DE102008041391A1 - High strength bolt has bainite structure produced by austempering which extends across whole cross-section of the bolt and increases its tensile strength - Google Patents

High strength bolt has bainite structure produced by austempering which extends across whole cross-section of the bolt and increases its tensile strength

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DE102008041391A1
DE102008041391A1 DE102008041391A DE102008041391A DE102008041391A1 DE 102008041391 A1 DE102008041391 A1 DE 102008041391A1 DE 102008041391 A DE102008041391 A DE 102008041391A DE 102008041391 A DE102008041391 A DE 102008041391A DE 102008041391 A1 DE102008041391 A1 DE 102008041391A1
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Horst Dieterle
Gunther Dr. Hartmann
Hermann Köhler
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Kamax-Werke Rudolf Kellermann & Co KG GmbH
KELLERMANN FA RUDOLF
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KAMAX-WERKE RUDOLF KELLERMANN GMBH & CO. KG
KELLERMANN FA RUDOLF
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS, WEDGES, JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS, WEDGES, JOINTS OR JOINTING
    • F16B33/00Features common to bolt and nut
    • F16B33/02Shape of thread; Special thread-forms
    • F16B2033/04Shape of thread; Special thread-forms in view of tensile load

Abstract

High strength bolt (2) has a bainite structure produced by austempering. This extends across the whole cross-section of the bolt and gives it a tensile strength of at least 1400 N/mm 2>. Independent claims are included for: (A) bolted joints comprising the bolt and components (3, 4) held together by it; (B) a method of making the bolt comprising austempering to produce the desired bainite structure; and (C) a method for assembling the bolted joint in which the bolt is first tightened above its elastic limit, producing an increased elastic limit, and then tightening to this new elastic limit.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
  • Die Erfindung betrifft eine hochfeste Schraube, eine Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil, ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Schraube sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil, bei denen die Schraube ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge aufweist. The invention relates to a high strength screw, a screw connection with a high-strength screw and a component, a method for manufacturing a high-strength bolt, and a method for producing a screw connection with a high-strength screw and a component in which the screw has a signal generated by austempering bainite structure.
  • Unter hochfesten Schrauben wurden bisher im Stand der Technik Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8, 10.9 und 12.9 verstanden. High-strength screw bolts of classes 8.8, 10.9 and 12.9 have been understood in the art.
  • STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
  • Aus Out ist das Zwischenstufenvergüten als Vergütungsverfahren für Stähle bekannt. the austemper as compensation method for steels is known. Beim Zwischenstufenvergüten wird das zu vergütende Teil ausgehend von der Härtetemperatur in einem Warmbad bis zum Umwandlungsablauf mit nachfolgender Abkühlung an der Luft oder im Wasser behandelt. When the austempering to be remunerated part is treated starting from the curing temperature in a warm bath until the conversion process with subsequent cooling in air or in the water. Hierdurch erübrigt sich das nachfolgende Anlassen des Teils. In this way, the subsequent tempering of the part is unnecessary. Die Temperatur des Warmbads wird so eingestellt, dass weder eine Perlit- noch eine Martensitbildung erfolgt. The temperature of the Warmbad is set so that neither pearlite nor martensite formation takes place.
  • Aus der britischen Patentschrift From British Patent GB 1 492 720 GB 1492720 ist eine hochfeste Schraube mit einem durch Zwischenstufenvergüten erzeugtem Bainitgefüge bekannt. discloses a high strength bolt having a produced by austempering bainite structure. Die Schraube weist dabei quer zu ihrer Längsachse mindestens zwei Zonen auf, die koaxial zu der Längsachse angeordnet sind. The screw in this case has transversely to its longitudinal axis at least two zones, which are arranged coaxially to the longitudinal axis. Die erste Zone bildet die Oberfläche der Schraube und besteht aus Bainit, während die zweite Zone im Kern der Schraube Ferritperlit aufweist. The first zone forms the surface of the screw and is composed of bainite, while the second zone comprises the core of the screw Ferritperlit. Die Schraube kann einen Kohlenstoffgehalt von 0,15 oder 0,18 Gewichtsprozent aufweisen. The screw may have a carbon content of 0.15 or 0.18 weight percent.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung From the European Patent Application EP 1 728 883 A1 EP 1728883 A1 ist eine hochfeste Schraube mit einer Festigkeit von 1200 N/mm 2 oder mehr bekannt. discloses a high strength bolt having a strength of 1200 N / mm 2 or more. Die Schraube weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,5 oder mehr Gewichtsprozent auf. The screw has a carbon content of 0.5 or more percent by weight. Der als Ausgangsmaterial dienende Draht wird zur Schraube umgeformt und danach bei einem Temperaturbereich von 100°C bis 500°C angelassen. Serving as the starting material wire is converted to the screw, and then annealed at a temperature range of 100 ° C to 500 ° C. Die Schraube kann in einem kleinen Teil ein Bainitgefüge aufweisen. The screw may have a bainite structure in a small part.
