DE102007014407A1 - Schraube mit selbstfurchendem Gewinde mit einem Schaft aus korrosionsbeständigem Stahl und einer daran gefügten harten Spitze - Google Patents
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Abstract
elbstfurchendem Gewinde aus einem gehärteten, legierten Kohlenstoffstahl mit Legierungszusatz und einer harten Spitze. Die Spitze weist durch beim Locin dabei entstehendes Anlassen eine Härtezunahme auf Grund des Legierungszusatzes auf.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Schraube mit selbstfurchendem Gewinde mit einem Schaft aus korrosionsbeständigem Stahl und einer daran gefügten harten Spitze, die aus einem legierten Kohlenstoffstahl mit Legierungszusatz besteht.
- Eine derartige Schraube ist in der
DE 195 40 848 A1 offenbart. Diese Schraube wird in der genannten Druckschrift als aus rostfreiem Stahl bestehend beschrieben, deren Schaft aus austenitischem Stahl besteht und deren aus martensitaushärtenden Stahl bestehende Spitze als Legierungszusatz eine Reihe von möglichen Elementen zulegiert sind, nämlich Chrom, Nickel, Moledän, Titan, Mangan, Schwefel und Kupfer (siehe dort Ansprüche 4 und 5). Bezüglich der aus martensitaushärtendem Stahl bestehenden Spitze wird ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01% angegeben, was bedeutet, dass ein durch einen größeren Kohlenstoffgehalt härtbarer Stahl für die Spitze nicht verwendet wird. Beim Herstellen der bekannten Schraube wird die Spitze an den Schraubenschaft angeschmiedet und danach die Schraube bei ca. 475°C ausgelagert (siehe dort Spalte 3, Zeile 25), wobei die Spitze eine Auslagerungshärtung erfährt. Im Allgemeinen dauert eine derartige Auslagerung mehrere Stunden, währenddessen die Temperatur der Auslagerung konstant gehalten wird. - Wenn eine derartige Schraube zum Bohren und zum Gewindefurchen verwendet wird, dann wird die Schraube einer erheblichen Belastung ausgesetzt, die die Schraube normalerweise so stark erwärmt, dass während des Bohrvorganges ein kontinuierlicher Rückgang der Härte der Bohrspitze eintritt. Hierdurch wird die Funktionsfähigkeit und die Verwendbarkeit einer derartigen Schraube erheblich. eingeschränkt.
- Weiterhin ist eine selbstbohrende und selbstfurchende Schraube aus rostfreiem Stahl aus der
DE 100 33 471 C1 bekannt, deren Schaft aus einem rostfreien austenitischen Stahl und deren Bohrspitze aus einem martensitischen Stahl mit einem relativ hohen Kohlenstoffanteil besteht, der bis zu 0,3% reichen kann (siehe Anspruch 1). Die Spitze dieser Schraube ist bei deren Verwendung darum besonders gefährdet, weil beim Bohren und Furchen in der Spitze hohe Temperaturen bis max. ca. 600°C entstehen, durch die der vorher gehärtete Kohlenstoffstahl der Spitze seine Härte kontinuierlich verliert. Damit ist der Verwendungsbereich auch dieser Schraube erheblich eingeschränkt, da sie für besonders dicke Bleche und höhere Drehzahlen nur begrenzt einsetzbar ist. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraube gemäß den eingangs erwähnten Angaben zu schaffen, die bei ihrer Verwendung, also beim Bohren und Einfurchen, ihre notwendige Härte trotz erheblicher Temperaturzunahme behält und damit in einem weiten Bereich uneingeschränkt einsetzbar ist. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass die Spitze durch beim Lochformen erfolgende Erwärmung der Schraube und ein dabei entstehendes Anlassen eine Härtezunahme auf Grund des Legierungszusatzes aufweist.
- Als Legierungszusatz kommen folgende Elemente mit bestimmten Gewichtsprozenten in Frage, nämlich
Vanadium mit 0,1 bis 0,85 Gewichtsprozenten
Wolfram mit 0,05 bis 4,0 Gewichtsprozenten und
Kobalt mit 0,01 bis 10,0 Gewichtsprozenten. - Aufgrund der Einbeziehung der vorstehend genannten Elemente in einen Legierungszusatz ergibt sich der überraschende Effekt, dass bei der Benutzung der Schraube und der damit einhergehenden unvermeidbaren Erwärmung zunächst die Härte der Spitze geringfügig nachlässt, dann aber im Bereich von Temperaturen von 430°C bis ca. 600°C die Spitze ihre ursprüngliche Härte wieder erreicht, womit also die bei den bekannten Schrauben entstehende Unwirksamkeit wegen starker Härteabnahme vollständig vermieden wird.
