CN106662137B - 自攻螺钉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自攻螺钉，由奥氏体的或其它不锈的基底材料(1)制成，该自攻螺钉包括杆(12)、设置在杆端上的切削用或成形用的钻头或螺纹末端(16)和至少电镀施设到所述钻头或螺纹末端(16)上的硬层(3)，该硬层包括含有过渡金属的料层。杆(12)至少在硬层(3)下具有硬的边缘层(2)。在所述硬层(3)上施设有由润滑且散热的原料构成的外涂层(4)，所述原料包括金属、蜡和/或漆。
Description
技术领域
本发明涉及一种自攻螺钉，其由奥氏体的或其它不生锈的基底材料制成，所述自攻螺钉包括：杆、设置在杆端上的切削用或成形用的钻头或螺纹末端和硬的边缘层，该硬的边缘层在杆上构造在钻头或螺纹末端的区域中并且至少在与钻头或螺纹末端连接的螺纹的区域中构造在表面上。
背景技术
由文献DE102012009400B4已知了一件式的自攻螺钉，该文献涉及源自本申请人的专利。所述已知的自攻螺钉具有比两件式的自攻螺钉更简单的结构，在所述两件式的自攻螺钉中，两个部分相互焊接在一起，其中，这两个部分之一包括钻头和成形螺纹的区域并且例如由碳素钢构成，该碳素钢最后通过感应淬火或火焰淬火来硬化。
这中已知的螺钉总是仅一次性使用。对于为此所需的一次性钻孔过程来说电镀施设到钻头或螺纹末端上的、包括过渡金属料层或铬料层的硬层已经证明是耐用的。因此简单的层如铬化处理或硬铬处理(Hartchromatieren)或更普遍地电镀施设硬层作为含有过渡金属的料层必要时利用适当的添加剂足以能够至少一次应用已知的自攻螺钉。在此与专业人员的观点相悖地，在不发生所谓的蛋壳效应的情况下可实现这样的硬层。按照上述文献的自攻螺钉基于施设的层保障了所要求的钻削能力和所要求的螺纹成形。
开头所述类型的自攻螺钉由文献US5419948A已知。这种已知的自攻螺钉为了硬化而利用三氟化氮在其表面上进行化学转换、也就是说氮化。通过氮化在已知的本身不锈的螺钉上产生超硬的表面料层，该表面料层是易锈的并且接着在氮化之后必须被去除、更确切地说在螺钉头部的区域中。
由文献US4802807A已知一种自攻螺钉，在该自攻螺钉中通过镀锌、即通过电镀施设的锌来实现抗腐蚀性。附加地，在这种已知的自攻螺钉中在锌敷层上制造铝敷层。铝敷层通过离子蒸汽冷凝技术(Ionendampfniederschlagstechnik)被施设到镀锌的螺钉上。如此产生的复合敷层应不仅改进抗腐蚀性，而且还应减小在旋入自攻螺钉时的扭矩。最后，外涂层被施设到自攻螺钉上，以便防止铝敷层氧化。
发明内容
本发明的目的在于：从按照上面引用的文献US5419948A出发，通过更简单的方式改进钻削能力和螺纹成形。
从这种已知的自攻螺钉出发，所致力的进一步改进钻削能力和螺纹成形根据本发明通过以下方式得以实现，即，至少在钻头或螺纹末端的硬的边缘层上电镀施设有硬层，该硬层包括含有过渡金属的料层，并且在所述硬层上施设有由润滑且散热的原料构成的外涂层
在根据本发明的自攻螺钉中，硬的边缘层提高电镀施设到其上的硬层的附着能力。硬层自己提高涂覆到其上的外涂层的附着能力。外涂层自己基于它由润滑且散热的原料制成而提高硬层的耐用性。硬层的耐用性的这个提高导致所追求的对钻削能力和螺纹成形的改进。所致力的改进钻削能力和螺纹成形在根据本发明的本来不锈的自攻螺钉中实现，而不用将自攻螺钉置入易锈的状态中，其至少部分又必须被去除。
在按照本发明的自攻螺钉中，由于杆在硬层下具有的硬的边缘层而更加可靠地实现对开头提到的蛋壳效应的避免。
由润滑的润滑漆构成的外涂层已经是众所周知的，例如根据Tevier GmbH-该公司具有在6845Hohenems/奥地利的所在地-的本申请人所拥有的技术产品信息的润滑漆F417。这种含有MoS2的润滑漆是耐压的并且应该促使一般机械制造业的以及汽车和配件工业的构件的永久润滑。它虽然也可用于螺钉，然而本申请人不知道这样的润滑漆在自攻螺钉中的应用。
根据本发明施设到硬层上的、由润滑且散热的原料构成的外涂层不仅改善了散热，而且还通过减少摩擦降低了在本发明的自攻螺钉旋入过程中产生的热，即不仅散热，而且还降低尤其需排出的热量。
当自攻螺钉成形时并且在硬层被电镀施设到自攻螺钉的杆上之前，特别是可以通过选择适当的变形程度来实现硬的边缘层。