  • Aus der From the ist eine hochfeste Schraube mit einer Zugfestigkeit von 1600 N/mm 2 bekannt. discloses a high strength bolt having a tensile strength of 1600 N / mm 2. Die Schraube wird aus einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl, genauer gesagt einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 bis 0,85%, hergestellt. The screw is made of a high carbon steel, specifically a steel having a carbon content from 0.8 to 0.85% was prepared.
  • Aus der From the ist ein Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt und einem Bainitgefüge bekannt. discloses a steel with a low carbon content and a bainite structure. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Langschaft-Kugelzapfen (”steering rod”). An example of application, a long shaft Ball stud ( "steering rod").
  • Aus einem Vortrag der ArcelorMittal am 19.10.2007 bei der Anmelderin in Homberg/Ohm ist eine hochfeste Schraube mit einem Bainitgefüge bekannt, die ohne eine Vergütungsbehandlung aus einem bainitschen Stahl hergestellt wird. From a lecture of ArcelorMittal on 19/10/2007 by the applicant in Homberg / Ohm, a high strength bolt having a bainite structure, is known, which is produced without an annealing treatment from an bainitschen steel.
  • Aus dem taiwanesischen Patent From the Taiwan Patent TW 553 786 TW 553786 ist eine Schraube mit einer Festigkeitsklasse 14.99 bekannt. discloses a screw with a strength class 14.99. Eine solche Schraube ist weiterhin aus der Such a screw is further from the TW 1 253 656 TW 1253656 bekannt. known.
  • Ein Verfahren zur Reduzierung von Toleranzen der Vorspannkräfte an der Streckgrenze bei einer Schraube ist aus der deutschen Patentanmeldung A method for reducing tolerances of the biasing forces on the yield strength at a screw is known from the German patent application DE 103 26 898 A1 DE 103 26 898 A1 bekannt. known. Die Schraube kann thermisch vergütet sein. The screw can be thermally tempered. Die Schraube wird auf eine definierte Reck-Vorspannkraft oberhalb einer Steckgrenze plastifiziert, wobei das Recken mit einer Zugkraft erfolgt, die aus einem aus Zug- und Torsionsspannung zusammengesetzten Spannungszustand resultiert. The screw is plasticized to a defined stretching biasing force above a yield point, wherein the stretching is performed with a tensile force, resulting from a composite from tensile and torsional stress state. Zur Realisierung der definierten Zugkraft wird die Vorspannkraft in einer Reckvorrichtung exakt gemessen und die Längenänderung jeder einzelnen Schraube kontrolliert, um sicherzustellen, dass in jedem Fall eine plastische Verformung beim Vorrecken stattgefunden hat. For the realization of traction defined the biasing force is measured in a stretching device accurately and control the change in length of each screw in order that in any case a plastic deformation has taken place at the pre-stretching ensure.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochfeste Schraube, eine Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil, ein Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Schraube sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil bereitzustellen, bei denen die Schraube eine besonders hohe Zugfestigkeit bei einer sehr guten Duktilität besitzt. The object of the invention is based on a high-strength bolt, a screw connection with a high-strength screw and a component, a method for manufacturing a high-strength bolt, and a method for producing a screw connection with a high-strength screw and a component to provide, in which the screw is a particularly has high tensile strength at a very good ductility.
