Die Einpressverbindung ganz aus Edelstahl ist die Kombination, die das Handbuch ausschließt

Das Blech hält den Befestiger, nicht umgekehrt

Eine Einpressmutter hat kein Gewinde im Blech und keine Schweißnaht. Sie wird in ein einfaches rundes Loch gepresst, und der Blechwerkstoff wird in eine Hinterschneidung rund um den Befestigerkörper verdrängt. Das Handbuch von PennEngineering beschriftet den Mechanismus in seiner Schnittzeichnung mit vier Wörtern: host metal flows into undercut, das Grundmetall fließt in die Hinterschneidung.

Dieser eine Satz bestimmt alles Weitere. Wenn das Blech fließen muss, muss das Blech der weichere der beiden Partner sein. Die maßgebende Spezifikation für dieses Teil ist also keine Festigkeit und keine Klasse. Sie ist ein Härteunterschied zwischen einem Bauteil, das Sie kaufen, und einem Blech, das Sie bereits gewählt haben, und nur eines von beiden steht auf der Bestellung.

Zwei Tabellen, eine Seite auseinander

Das Handbuch nennt zuerst die Obergrenze, also das härteste Blech, für das jeder Befestigerwerkstoff ausgelegt ist:

Dann nennt es, was gängige Bleche tatsächlich messen:

Zwei Hinweise, bevor man sie verwendet. Das Handbuch kennzeichnet HSLA-Stahl selbst als Werkstoff, der den üblichen Regeln nicht folgt, ohne zu sagen, warum; er steht daher mit einer Warnung in der Tabelle und nicht als gewöhnliche Zeile. Und die Spaltenköpfe der zweiten Tabelle lauten „Fastener Material / Sheet Hardness“, während die Zeilen eindeutig Blechwerkstoffe sind: Die Beschriftung ist in der Quelle falsch. Wir geben sie wie gedruckt wieder, statt sie stillschweigend zu korrigieren, denn wer unsere Tabellen mit dem Handbuch vergleicht, soll finden, was wir gefunden haben.

Quer gelesen hebt eine Zeile die andere auf

Ein Befestiger aus nichtrostendem Stahl der 300er-Reihe ist für Blech unter HRB 70 ausgelegt. Lösungsgeglühtes Blech aus 304 hat HRB 80 und mehr. Die Obergrenze liegt unter der Untergrenze, also liegt diese Paarung außerhalb der Empfehlung, bevor irgendeine andere Frage gestellt wird.

Das verdient einen Moment Aufmerksamkeit, denn es ist genau die Kombination, zu der ein Konstrukteur absichtlich greift. Ein Edelstahlgehäuse bekommt Edelstahl-Befestiger, damit die Baugruppe nicht zwei Metalle enthält und an den Befestigungen nicht rostet. Die Überlegung ist richtig, und das Korrosionsergebnis ist real. Es scheitert die Montage, und sie scheitert an einer Zahl, die im eigenen Handbuch des Lieferanten steht.

Wir mussten es nicht erschließen. Dasselbe Handbuch formuliert die Schlussfolgerung direkt in seiner Liste von Praxishinweisen:

Verwenden Sie in Edelstahlblechen Befestiger aus geeigneter Legierung (A286/400er-Reihe). Befestiger der 300er-Reihe bieten keinen ausreichenden Härteunterschied für optimale Leistung. (sinngemäß übersetzt)

Es gibt also zwei Wege zum selben Ziel. Ein Leser kann es aus den beiden Tabellen ableiten, und der Hersteller schreibt es auf einer anderen Seite aus. Wenn ein Dokument einen seine Schlussfolgerung unabhängig erreichen lässt und sie dann bestätigt, lohnt es sich, es gründlich zu lesen, statt es nur nach dem Maß zu durchsuchen, wegen dessen man gekommen ist.

