DE10033471C1 - Selbstbohrender Befestiger - Google Patents

Abstract

Eine selbstbohrende Schraube (1) besteht aus zwei Abschnitten (7, 8) rostfreien Materials, welche miteinander verbunden sind. Der den Werkzeugangriff (4) und das Gewinde (6) aufweisende, erste Abschnitt (7) ist aus einem rostfreien, austenitischen Stahl und der zweite, als Bohrteil (5) ausgebildete Abschnitt (8) aus einem martensitischen Strahl gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstbohrenden Befestiger aus rostfreiem Stahl mit einem an seinem ei­ nen Ende mit einem Werkzeugangriff und an seinem anderen Ende mit einem Bohrteil ausgebildeten Schaft, welcher gegebenenfalls auf einem Teilabschnitt ein Gewinde aufweist.

Es ergeben sich immer mehr Forderungen nach Befestigern aus rostfreiem Stahl, welche insbesonde­ re im Bauwesen eingesetzt werden können, welche eine ausreichende Festigkeit bieten und außer­ dem optimale Bohreigenschaften mit sich bringen.

Bisher ist in der Regel davon ausgegangen worden, daß bei Befestigern aus rostfreiem Stahl, welche aus Festigkeitsgründen aus einem austenitischen Stahl bestehen müssen, ein Bohrteil aus einem Koh­ lenstoffstahl anzubringen ist. Bei diesen dann entsprechend härtbaren Bohrteilen ergibt sich jedoch der Nachteil, daß bei entsprechendem Freiliegen derselben eine Rostbildung stattfindet. Es wird da­ her schon allein aus ästhetischen Gründen die Forderung erhoben, andere Ausbildungsmöglichkeiten von selbstbohrenden Befestigern vorzusehen.

Es ist bereits eine Schraube aus rostfreiem Stahl bekannt geworden (EP 0 861 379 B1), bei welcher ein erster, den Schraubenkopf aufweisender Schaftabschnitt aus austenitischem Stahl und ein zwei­ ter, die Schraubenspitze aufweisender Schaftabschnitt aus martensitaushärtendem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01% vorgesehen sind. Eine solche Ausführung geht zwar be­ reits in die Richtung einer vollständig rostfreien Schraube, doch bringt dieser minimalste Kohlenstoff­ gehalt von weniger als 0,01% noch keine optimalen Bohreigenschaften mit sich.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, einen selbstbohrenden Befestiger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem sowohl die Forderung des rostfreien Materials im tragenden Bereich des Befestigers gegeben ist, bei welchem aber zusätzlich optimale Bohrleistungen erzielt werden können trotz rostfreier Ausbildung des Befestigers im Bereich des Bohrteiles.

Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß der Schaft aus zwei Abschnitten rostfreien Materials ge­ bildet ist, welche form-, stoff- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei der den Werk­ zeugangriff und gegebenenfalls einen Gewindebereich aufweisende, erste Abschnitt des Schaftes aus einem rostfreien, rein ferritischen oder austenitischen Stahl oder einem rostfreien Duplexstahl und der zweite, als Bohrteil ausgebildete oder den Bohrteil aufweisende Abschnitt des Schaftes aus einem martensitischen, rostfreien Stahl mit einem Kohlenstoff-Anteil von 0,04% bis 0,3% gebildet ist.

Es ergeben sich dadurch sehr gute Verbindungsmöglichkeiten der beiden Abschnitte, da zwei Werk­ stoffe mit praktisch gleicher Wärmeausdehnung eingesetzt sind. Beide Abschnitte können als rostfrei bezeichnet werden, wobei jedoch durch den erhöhten Kohlenstoffanteil in dem martensitischen, rost­ freien Stahl die Bohreigenschaften wesentlich verbessert werden können. Es ist damit eine optimale Ausgestaltung eines Befestigers möglich, weil eben der tragende Bereich entsprechende Festigkeits­ werte aufweist und der bohrende Bereich trotz der rostfreien Ausgestaltung ausgezeichnete Bohrei­ genschaften mit sich bringt, weil eben durch den entsprechenden Kohlenstoffanteil eine ausreichen­ de Härtung möglich ist.