  • LÖSUNG SOLUTION
  • Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 10, 11 bzw. 12 gelöst. The object of the invention is achieved with the features of independent claims 1, 10, 11 and 12 respectively.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • Die Erfindung betrifft eine hochfeste Schraube, die ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge aufweist, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube erstreckt, wobei die Schraube eine Zugfestigkeit R m von mindestens 1400 N/mm 2 besitzt. The invention relates to a high strength bolt that has a signal generated by austempering bainite structure which extends substantially across the entire cross section of the screw, wherein the screw has a tensile strength R m of at least 1400 N / mm 2.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schraubverbindung mit einer oberhalb beschriebenen hochfesten Schraube und einem Bauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen der Schraubverbindung. The invention further relates to a screw connection with an above-described high-strength screw and a component and a method for producing the screw. Das Verfahren weist dabei die Schritte des ersten Anziehens der Schraubverbindung bis über die die Streckgrenze R eS1 hinaus, woraus eine erhöhte Streckgrenze R eS2 der Schraube resultiert, und des zweiten Anziehens der Schraubverbindung mindestens bis zur erhöhten Streckgrenze R eS2 zur Herstellung der Schraubverbindung auf. The method in this case has the steps of first tightening of the screw connection to beyond the yield strength R ES1 addition, resulting in an increased yield strength R ES2 results of the screw, and the second tightening of the screw connection at least to the high yield strength R ES2 for the production of the screw on.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer oberhalb beschriebenen hochfesten Schraube. The invention also relates to a method for producing a high-strength screw described above.
  • Die erfindungsgemäße hochfeste Schraube weist aufgrund des durch Zwischenstufenvergüten erzeugten Bainitgefüges eine sehr hohe Bruchfestigkeit bei einer sehr hohen Duktilität auf. The high strength screw according to the invention has a very high tensile strength with a very high ductility due to the generated by austempering bainite structure. Diese hohe Duktilität oder Zähigkeit unterscheidet das Bainitgefüge wesentlich von einem Martensitgefüge, welches im Stand der Technik in bekannter Weise durch Härten mit anschließendem Anlassen erzeugt wird. This high ductility or toughness differs significantly from the bainite structure to a martensite structure, which is generated in the art in a known manner by hardening with subsequent tempering. Bei dem Zwischenstufenvergüten erfolgt die Härtung stattdessen durch ein schnelles Abkühlen aus der Austenitphase durch eine isothermische Gefügeumwandlung in der Bainitstufe. In the austemper curing is carried instead by a rapid cooling from the austenite phase by an isothermal structural transformation in the bainite. Dabei verweilt das Teil, insbesondere die Schraube, bei einer isothermen Temperatur im Salzbad, bis die Gefügeumwandlung vom Austenit zum Bainit über den gesamten Querschnitt abgeschlossen ist. In this case remains the part, especially the screw, at an isothermal temperature in the salt bath until the microstructural transformation from austenite to bainite is completed over the entire cross-section. Der bei der martensitischen Härtung erforderliche Anlassvorgang entfällt. The required when martensitic hardening starting process is eliminated. Damit wird auch die Neigung zum Härteverzug verringert. Hence the tendency to hardening distortion is reduced.
  • Mit dem Bainitisieren entfällt die direkte Gefügeumwandlung zu Martensit und damit die schroffe Gitterumwandlung mit hohen Gitterspannungen. With the bainitizing direct structural transformation to martensite and the rugged lattice transformation with high grid voltages is eliminated. Dies bedeutet, dass sich die Teile mit Bainitgefüge durch extrem hohe Festigkeitswerte in Verbindung mit maximalen Zähigkeitskennwerten auszeichnen. This means that the parts are distinguished by extremely bainite structure with high strength values ​​in conjunction with maximum strength characteristics.
