5. Die Fertigungskette
ZT68 widerlegt die Annahme der Branche, dass hochfeste Aluminiumschrauben nicht in Serie kaltumgeformt werden können:
- Einteilige Kaltumformung: Der Flansch wird in einem Schritt mit durchgehendem Faserfluss und ohne separate Scheibe geformt.
- Reinigung und Vorbehandlung.
- Präzise Wärmebehandlung: Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern zur Ausscheidung der härtenden Phasen.
- Hochpräzises Walzen nach der Wärmebehandlung: Im Gewindegrund entsteht eine gleichmäßige Druckeigenspannung, die der Betriebszugspannung entgegenwirkt und die Ermüdungsfestigkeit erhöht.
- Zweite Reinigung.
- Oberfläche und Endprüfung: Eloxieren oder eine schmierende Beschichtung mit definierter Reibung.
Werkzeugkonstruktion, Kaltumformung, Walzen, Zerspanung, Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung, automatisierte Montage und optische Sortierung erfolgen vollständig im Haus, unterstützt durch Metallmikroskope, Universal-Zugprüfmaschinen und Reibprüfstände.
6. Typische Anwendungen
- E-Antriebssysteme: Magnesium-Motorgehäuse, Reduziererflansche, Wechselrichtergehäuse.
- Batteriesysteme: Magnesium-Wannen, Rahmenträger, Kühlplatten.
- Leichtbau-Fahrwerk: Querlenker aus Magnesium-Aluminium, Achsschenkel, Hilfsrahmen.
- Große Magnesium-Druckgussteile: Instrumententafelträger, Karosseriegussteile.
- eVTOL und Luftfahrt in niedrigen Höhen: Jedes eingesparte Kilogramm bringt zusätzliche Kilometer Reichweite.
- Humanoide Roboter: Gelenkgehäuse, in denen weniger Masse mehr Nutzlast und Ausdauer bedeutet.
7. Entscheidungshilfe und FAQ
Entscheidungshilfe
- Stahl auf Stahl: eine Stahlschraube verwenden.
- Magnesium oder Aluminium auf dasselbe Material bei Raumtemperatur: ZT68.
- Magnesium auf Stahl unter hoher Last: Stahlschraube mit Isolierhülse.
- Über 150 °C: Titan oder Stahl.
Häufige Fragen
F. Kann ZT68 die Klasse 10.9 ersetzen? Nein. ZT68 entspricht der Klasse 6.8 und ist für Leichtbauverbindungen mit Magnesium und Aluminium gedacht, nicht für schwere Stahl-auf-Stahl-Verbindungen.
F. Warum kein Titan? Titan ist fester, kostet aber fünf- bis zehnmal mehr; wo das Potenzial bereits zum Grundwerkstoff passt, ist ZT68 das bessere Preis-Leistungs-Verhältnis.
F. Kann die Schraube eloxiert werden? Ja, schwarz oder klar, mit 60 Tagen Salzsprühbeständigkeit.
F. Was bedeutet ein Reibwert von 0,09–0,15? Bei gleichem Drehmoment liegt die Vorspannkraft 30–50 % höher als bei verzinktem Stahl (K ≈ 0,20), daher muss der Drehmomentplan neu berechnet werden.
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