So ist es mit einem selbstbohrenden Befestiger der erfindungsgemäßen Art ohne weiteres möglich, auch rostfreie Bleche zu durchbohren.

Gerade durch den Einsatz von martensitischem, rostfreiem Stahl mit einem Kohlenstoff-Anteil von 0,04% bis 0,3% ergibt sich auch die Möglichkeit, daß der zweite Abschnitt in einem Bandofen ge­ härtet ist. Auf diese Weise kann gerade bei einer industriellen Großfertigung von Befestigern eine op­ timale und kostengünstige Möglichkeit angewandt werden, um diesen Abschnitt entsprechend zu härten.

Weiters ist es auch möglich, daß der zweite Abschnitt induktiv gehärtet ist.

Es ist somit insgesamt gesehen ein einfaches Herstellverfahren für einen selbstbohrenden Befestiger aus durchgehend rostfreiem Stahl gewährleistet.

Bei einer besonderen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der martensitische, rostfreie Stahl ei­ nen Anteil von 0,04% bis 0,3% Kohlenstoff und 8% bis 20% Chrom aufweist und weiters Anteile von Molybdän, Stickstoff, Mangan und Nickelt enthält. Durch diese Materialkombination ist gewähr­ leistet, daß eine optimale Kaltumformung für die Herstellung des Bohrteiles gegeben ist, und daß ei­ ne ausreichende Härte erzielbar ist, um eben in den verschiedensten Materialien eine Bohrung herzu­ stellen.

Dabei sieht eine konkrete Ausführungsform vor, daß der martensitische, rostfreie Stahl einen Anteil von 0,1% Kohlenstoff und 11,6% Chrom aufweist und weiters Anteile von 0,01% Stickstoff, 0,6% Mangan und 0,2% Nickel enthält.

Weiters wird vorgeschlagen, daß der erste und der zweite Abschnitt mittels Schweißen, Löten, Kle­ ben, Fügen, Einpressen oder dergleichen miteinander verbunden sind. Gerade durch die Materialwahl der beiden Abschnitte ergeben sich homogene, nicht versprödende Verbindungszonen, selbst wenn mit entsprechend hohen Temperaturen ein Schweißverfahren erfolgt. Gerade bei diesen beiden mit­ einander zu verbindenden Abschnitten ergeben sich aber auch ausgezeichnete Möglichkeiten der gegenseitigen Verbindung durch Löten, Kleben, Fügen oder Einpressen. Es stehen also alle Varianten der gegenseitigen Verbindung der beiden Abschnitte offen, je nachdem, welche konstruktive Gestal­ tung der selbstbohrende Befestiger hat und je nachdem, für welchen Einsatz ein solcher selbstboh­ render Befestiger vorgesehen wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es ferner möglich, daß der Befestiger eine Oberflächenbehandlung durch Passivierung aufweist. Es kann dadurch noch ein zusätzlicher Schutz erzielt werden, und außerdem können durch eine entsprechende Oberflächenbehandlung zusätzlich die Bohrleistung und das Ein­ formdrehmoment bei der Gewindeherstellung verbessert werden.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale und besondere Vorteile werden in der nachstehenden Beschrei­ bung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schraube mit einem Bohrteil in Seitenansicht;

Fig. 2 eine Schraube in Seitenansicht mit einem als Bohrplättchen ausgebildeten Bohrteil.

Es wird bei der Erfindung von einem selbstbohrenden Befestiger ausgegangen, da die erfindungsge­ mäßen Merkmale für alle Arten von selbstbohrenden Befestigern eingesetzt werden können. In der nachstehenden Beschreibung wird auf Beispiele Bezug genommen, welche eine selbstbohrende Schraube betreffen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind aber in gleicher Weise für selbstboh­ rende Nieten, selbstbohrende Bolzen oder selbstbohrende Dübel einsetzbar.