  • Als Ausgangsmaterial für die Schraube mit Bainitgefüge eignen sich insbesondere legierte Stähle mit sehr guter Härtbarkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit. As starting material for the screw with bainite in particular alloyed steels are with very good hardenability and good formability. Die aus der Literatur für das Bainitisieren bevorzugten Stähle weisen demgegenüber einen relativ hohen Kohlenstoffgehalt auf und sind nur begrenzt umformbar. In contrast, the fictional preferred for the austempering steels have relatively high carbon content and are only limited formability. Für die erfindungsgemäßen Schrauben werden Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5%, insbesondere von etwa 0,3% bis 0,4% bevorzugt. For the inventive screw steels with a carbon content of less than 0.5%, particularly from about 0.3% to 0.4% preferred. Ein bevorzugtes konkretes Ausgangsmaterial ist ein legierter Edelstahl, insbesondere 34CrNiMo6 (Werkstoff-Nr. 1.6582). A preferred specific starting material is an alloyed steel, in particular 34CrNiMo6 (material no. 1.6582). Dieser weist eine sehr gute Kaltumformbarkeit auf. This has a very good cold formability. Die besondere Eignung des Werkstoffs ergibt sich aus dem Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm (”ZTU-Diagramm”). The particular suitability of the material results from the time-temperature-transformation diagram ( "TTT diagram"). Besonders Werkstoffe mit einer kleinen oberen kritischen Abkühlgeschwindigkeit bzw. solche Werkstoffe, die im ZTU-Diagramm durch eine Lage der Bainit-Umwandlungslinie (”Bainit-Umwandlungsnase”) bei großen Zeiten charakterisiert sind, eignen sich für das erfindungsgemäße bainitische Vergütungsverfahren. Especially materials with a small upper critical cooling rate or those materials that the TTT diagram by a layer of bainite transformation line ( "bainite transformation nose") are characterized in great times, suitable for the novel bainitic refund procedure. Hierdurch lässt sich die extrem hohe Zugfestigkeit R m von mindestens 1400 N/mm 2 bei sehr guter Duktilität erreichen. In this way, the extremely high tensile strength R m of at least 1400 N / mm 2 can be achieved with very good ductility. Die Bruchdehnung A liegt dabei bei einer Festigkeit von etwa 1600 N/mm 2 bei zwischen etwa 10 bis 18%, bevorzugt zwischen etwa 12 bis 14%. The elongation at break A lies at a strength of about 1600 N / mm 2 at between about 10 to 18%, preferably between about 12 to 14%. Die entsprechende Bruchdehnung liegt bei Schrauben der Festigkeitsklasse 12.9 des Stands der Technik bei nur etwa 8%. The corresponding elongation is 12.9 of the prior art is only about 8% for screws of grade. Die Brucheinschnürung Z liegt bei den erfindungsgemäßen Schrauben bei einer Festigkeit von etwa 1600 N/mm 2 bei etwa 50% oder mehr. The break Z is the inventive coil at a strength of about 1600 N / mm 2 at about 50% or more.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, dass bei dem neuen Vergütungsverfahren keine besonderen Anforderungen hinsichtlich des Gefüge- oder Wärmebehandlungszustands des Ausgangsmaterials bestehen, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. It is also advantageous that in the new remuneration methods are no special requirements in terms of microstructure and heat treatment state of the starting material, as is the case in the prior art. Zur Verbesserung der Werkzeugstanzzeiten bei der Kaltumformung kann es sinnvoll sein, das Ausgangsmaterial der Schraube – dh den Draht – z. To improve the tool dancing times during the cold forming, it may be useful to the starting material of the screw - that is, the wire - z. B. durch Glühen vorzubehandeln. B. pretreat by annealing.
  • Ein Beispiel für eine konkrete Anwendung der hochfesten Schraube ist eine Pleuelschraube eines Kraftfahrzeugs. An example of a concrete application of the high strength screw is a conrod a motor vehicle.
  • Die erfindungsgemäßen Schrauben weisen insbesondere ein Streckgrenzverhältnis von weniger als 90%, insbesondere 85% und bevorzugt 80% auf. The screws of the invention have in particular a yield ratio of less than 90%, in particular 85%, preferably 80%. Unter dem Streckgrenzverhältnis wird das Verhältnis der Streckgrenze bzw. der 0,2%-Dehngrenze zur Bruchfestigkeit verstanden. Under the yield ratio, the ratio of the yield strength or 0.2% proof stress is understood to fracture strength. Schrauben des Stands der Technik weisen üblicherweise ein Streckgrenzverhältnis von 90% auf. Screws of the prior art usually have a yield ratio of 90%. Schrauben hoher Festigkeitsklassen werden zur optimalen Ausnutzung bis über die Streckgrenze hinaus angezogen, wobei die Schraube elastisch-plastisch verformt wird. high strength classes screws are tightened for optimum utilization to above the yield point, the screw being elastic-plastically deformed. Das Maß der zulässigen plastischen Verformung wird durch die Duktilität der Schraube bestimmt. The degree of permitted plastic deformation is determined by the ductility of the screw. Bei erfindungsgemäßen Schrauben kann aufgrund des reduzierten Streckgrenzverhältnisses eine größere plastische Verformung beim Anziehen der Schraubverbindung ohne Zerstörung der Schraube erreicht werden, als dies im Stand der Technik der Fall ist. In the present invention coil due to the reduced yield ratio greater plastic deformation during tightening of the screw without damaging the screw can be achieved than is the case in the prior art. Besonders bevorzugte neue Festigkeitsklassen der erfindungsgemäßen Schraube sind somit 14.8, 15.8, 16.8 und 17.8. Particularly preferred new strength classes of the screw according to the invention are thus 14.8, 15.8, 16.8 and 17.8.