- Es sei ergänzend darauf hingewiesen, dass der Legierungszusatz außer den genannten Elementen natürlich auch weitere bekannte und übliche Stoffe enthalten kann, insbesondere auch diese, die oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik genannt sind, die für die Veredelung von Stahl häufig angewendet werden. Der jeweilige Legierungszusatz enthält dann üblicherweise nicht nur einen oder mehrere der vorstehend angegebenen drei Elemente, sondern darüber hinaus auch noch weitere Stoffe, die sich erfahrungsgemäß günstig hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit von Stahl auswirken.
- Das Zusammensetzen der beiden die erfindungsgemäße Schraube bildenden Bestandteile, nämlich des korrosionsbeständigen Schaftes mit der harten Spitze, kann durch bekannte thermische Fügeverfahren, insbesondere durch Schweißen oder Löten, erfolgen.
- Bei dem Lochausformen kann es sich um ein Bohren oder ein Lochausweiten handeln, so dass die Spitze eine Bohrspitze oder eine lochausformende Spitze sein kann.
- Die Härtesteigerung der Spitze bei Herstellung der Schraube erfolgt zweckmäßig derart, dass nach dem Härten die Spitze bis maximal ca. 440°C angelassen wird. Um eine weitere Härtesteigerung (Randhärte) der Spitze zu ermöglichen, wird zweckmäßig die Spitze zusätzlich aufgekohlt oder karbonitriert.
- Das oben erwähnte Anlassen der Schraube beim Lochausformen ist dann ein zusätzlicher Vorgang, der erst dann eintritt, wenn die Schraube verwendet wird.
- Für das Herstellen der erfindungsgemäßen Schraube lässt sich vorteilhaft ein Verfahren verwenden, bei dem nach Zusammenfügen von Schaft und Spitze die Spitze gehärtet und danach beim Lochausformen und Gewindefurchen durch dabei entstehende Erwärmung angelassen wird.
- In der Figur ist in einem Diagramm dargestellt, wie sich die Härte von bekannten Schrauben und der erfindungsgemäßen Schraube bei zunehmender Erwärmung verhält.
- Die Figur zeigt ein Diagramm des Verlaufes der Härte einer bekannten Schraube und der erfindungsgemäßen Schraube. Auf der Abszisse des Diagramms ist die jeweilige Temperatur °C dargestellt, auf der Ordinate der sich jeweils einstellende Härtegrad HRC. Dabei zeigt die Linie
1 den Verlauf des Härtegrades bei bekannten Schrauben ohne den besonderen Legierungszusatz und die Linie2 den Verlauf der Härte der erfindungsgemäßen Scbraube. Daraus ergibt sich, dass mit zunehmender Temperatur die bekannte Schraube bereits bei 350° ihre ursprüngliche Härte verloren hat und demgemäß dann auch nicht mehr in der Lage ist, mit der erforderlichen Effektivität zu bohren und zu furchen. Demgegenüber zeigt die Linie2 den Verlauf des Härtegrades der erfindungsgemäßen Schraube, der zunächst bei der Benutzung mit zunehmender Temperatur geringfügig abfällt und im Bereich von 480°C bis ca. 600°C wieder ansteigt (Sekundärhärte). Bei max. ca. 600°C liegt auch die beim Bohren und Furchen mit der Schraube üblicherweise erreichte Temperatur. Infolgedessen kann die erfindungsgemäße Schraube die an sie gestellten Anforderungen ohne weiteres auch bei hoher Belastung erfüllen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19540848 A1 [0002]
- - DE 10033471 C1 [0004]
Claims (10)
- Schraube mit selbstfurchendem Gewinde mit einem Schaft aus korrosionsbeständigem Stahl und einer daran gefügten harten Spitze, die aus einem gehärteten, legierten Kohlenstoffstahl mit Legierungszusatz besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze durch beim Lochausformen erfolgende Erwärmung der Schraube und ein dabei entstehendes Anlassen eine Härtezunahme auf Grund des Legierungszusatzes aufweist.
- Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungszusatz Vanadium mit 0,1 bis 0,85 Gewichtsprozenten enthält.
- Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungszusatz Wolfram mit 0,05 bis 4,0 Gewichtsprozenten enthält.
- Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungszusatz Kobalt mit 0,01 bis 10,0 Gewichtsprozenten enthält.
- Schraube nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungszusatz mindestens zwei der Elemente gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 enthält.
- Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze eine Bohrspitze ist.
- Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze eine lochausformende Spitze ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze gehärtet und im Bereich von 480°C bis 600°C angelassen wird.
- Verfahren zum Herstellen einer Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze zusätzlich aufgekohlt oder karbonitriert wird.
- Verfahren zum Herstellen einer Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zusammenfügen von Schaft und Spitze die Spitze gehärtet und danach beim Lochausformen und Gewindefurchen durch dabei entstehende Erwärmung angelassen wird.
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