Die Wahl für Korrosionsschutz verengt das Montagefenster

Ordnet man die beiden Tabellen nach Werkstoff, zeigt sich die Form des Zielkonflikts. Wer in der Befestigerliste nach oben geht, gewinnt ein härteres Blech, und die Werkstoffe, die man wegen der Korrosionsbeständigkeit wählt, stehen nicht oben:

Die Zeile der 300er-Reihe ist die, an der man hängen bleibt, denn 300er-Reihe ist das, was „Edelstahl-Befestiger“ meist bedeutet, wenn niemand Näheres angibt. Sie bringt das Korrosionsverhalten und nicht die Härte, und beides wird nicht getrennt verkauft.

Die Abhilfe scheitert an dem Grund, aus dem man sie wollte

Naheliegend wäre, dem Rat des Handbuchs zu folgen und die 400er-Reihe zu bestellen. PennEngineering hat dazu in seinem Katalog für Edelstahlprodukte einen eigenen Hinweis, und es lohnt sich, ihn bis zum Ende zu lesen:

Damit Einpressbefestiger richtig funktionieren, muss der Befestiger härter sein als das Blech, in das er eingepresst wird. Bei Edelstahlblechen erfüllen Befestiger aus nichtrostendem Stahl der 300er-Reihe dieses Härtekriterium nicht. Aus diesem Grund werden Befestiger der 400er-Reihe angeboten… Diese Befestiger der 400er-Reihe lassen sich zwar in Edelstahlbleche der 300er-Reihe gut einpressen und funktionieren dort gut, sie sollten jedoch nicht verwendet werden, wenn das Endprodukt: • nennenswerter Korrosionseinwirkung ausgesetzt ist. • nicht magnetische Befestiger erfordert. • Temperaturen über 300°F (149°C) ausgesetzt ist (sinngemäß übersetzt)

Man lese den ersten Punkt neben dem Grund, aus dem das Gehäuse aus Edelstahl ist. Das Teil der 400er-Reihe gibt es, weil sich die 300er-Reihe nicht in Edelstahlblech einpressen lässt, und es darf nicht verwendet werden, wo nennenswerte Korrosion herrscht. Der Befestiger, der in Ihr Edelstahlblech passt, scheidet also gerade wegen dessen aus, was Sie zum Edelstahlblech greifen ließ.

Das ist kein Widerspruch im Handbuch. Es ist ein wirklich eingeschränktes Problem, ehrlich benannt von der Partei, die die Teile verkauft, und das ehrliche Ende lautet, dass es womöglich keine Katalogantwort gibt. Der Hinweis schließt mit der Bitte, sich für andere Möglichkeiten an den technischen Support zu wenden, und so schreibt ein Lieferant, wenn die Tabelle zu Ende ist. Neben der Korrosion stehen in dieser Liste zwei weitere Ausschlussgründe, die bei einem Elektronikgehäuse leicht übersehen werden: Ein Teil der 400er-Reihe ist magnetisch, und oberhalb von 149 °C ist es nicht vorgesehen.

Zwei Wege, auf denen ein Blech nach der Spezifikation aus dem Bereich fällt

Beide stehen in derselben Liste von Praxishinweisen, und beide geschehen, nachdem die Zeichnung freigegeben ist.

Achten Sie auf Verfahren wie Hartanodisieren und Nitrieren, die die Blechhärte erhöhen können. Dadurch kann das Einpressen von Einpressbefestigern schwieriger werden. (sinngemäß übersetzt)

Ein Blech, das bei der Spezifikation im Fenster lag, kann bei der Montage außerhalb liegen, weil ein Oberflächenverfahren aus einem Grund hinzukam, der mit den Befestigern nichts zu tun hatte. Maßgebend ist die Härte bei der Montage, nicht die Härte des Werkstoffs bei der Bestellung.

Die tabellierten Blechwerte tragen dieselbe Warnung aus der anderen Richtung. HRB 80+ für lösungsgeglühten 304 ist ein typischer Wert des Werkstoffs, keine Messung Ihres Blechs, und die Umformung des Blechs verändert ihn: Eine Gegenprüfung wies uns auf die Warnung von PennEngineering hin, dass Stanzen, Laserschneiden, Biegungen und Kaltumformung den Bereich um das Loch verfestigen können, und genau dort muss das Blech fließen.