  • Bei der neuen extrem hochfesten Schraube mit einer Festigkeitsklasse von mehr als 12.9 kommt mit Blick auf die Gefahr der Wasserstoffversprödung eine Beizbehandlung oder Phosphatierung nicht in Frage. The new ultra-high-strength screw with a strength class of more than 9.12, a pickling treatment or phosphating is out of the question in view of the risk of hydrogen embrittlement. Solche Verfahren werden üblicherweise im Stand der Technik zur Erzielung gleichmäßiger Reibungszahlen zur Beschichtung der Schraube durchgeführt. Such processes are typically performed in the prior art for achieving uniform coefficients of friction for the coating of the screw. Beim Phosphatieren wird in einem nasschemischen Prozess eine kristalline Schicht, z. When phosphating in a wet chemical process is a crystalline layer, z. B. aus Zinkphosphat, auf die Schraube aufgebracht, die entweder direkt die gewünschten Reibungszahlen einstellt oder aber als Trägerschicht für weitergehende Oberflächenbehandlungen dient. As of zinc phosphate, applied to the screw, which adjusts either directly the desired coefficient of friction, or serves as a carrier layer for further surface treatments. Ein Nachteil des Phosphatierens liegt in der Verwendung von sauren Chemikalien während des Prozesses. A disadvantage of the phosphating lies in the use of acidic chemicals during the process. Hierdurch besteht die Gefahr der Wasserstoffeinbringung in den Schraubenwerkstoff mit dem nachfolgenden Risiko der Wasserstoffversprödung und/oder des Entstehens von Beizporen, die die Dauerfestigkeit der Schraube negativ beeinflussen. In this way, there is a risk of the hydrogen introduced into the screw material with the subsequent risk of hydrogen embrittlement and / or the emergence of Beizporen which adversely affect the fatigue strength of the screw. Dieses Risiko steigt mit der Festigkeit an. This risk increases with strength. Zudem ergeben sich bei dem erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Werkstoff aufgrund seines hohen Anteils an Legierungselementen Probleme mit der Haftung der Phosphatschicht auf dem Grundmaterial. Also arise in the present invention are preferably used material due to its high content of alloying elements, problems with the adhesion of the phosphate layer on the base material.
  • Bei den erfindungsgemäßen Schrauben werden daher andere Beschichtungs- bzw. Schmiermittel eingesetzt. The inventive screw therefore other coating or lubricant can be used. Vorzugsweise werden Gleitlacke eingesetzt, die die oberhalb beschriebenen Nachteile nicht besitzen. Preferably bonded coatings are used which do not have the disadvantages described above. Bei der Auswahl geeigneter Gleitlacke ist die Haftung des Gleitlacks auf metallisch blanken Oberflächen von entscheidender Bedeutung. In selecting appropriate anti-friction coatings, the adhesion of the bonded coating on bare metal surfaces is of crucial importance. Es hat sich gezeigt, dass Gleitlacke mit einem Polymerschmiermittel besonders geeignet sind, da sie insbesondere auch gleichmäßige Reibungzahlen bei Mehrfachanzug erlauben. It has been shown that friction coatings are particularly suitable with a polymer lubricant, as they in particular also allow uniform friction coefficients for multiple suit. Besonders vorteilhaft und umweltschonend sind wasserlösliche Gleitlacke. Particularly advantageous and environmentally friendly, water-soluble solid film lubricants. Als Schmierstoffe können weiterhin MoS, MoS 2 , Graphit, Polyethylen oder ein andere Polymere verwendet werden. As lubricants MoS further, MoS 2, graphite, polyethylene or other polymers may be used.