在本发明的自攻螺钉中，硬的边缘层和施设到这个硬的边缘层上的硬层以及施设到该硬层上的外涂层在保障最佳钻削能力和最佳螺纹成形的同时保障在钢材内的一次性钻孔和螺纹成型。
在本发明的自攻螺钉的情况中经由较大的表面和基于表面特殊的拓扑结构保障散热，所述拓扑结构也有利于外涂层的附着。
可以为了应用来分别使硬层的和外涂层的参数如层厚、硬度、附着强度、滑移性能、粗糙度、热稳定性、热导率最佳化。
在按照本发明的自攻螺钉的一种设计方案中，润滑且散热的原料包括金属、蜡和/或漆。已经由此能够为了应用来使硬层的上述参数最佳化。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，硬层与外涂层共同具有λ＞9W/mK的热导率，由此更加可靠地实现在钻削能力和螺纹成形方面所追求的最佳化。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，外涂层包括自身具有最大+/-60％的层厚度差的料层，外涂层在硬层上的附着能力由此更加可靠地得到保障。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，外涂层包括自身具有最大+/-30％的层厚度差的料层。这些最大的层厚度差能够比在按照本发明的自攻螺钉的前述设计方案中更容易实现，然而尽管如此依然保障外涂层在硬层上的充分的附着能力和通过外涂层的充分散热。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，外涂层添加有金属微粒。如本身众所周知的那样，这些微粒可以由MoS2构成、即由至少润滑的微粒构成。本发明人认识到：通过这样的本身用于润滑的微粒还能够在按照本发明的自攻螺钉的旋入过程中实现散热的改进。
然而令人吃惊地在使用仅仅散热的、构成本发明自攻螺钉的另一种设计方案的由Au、Ag、Cu或类似物构成的微粒的情况中还获得散热的改进。原则上适用：大部分的热量经由在钻孔过程中产生的切屑排出，然而其中(具有和没有金属微粒或金属粉末的)漆和/或蜡还有利地辅助这个效果。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，基底材料具有100至300HV0.1和优选150至200HV0.1的硬度。具有这样的硬度的基底材料已经证实为特别有利的。
在本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，硬的边缘层具有300至600HV0.1的硬度。具有这样的硬度的硬的边缘层已经证实为特别有利的。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，硬层具有锯齿状的或珠状的(perlartig)表面形状。已经得到证明的是：两种类型的表面形状的作用在于充分的厚度差，这些厚度差保障外涂层的充分的附着能力。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，硬层具有至少700HV0.1的硬度。具有这样的硬度的硬层已经证实为有利的。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，硬层具有在800至1400HV0.1之间的硬度。具有这样的硬度的硬层已经证实为特别有利的。
在按照本发明的自攻螺钉的另一种设计方案中，硬层具有最大60μm的厚度。在保障自攻螺钉的钻削能力和螺纹成形以及外涂层在硬层上的附着能力的情况中，硬层的这个厚度已经证明为适宜的。
此外，本发明实现一种自攻螺钉的应用，用以建立与至少一个由自攻螺钉钻孔的钢制连接元件的连接，其中，当至少两个需彼此紧固的构件之一遭受风吹雨打时这个应用特别适合。由不生锈的基底材料制造按照本发明的自攻螺钉使得自攻螺钉的遭受风吹雨打的部分不需要如在传统的按照开头提及的文献DE102012009400B4的两件式自攻螺钉中或如在按照文献US4802807A的自攻螺钉中那样附加的防腐。钻头、就是说传统的两件式自攻螺钉的遭受风吹雨打的部分为了它的抗腐蚀性需要特别的措施，因为钻头由碳素钢构成，以便它能够淬火。传统的两件式螺钉的成形螺纹区域由不锈钢构成。