In den Fig. 1 und 2 ist eine selbstbohrende Schraube 1 dargestellt, welche einen Schaft 2, einen Schraubenkopf 3 mit einem Werkzeugangriff 4 sowie einen Bohrteil 5 aufweist. Der Schaft 2 kann gegebenenfalls ein Gewinde 6 aufweisen. Bei einer Schraube 1 ist selbstverständlich immer ein Ge­ winde 6 bzw. ein entsprechender Gewindebereich vorgesehen. Wenn es sich hier aber um selbstboh­ rende Dübel oder selbstbohrende Bolzen oder selbstbohrende Nieten handelt, ist in der Regel kein sol­ cher Gewindebereich vorgesehen. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 ist nun der Schaft 2 aus zwei Abschnitten 7 und 8 gebildet, wobei beide Abschnitte 7 und 8 aus einem rostfreien Material gebildet sind. Diese Abschnitte 7 und 8 werden form-, stoff- und/oder kraftschlüssig beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben, Fügen, Einpressen oder dergleichen miteinander verbunden. Es ist aber auch eine rein formschlüssige Verbindung möglich, indem nämlich in dem einen Abschnitt 7 oder 8 an der gegenseitigen Berührungsfläche eine Öffnung und an dem anderen Abschnitt 7 oder 8 ein ent­ sprechender Bolzen vorhanden ist, wobei durch entsprechende Ausgestaltung (z. B. viereckiger oder sechseckiger Querschnitt) ein gegenseitiger formschlüssiger Eingriff möglich ist. In einem solchen Falle ist es auch möglich, den Bohrteil 5 nach dem Eindrehen der Schraube leicht zu entfernen.

Der den Werkzeugangriff 4, also im vorliegenden Falle den Schraubenkopf 3 und das Gewinde 6 auf­ weisende erste Abschnitt 7 des Schaftes ist aus einem rostfreien, rein ferritischen oder austeniti­ schen Stahl gebildet. Es sind dadurch die geforderten Festigkeitswerte erzielbar, die bei Einsatz von Schrauben beispielsweise im Hochbau verlangt werden. Es ist hier auch denkbar, einen rostfreien Duplexstahl einzusetzen, welcher dem rein ferritischen oder austenitischen Stahl von den rostfreien Eigenschaften und auch von der Festigkeit her gleichkommt.

Der zweite, als Bohrteil 5 ausgebildete Abschnitt 8 des Schaftes 2 ist aus einem martensitischen, rostfreien Stahl mit einem Kohlenstoff-Anteil von 0,04% bis 0,3% gebildet.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der martensitische, rostfreie Stahl einen Anteil von 0,04% bis 0,3% Kohlenstoff und 8% bis 20% Chrom aufweist und weiters Anteile von Molybdän, Stick­ stoff, Mangan und Nickel enthält. Optimale Ergebnisse können erreicht werden, wenn der martensiti­ sche, rostfreie Stahl einen Anteil von 0,1% Kohlenstoff und 11,6% Chrom aufweist und weiters An­ teile von 0,01% Stickstoff, 0,6% Mangan und 0,2% Nickel enthält.

Eine Schraube gemäß den Fig. 1 und 2 kann natürlich auch noch einer Oberflächenbehandlung unter­ zogen werden, wobei gerade eine Passivierung vorteilhaft ist. Es sind aber auch andere Oberflächen­ behandlungsmöglichkeiten gegeben.

Vom Herstellungsverfahren her gesehen ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. So ist es denkbar, den Abschnitt 8 vor der Fertigung des Bohrteiles 5 oder nach dessen Fertigung mit dem Abschnitt 7 zu verbinden. Es ist gerade durch die besondere Materialwahl der beiden rostfreien Abschnitte 7 und 8 möglich, vorab eine Härtung des Abschnittes 8 zu bewirken oder aber nach der Verbindung der beiden Abschnitte 7 und 8. Gerade durch den besonderen Kohlenstoffanteil ist es in einfacher Weise möglich geworden, eine Härtung in einem Bandofen durchzuführen, so daß eine industrielle Fertigung großer Massen gewährleistet ist. Ferner ist auch eine induktive Härtung des zweiten Ab­ schnittes 8 durchaus denkbar.