  • Die erfindungsgemäße Schraube weist überwiegend ein bainitisches Gefüge auf, welches durch Bainitisieren hergestellt wurde. The screw according to the invention mainly comprises a bainite structure, which has been produced by austempering. Bainitisieren wird auch als Zwischenstufenvergüten bezeichnet. Bainitizing is also known as austempering. Unter dem ”überwiegenden” Vorliegen des Bainitgefüges bzw. des sich ”im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt” der Schraube erstreckenden Bainitgefüges ist zunächst zu verstehen, dass nicht lediglich definierte Schichten (dh nur Teile) des Querschnitts der Schraube dieses Bainitgefüge aufweisen. Under the "predominant" or the presence of the bainite structure is "substantially over the entire cross-section" of the screw extending bainite structure is first necessary to understand that not only defined layers (ie, only parts) having the cross section of the screw of this bainite structure. Es ist jedoch nicht darunter zu verstehen, dass geringe Teile eines anderen Gefüges – z. However, it is not to be understood that small parts of another structure - eg. B. Martensit oder Restaustenit – die Verwirklichung des Merkmals des sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube erstreckenden Bainitgefüges verlassen. B. martensite or austenite - realizing the feature of substantially leave bainite extending over the entire cross-section of the screw. Das Bainitgefüge kann sowohl aus Gefügeanteilen des oberen als auch des unteren Bainits oder auch des körnigen Bainits bestehen. The bainite structure can consist of structural units of the upper and of the lower bainite or the granular bainite. Zusätzlich können geringe Anteile von Martensit gezielt eingestellt werden, dh Anteile von weniger als 15%, Anteile von etwa 10% oder weniger, insbesondere Anteile zwischen 8% und 11%, bevorzugt Anteile zwischen etwa 3% bis 5%. In addition, small amounts of martensite can be specifically adjusted, that is, play of less than 15%, amounts of about 10% or less, in particular of play between 8% and 11%, preferably shares between about 3% to 5%. Diese Anteile beziehen sich auf die Flächenanteile des Martensits in einer durchschnittlichen Querschnittsfläche der Schraube. These proportions are based on the area ratios of martensite in an average cross-sectional area of ​​the screw. Durch den Martensitanteil wird die Bruchfestigkeit erhöht, wobei der Bainitanteil hoch genug bleibt, um die gewünschte hohe Duktilität zu erreichen. By the martensite, the breaking strength is increased, the bainite content remains high enough to achieve the desired high ductility.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung mit einer zuvor beschriebenen hochfesten Schraube und einem Bauteil erfolgt das Anziehen der Schraubverbindung in zwei aufeinander folgenden Schritten, nämlich einem ersten Anziehen der Schraubverbindung und einem zweiten Anziehen der Schraubverbindung. In the inventive method for producing a screw connection with a high-strength screw and a component described above, the tightening of the screw connection takes place in two successive steps, namely a first tightening of the screw connection and a second tightening the screw connection. Beim ersten Anziehen der Schraubverbindung befindet sich die Schraube bereits an bzw. in dem Bauteil, welches mittels der Schraubverbindung verbunden werden soll. In the first tightening the screw connection the screw is already at or in the component which is to be connected by means of the screw connection. Es findet also keine zusätzliche Mess- oder Prüfeinrichtung Anwendung. Thus, there is no additional measuring or testing device application. Bei dem ersten Anziehen der Schraubverbindung handelt es sich um den sogenannten ”Trainieranzug”. In the first tightening the screw connection is the so-called "Trainieranzug". Bei diesem Trainieranzug wird die Schraube bzw. die Schraubverbindung bis über die Streckgrenze R eS1 hinaus angezogen. In this Trainieranzug the screw or the screw connection is to beyond the yield strength R attracted ES1 addition. Aufgrund der daraufhin eintretenden Kaltverfestigung resultiert eine erhöhte Streckgrenze Rest sowie eine erhöhte Bruchfestigkeit der Schraube. Due to the then occurring strain hardening results in an increased yield strength radical and an increased breaking strength of the screw.
  • Dabei kann die im Vergleich zu einer konventionell vergüteten Schraube deutlich größere Gleichmaßdehnung vorteilhaft genutzt werden, da die Schraube über die Streckgrenze hinaus deutlich weiter gedehnt werden kann, ohne dass die Schraube im Querschnitt einschnürt. In this case, much larger uniform elongation be used to advantage in comparison to a conventional screw, the tempered, since the screw can be further expanded well beyond the yield point, without the screw constricts in cross section. Sowohl die absoluten Werte wie auch die Toleranzen der Anzugsparameter insbesondere des Drehwinkels bei einem Winkelanzug oder einem kombinierten Drehmoment/Winkelanzug können dadurch deutlich größer gewählt werden. Both the absolute values ​​as well as the tolerances of the tightening parameters, in particular the angle of rotation at an angle suit or a combined torque / angular tightening may thereby be selected to be much larger.