附图说明
下文参照附图进一步说明本发明的有益的实施例。附图中：
图1作为本发明的第一实施例示出一个设有螺纹末端的板材自攻螺钉(Blechbohrschraube)和作为细部的放大的螺纹轮廓侧面；
图2示出按照本发明的自攻螺钉的第二实施例的一个钻头连同该钻头的一个角作为放大的细部；
图3进一步放大地示出图2或图3所示细部的一部分；
图4象征性示出经由切屑从螺纹轮廓侧面或钻头的散热；
图5以与图4相同的视图示出主要经由螺纹轮廓侧面的或钻头的表面在切屑旁的区域中的散热；
图6作为按照本发明的自攻螺钉的应用的第一实例示出将波纹板材紧固在竖直的梁上；
图7作为按照本发明自攻螺钉的应用的第二实例示出将梯形板材紧固在工字梁上；
图8作为按照本发明的自攻螺钉的应用的第三实例示出两个梯形板材的相互紧固。
具体实施方式
图1作为本发明的第一实施例示出的是具有杆12的板材自攻螺钉10，所述杆具有成形螺纹的区域14和螺纹末端16。螺钉具有头部、例如通常的六角螺钉头，然而在图1中未示出该六角螺钉头。板材自攻螺钉10由一种奥氏体钢或其它不锈钢制成一体的，该奥氏体钢或其它不锈钢构成螺钉的基底材料。此外，图1作为细部放大地示出板材自攻螺钉10的螺纹轮廓侧面。在这个细部中螺钉的基底材料标注为1。杆12在螺纹末端16的区域中和至少在与其连接的螺纹15的区域中在表面上构造得比板材自攻螺钉10的其余部分硬。表面的这种较硬的构造是重要的，板材自攻螺钉10由此可以实现它的功能，即，利用螺纹末端16来钻孔并且然后在该孔中成形螺纹。也就是说，板材自攻螺钉10的奥氏体的或其它不锈钢的基底材料1本来不适合于此。所述基底材料对于这个目的来说太软。
在较硬构造的区域中，板材自攻螺钉10设有硬的边缘层2并且这个边缘层又设有硬层3。板材自攻螺钉10至少在硬层3下的区域中具有硬的边缘层2。硬层3作为薄的料层、例如作为硬铬料层，特别是根据德国专利DE2502284C2被电镀施设到硬的边缘层2上。代替硬铬料层一般可以选择含有过渡金属的、能够电镀施设的料层。
当板材自攻螺钉10被成形时并且在硬层3被电镀施设到板材自攻螺钉的杆12和螺纹末端16上之前，特别是可以通过选择适当的变形程度来实现硬的边缘层2。除了硬层3之外，以通常的方法通过如下方式制造板材自攻螺钉10，即，机械地成形、就是说轧制螺钉坯件并且同时配备板材自攻螺钉10的螺纹末端16和其余的螺纹。变形程度越大，硬的边缘层2就构造得越硬。
在按照本发明的板材自攻螺钉中使用的基底材料1具有100至300HV0.1和优选150至200HV0.1的硬度。硬的边缘层2具有300至600HV0.1的硬度。
硬层3具有锯齿状的或珠状的表面形状并且具有最大60μm的厚度。此外，硬层具有至少700HV0.1的硬度和优选800与1400HV0.1之间的硬度。
图2示出的是图8所示自攻螺钉17的第二实施例的钻头，该自攻螺钉代替如图1所示出的板材自攻螺钉10那样的螺纹末端而设有钻头18。在这个钻头18上向上连接有杆如具有螺纹的杆12，该螺纹如图1中的杆12的螺纹那样，然而它们在图2中未示出。如同螺纹末端16成型在杆12上那样，钻头18成型在图2未示出的杆上。与螺纹末端16不同，钻头18具有带切削边22的钻头切削刃20。上面关于板材自攻螺钉10的说明由此同样也适用于在图2中仅仅通过它的钻头18构成的自攻螺钉。在图2中作为细部放大地附加示出钻头18的一个角。这个细部使人清楚地看到：图2的自攻螺钉在它的基底材料1上具有硬的边缘层2和硬层3。不仅在图1所示出的板材自攻螺钉10中而且在图2和8所示出的自攻螺钉17中在硬层3上施设有由润滑且散热的原料构成的外涂层4。适当地，润滑且散热的原料包括金属、蜡和/或漆。外涂层优选添加有金属微粒，这些微粒包括MoS2(二硫化钼)、Au(金)、Ag(银)或Cu(铜)。
图3进一步放大地示出图2或3所示出的细部的一个部分。在图3所示出的实施例中，硬层3具有锯齿形的结构。施设到硬层3上的外涂层4由此包括本身具有层厚度差的料层。这些层厚度差最大为+/-60％、优选最大为+/-30％。
硬层3连同外涂层4具有λ＞9W/mK的热导率。