Für die Beschichtung gibt es eine Reihenfolgeregel statt einer Härteregel:

Bei Stahlblechen beschichtete Befestiger nach dem Beschichten des Blechs einpressen. Andernfalls unbeschichtete Befestiger in das Blech einpressen, wenn anschließend die gesamte Baugruppe beschichtet wird. (sinngemäß übersetzt)

Beide Reihenfolgen funktionieren, die gemischte nicht; damit ist dies eine Terminbedingung zwischen zwei Lieferanten und keine Eigenschaft eines der Teile. Unsere Seite über Blech, das zu dünn ist, um ein Gewinde zu halten, behandelt das andere Ende desselben Problems, wo das Blech überhaupt kein Gewinde tragen kann.

Was diese Seite nicht festgestellt hat

• Dies sind die Angaben eines Herstellers, wenn auch nicht nur eines. Jede Zahl und jedes Zitat oben stammt von PennEngineering, veröffentlicht für die eigenen Produkte, und ist keine Norm. Eine Gegenprüfung fand zwei weitere Hersteller mit vergleichbaren Obergrenzen, Aluminium um 50, nichtrostend 300er-Reihe 70, Kohlenstoffstahl 80, mit Abweichungen von einigen Punkten je Produktfamilie: Einer nennt 85, wo PEM allgemein 80 angibt, ein anderer 90, wo PEM 88 (92) schreibt. Diese Angaben haben wir nicht selbst geprüft. Die Übereinstimmung ist eng genug, um eine allgemeine Form nahezulegen, und locker genug, dass die genaue Obergrenze zu dem Teil gehört, das Sie tatsächlich kaufen.
• Blechdicke und Randabstand erscheinen hier nicht. Laut Handbuch stehen sie in den einzelnen Katalogblättern, die wir nicht gelesen haben. Die Härte ist nur eine der Blechbedingungen, und diese Seite behandelt nur sie.
• „Do use“ ist eine Empfehlung, keine Garantie. Das Handbuch empfiehlt A286 oder 400er-Reihe für Edelstahlblech. Es verspricht kein Ergebnis, und nichts hier besagt, dass eine bestimmte Kombination Ihre eigenen Prüfungen besteht.
• Warum HSLA anders ist, wird nicht erklärt. Das Handbuch kennzeichnet ihn als nicht den üblichen Regeln folgend und belässt es dabei. Wir füllen diese Lücke nicht.
• Die falschen Spaltenköpfe werden wiedergegeben, nicht gedeutet. Wir wissen nicht, ob die Spaltenbeschriftung der zweiten Tabelle ein Satzfehler ist oder etwas anderes, und wir haben nicht nachgefragt.

Eine Sache verengt diese Sackgasse doch: Das Härtefenster gehört zum Einpressen als Befestigungsverfahren, und zwei andere Arten, eine unverlierbare Schraube zu halten, verformen den Befestiger statt des Blechs.

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Warum braucht ein Einpressbefestiger ein weiches Blech?

Weil das Blech ihn hält. Der Befestiger wird in ein einfaches Loch gepresst, und der Blechwerkstoff wird in eine Hinterschneidung rund um den Befestigerkörper verdrängt; das Handbuch von PennEngineering beschriftet das mit „host metal flows into undercut“. Wenn das Blech fließen muss, muss es weicher sein als der Befestiger, daher ist die maßgebende Spezifikation ein Härteunterschied und keine Festigkeit.

Kann ich eine Einpressmutter aus Edelstahl in einem Edelstahlblech verwenden?