  • Aus dem Trainieranzug resultiert eine deutlichere scharfkantigere Ausprägung des Übergangs von einer elastischen zu einer elastisch-plastischen Verformung. From the results Trainieranzug scharfkantigere a clearer expression of the transition from elastic to an elastic-plastic deformation. Da sich das Erreichen der Streckgrenze in der Praxis erst mit leichter Verzögerung zeigt, bietet sich insbesondere die Bezugnahme auf die 0,2%-Dehngrenze R p0,2 an. Since reaching the yield point in practice only shows a slight delay, in particular the reference offers to the 0.2% yield strength Rp0.2 at. Dies bedeutet, dass das erste Anziehen der Schraubverbindung vorzugsweise bis über die 0,2%-Dehngrenze R p0,2 hinaus und das zweite Anziehen der Schraubverbindung mindestens bis zur erhöhten 0,2%-Dehngrenze R p0,2 erfolgt. This means that the first tightening the screw connection preferably up to about 0.2% proof stress R p0.2 addition, and the second tightening the screw connection at least to the increase in 0.2% proof stress R p0.2 is performed. Somit ist sichergestellt, dass jeweils eine plastische Verformung stattfindet. This ensures that in each case a plastic deformation takes place.
  • Das Anziehen der Schraubverbindung kann streckgrenzgesteuert und/oder drehwinkelgesteuert ausgeführt werden. The tightening of the screw connection can be executed yield point controlled and / or angle of rotation controlled. Am sichersten lässt sich der gewünschte Grenzwert (Streckgrenze bzw. 0,2%-Dehngrenze) über eine Kombination aus Drehmoment- und winkelgesteuertem Anzug erreichen. The safest, the desired limit (yield strength or 0.2% proof stress) via a combination of torque and winkelgesteuertem suit can be achieved.
  • Das erste Anziehen der Schraubverbindung erfolgt vorzugsweise ohne Berücksichtigung der Vorspannkraft. The first tightening the screw connection is preferably carried out without consideration of the biasing force. Dies bedeutet, dass das erste Anziehen der Schraube ohne eine Messung oder Erzeugung einer zahlenmäßig bestimmten – dh definierten – Vorspannkraft erfolgt. This means that the first tightening screw of a numerically determined without a measurement or generation - that is defined - biasing force is effected. Eine solche genaue Einstellung der Vorspannkraft ist nicht erforderlich. Such precise adjustment of the biasing force is not required. Es geht lediglich darum, den Bereich der elastisch-plastischen Verformung im Trainieranzug zu erreichen, so dass die gewünschte Kaltverfestigung der Schraube eintritt. It merely requires to reach the region of the elastic-plastic deformation in the Trainieranzug, so that the desired hardening of the screw occurs. Bei bestimmten Verbindungen, wie z. In certain compounds, such. B. Pleueln, bei denen die Verbindung bereits zur präzisen, mechanischen Fertigbearbeitung des Pleuelauges ein erstes Mal verschraubt wird, kann der Trainieranzug vorteilhaft und ohne Mehrkosten bereits in diesem ohnehin notwendigen Schritt durchgeführt werden. B. connecting rods, where the connection is already screwed for precision mechanical finish of the connecting rod a first time, the Trainieranzug can already be carried out in any case necessary, this step advantageously and without any additional costs. Dabei wird außerdem vorteilhaft ausgenutzt, dass die Schraube im Endanzug bei der Montage der Pleuel die gleiche, erhöhte Streckgrenze und damit auch die gleiche Vorspannung wie im Trainieranzug wieder erreicht. In this case, it is also advantageously utilized in the final tightening the screw reaches the same, increased yield, and thus the same bias voltage as in Trainieranzug again during assembly of the connecting rod.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Advantageous further developments of the invention emerge from the patent claims, the description and the drawings. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introductory description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively without the benefits need to be achieved by embodiments of the invention. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Other features are the drawings - can be seen - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to one another and their relative arrangement and operative connection. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different patent claims is likewise deviating from the selected back-references of the claims and is hereby suggested. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. This also relates to features which are illustrated in separate drawings or are mentioned in their description. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. These features may also be combined with features of different claims. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Likewise, features listed in the claims for other embodiments of the invention may be omitted.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained with reference shown in the figures and described preferred embodiments.