图4象征性示出在在一个工件28中钻应该配置螺纹的孔的情况中经由切屑26从螺纹轮廓侧面15或钻头18中的散热。在图4中，工件28由能良好导热的材料构成，因此切屑26将在图4中通过一组箭头30示出的热良好地排出。如果工件28由导热差的或者由隔热的材料构成，那么在钻孔过程或螺纹切割过程中产生的热导入到螺纹轮廓侧面15或钻头18中并且经由外涂层4向外释放，这在图5中通过一组箭头30或一个箭头32示出。
图6至8示出的是利用自攻螺钉17建立与至少一个由自攻螺钉钻孔的钢制连接元件的连接。该连接元件在这些附图中示出为波纹板材34或者梯形板材36、42和44。图6作为自攻螺钉17的应用的第一实例示出将波纹板材34紧固在一个竖直的梁38上。图7作为自攻螺钉17的应用的第二实例示出将梯形板材36紧固在一个工字梁40上。图8作为自攻螺钉17的应用的第三实例示出将两个梯形板材42、44相互紧固。在图6至8中示出螺钉17具有不同的头部。
附图标记列表
1 基底材料
2 硬的边缘层
3 硬层
4 外涂层
10 板材自攻螺钉
12 杆
14 成形螺纹的区域
15 螺纹轮廓侧面
16 螺纹末端
17 自攻螺钉
18 钻头
20 钻头切削刃
22 切削边
24 外涂层
26 切屑
28 工件
30 箭头
32 箭头
34 波纹板材
36 梯形板材
38 梁
40 工字梁
42 梯形板材
44 梯形板材
Claims (15)
1.自攻螺钉，由奥氏体的或其它不锈的基底材料(1)制成，该自攻螺钉包括杆(12)、设置在杆端上的切削用或成形用的钻头或螺纹末端(16，18)和硬的边缘层(2)，该硬的边缘层在杆(12)上构造在钻头或螺纹末端(16)的区域中并且至少在与钻头或螺纹末端连接的螺纹(15)的区域中构造在表面上，
其特征在于：至少在所述钻头或螺纹末端(16，18)的硬的边缘层(2)上电镀施设有硬层(3)，该硬层包括含有过渡金属的料层，并且
在所述硬层(3)上施设有由润滑且散热的原料构成的外涂层(4)。
2.如权利要求1所述的自攻螺钉，其特征在于：所述润滑且散热的原料包括金属、蜡和/或漆。
3.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：硬层(3)连同外涂层(4)具有λ＞9W/mK的热导率。
4.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：外涂层(4)包括自身具有最大+/-60％的层厚度差的料层。
5.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：外涂层(4)包括自身具有最大+/-30％的层厚度差的料层。
6.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：外涂层(4)添加有金属微粒。
7.如权利要求6所述的自攻螺钉，其特征在于：金属微粒包括MoS2、Au、Ag或Cu。
8.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：基底材料(1)具有100至300HV0.1的硬度。
9.如权利要求8所述的自攻螺钉，其特征在于：基底材料(1)具有150至200HV0.1的硬度。
10.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：硬的边缘层(2)具有300至600HV0.1的硬度。
11.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：硬层(3)具有锯齿状的或珠状的表面形状。
12.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：硬层(3)具有至少700HV0.1的硬度。
13.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：硬层(3)具有在800至1400HV0.1之间的硬度。
14.如权利要求1或2所述的自攻螺钉，其特征在于：硬层(3)具有最大60μm的厚度。
15.如权利要求1至14中之任一项所述的自攻螺钉的应用，将所述自攻螺钉用于建立与至少一个由自攻螺钉钻孔的钢制连接元件的连接。
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