Die beiden Abschnitte 7 und 8 des Schaftes 2 werden an ihren einander zugewandten Endbereichen (dargestellt durch die Linie 9) miteinander verbunden. Diese Trennebene kann so gelegt werden, daß das Gewinde 6 über beide Abschnitte 7 und 8 geführt wird, so daß also nach der gegenseitigen Ver­ bindung der beiden Abschnitte 7 und 8 das Gewinde erst hergestellt wird. Es ist aber auch denkbar, diesen Verbindungsbereich so vorzusehen, daß beim Abschnitt 8 lediglich der Bohrteil 5 und beim Abschnitt 7 der Schaft 2 mit dem aufgewalzten Gewinde 6 vorhanden ist.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Bohrteil 5 als Bohrplättchen ausgebildet ist, welches in einen entsprechenden Schlitz am freien Ende des den Abschnitt 7 bildenden Schaftes 2 eingesetzt und in diesem Schlitz befestigt wird. Es ist somit der gesamte Schaft 2 samt dem Schraubenkopf 3 als Abschnitt 7 anzusehen, wogegen der Abschnitt 8 ausschließlich von dem als Bohr­ plättchen ausgebildeten Bohrteil 5 gebildet wird. Auch bei einer solchen Konstruktion können die be­ sonderen Vorteile der Materialwahl der beiden Abschnitte 7 und 8 optimal ausgenützt werden.

Im Rahmen der Erfindung kann ein selbstbohrender Befestiger jeder Art eingesetzt werden, wobei auch bei selbstbohrenden Schrauben 1 keinesfalls ein so großer Schraubenkopf 3 wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt vorgesehen werden muß. Es wäre auch denkbar, hier praktisch nur eine Art Schaft 2 vorzusehen, welcher an dem dem Bohrteil 5 abgewandten Ende mit einem Innenwerkzeug­ angriff versehen ist. Es wäre aber auch möglich, an diesem Ende der Schraube eine Art Zapfen mit Werkzeugangriff vorzusehen, wobei dieser Zapfen in der Außenabmessung gleich oder kleiner als der Gewindeaußendurchmesser ausgeführt ist.

Claims (7)

1. Selbstbohrender Befestiger aus rostfreiem Stahl mit einem an seinem einen Ende mit einem Werk­ zeugangriff und an seinem anderen Ende mit einem Bohrteil ausgebildeten Schaft, welcher gege­ benenfalls auf einem Teilabschnitt ein Gewinde aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft aus zwei Abschnitten (7, 8) rostfreien Materials gebildet ist, welche form-, stoff- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei der den Werkzeugangriff (4) und gegebenenfalls einen Gewin­ debereich aufweisende, erste Abschnitt (7) des Schaftes (2) aus einem rostfreien, rein ferritischen oder austenitischen Stahl oder einem rostfreien Duplexstahl und der zweite, als Bohrteil (5) ausge­ bildete oder den Bohrteil (5) aufweisende Abschnitt (8) des Schaftes (2) aus einem martensiti­ schen, rostfreien Stahl mit einem Kohlenstoff-Anteil von 0,04% bis 0,3% gebildet ist.

2. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (8) in einem Bandofen gehärtet ist.

3. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (8) induktiv ge­ härtet ist.

4. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der martensitische, rostfreie Stahl ei­ nen Anteil von 0,04% bis 0,3% Kohlenstoff und 8% bis 20% Chrom aufweist und weiters Antei­ le von Molybdän, Stickstoff, Mangan und Nickelt enthält.

5. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der martensitische, rostfreie Stahl ei­ nen Anteil von 0,1% Kohlenstoff und 11,6% Chrom aufweist und weiters 0,01% Stickstoff, 0,6% Mangan und 0,2% Nickel enthält.

6. Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Ab­ schnitt (7, 8) mittels Schweißen, Löten, Kleben, Fügen, Einpressen oder dergleichen miteinander verbunden sind.

7. Befestiger nach Anspruch 1 und einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser eine Oberflächenbehandlung durch Passivierung aufweist.