Nicht aus der 300er-Reihe. Die Tabelle von PennEngineering begrenzt Befestiger aus nichtrostendem Stahl der 300er-Reihe auf Blech unter HRB 70, und seine eigene Tabelle typischer Blechhärten gibt lösungsgeglühten 304 mit HRB 80 und mehr an. Das Handbuch sagt es auch direkt: In Edelstahlblechen Befestiger aus geeigneter Legierung, A286 oder 400er-Reihe, verwenden, weil Befestiger der 300er-Reihe keinen ausreichenden Härteunterschied für optimale Leistung bieten.

Wie hoch ist die maximale Blechhärte für jeden Befestigerwerkstoff?

Das Handbuch von PennEngineering nennt für Aluminium unter HRB 50, für ungehärteten Stahl unter HRB 60, für nichtrostenden Stahl der 300er-Reihe unter HRB 70, für gehärteten Stahl unter HRB 80 und für gehärteten nichtrostenden Stahl unter HRB 88 (92). Das sind die Werte dieses Herstellers für seine eigenen Produkte, keine Norm, und die Härte ist nur eine der Blechbedingungen.

Spielt Anodisieren oder Nitrieren des Blechs eine Rolle?

Ja, und es geschieht, nachdem die Zeichnung fertig ist. Das Handbuch warnt, dass Verfahren wie Hartanodisieren und Nitrieren die Blechhärte erhöhen können, was das Einpressen erschweren kann. Über das Ergebnis entscheidet die Härte bei der Montage, nicht die Härte des Werkstoffs bei der Bestellung.

Wird der Befestiger vor oder nach dem Beschichten eingepresst?

Beide Reihenfolgen funktionieren, solange sie einheitlich sind. Laut Handbuch werden bei Stahlblechen beschichtete Befestiger nach dem Beschichten des Blechs eingepresst, oder unbeschichtete Befestiger werden eingepresst, wenn anschließend die ganze Baugruppe beschichtet wird. Das ist eine Reihenfolgebedingung zwischen zwei Lieferanten und keine Eigenschaft eines der Teile.

Wird HSLA-Stahl genauso behandelt?

Das Handbuch führt HSLA-Stahl mit HRB 80 bis 85 und kennzeichnet ihn als Werkstoff, der den üblichen Regeln nicht folgt, ohne einen Grund zu nennen. Wir geben die Kennzeichnung wieder, statt sie zu erklären, weil auch die Quelle sie nicht erklärt.

Quellen

• PennEngineering, The Self-Clinching Fastener Handbook — Tabellen zur maximalen und typischen Blechhärte, der Mechanismus „host metal flows into undercut“ und die Praxishinweise zur Edelstahllegierung, zu härtenden Blechverfahren und zur Beschichtungsreihenfolge (kostenloses PDF)

Das Handbuch wurde von pemnet.com heruntergeladen, mit pdftotext umgewandelt und direkt gelesen; beide Tabellen und alle vier Zitate oben stammen daraus. Es handelt sich um veröffentlichte Herstellerangaben für die eigenen Produkte, nicht um eine Norm, und wir haben nicht geprüft, ob andere Hersteller von Einpressbefestigern dieselben Obergrenzen veröffentlichen; nichts hier ist daher als branchenweiter Wert zu lesen. Die zweite Tabelle ist wie gedruckt wiedergegeben, einschließlich des Spaltenkopfs „Fastener Material“ über Zeilen, die eindeutig Blechwerkstoffe sind; wir wissen nicht, warum, und haben es nicht korrigiert. Die Feststellung, dass ein Befestiger der 300er-Reihe mit einer Obergrenze unter HRB 70 kein lösungsgeglühtes 304-Blech mit HRB 80 und mehr aufnehmen kann, ist ein Vergleich der beiden Tabellen des Handbuchs selbst und stimmt mit dessen gesonderter Anweisung überein, in Edelstahlblech die Legierungen A286 oder 400er-Reihe zu verwenden; beide Wege werden gemeinsam berichtet und nicht als eigener Befund dargestellt. Mindestblechdicke und Randabstand erscheinen auf dieser Seite nicht: Das Handbuch verweist dafür auf einzelne Katalogblätter, die wir nicht gelesen haben.