  • 1 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der neuen Schraubverbindung mit einer hochfesten Schraube und einem Bauteil. shows a first embodiment of the novel screw joint with a high strength and a screw member.
  • 2 2 zeigt ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm der neuen Schraubverbindung beim Erst- und Zweitanzug. shows a schematic stress-strain curve of the new screw at first and second set.
  • 3 3 zeigt ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm der neuen Schraube im Vergleich zu konventionell vergüteten Schrauben. shows a schematic stress-strain curve of the new screw as compared to conventionally tempered screws.
  • FIGURENBESCHREIBUNG DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • 1 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schraubverbindung shows a first embodiment of a screw 1 1 mit einer hochfesten Schraube with a high-strength bolt 2 2 sowie einem ersten Bauteil as well as a first component 3 3 und einem zweiten Bauteil and a second component 4 4 . , Die Schraube The screw 2 2 weist einen Kopf has a head 5 5 , einen Schaftabschnitt , A shank portion 6 6 und einen Gewindeabschnitt and a threaded portion 7 7 mit einem Außengewinde with an external thread 8 8th auf. on. Das erste Bauteil The first component 3 3 weist eine Bohrung has a bore 9 9 und das zweite Bauteil and the second component 4 4 eine Bohrung a bore 10 10 auf. on. Die Bohrung the hole 10 10 weist ein zum Außengewinde has an external thread for 8 8th der Schraube the screw 2 2 korrespondierendes Innengewinde corresponding internal thread 11 11 auf. on. Über die ineinander eingreifenden Gewinde About the interlocking thread 8 8th , . 11 11 und die Kopfauflagefläche and the head bearing surface 12 12 des Kopfs of the head 5 5 der Schraube the screw 2 2 wird die für die sichere Schraubverbindung is responsible for the safe screw 1 1 erforderliche Klemmkraft erzielt. required clamping force achieved.
  • Bei der Schraube In the screw 2 2 handelt es sich um eine extrem hochfeste Schraube mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1400 N/mm 2 . If it is an extremely high-strength bolt having a tensile strength of at least 1400 N / mm 2. Die Schraube The screw 2 2 weist ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge auf, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube includes a signal generated by austempering bainite structure, which extends substantially over the entire cross section of the screw 2 2 erstreckt. extends. Die Schraubverbindung the screw connection 1 1 wurde zunächst im Rahmen eines Trainieranzugs angezogen, wobei die Schraube was initially grown under a Trainieranzugs, said screw 2 2 bis über ihre Streckgrenze hinaus angezogen wurde. was attracted to above its yield point. Zum endgültigen Herstellen der Schraubverbindung For the final making up the threaded 1 1 erfolgte dann das zweite Anziehen der Schraubverbindung then carried out the second tightening the screw connection 1 1 mindestens bis zu der aus dem Trainieranzug resultierenden erhöhten Streckgrenze. at least up to the resultant from the Trainieranzug high yield strength.
  • 2 2 zeigt ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm der erfindungsgemäßen Schraubverbindung shows a schematic stress-strain curve of the screw according to the invention 1 1 beim Erst- und Zweitanzug. the first and second suit. Es ist erkennbar, dass der erste Anzug bis über die Streckgrenze bzw. die 0,2%-Dehngrenze hinaus erfolgt, woraus aufgrund der eintretenden Kaltverfestigung der Schraube It can be seen that the first tightening is carried out to above the yield strength or 0.2% proof stress addition, resulting due to the incoming cold working of the screw 2 2 eine erhöhte Streckgrenze resultiert. an increased yield strength results. Diese erhöhte Streckgrenze wird dann beim zweiten Anzug genutzt, der wiederum bis in den elastisch-plastischen Verformungsbereich hinein erfolgt. This increased yield strength is then used in the second suit, which in turn is carried into the elastic-plastic deformation region into it. Weiterhin ist in Furthermore, in 2 2 gut erkennbar, dass der Kurvenverlauf beim zweiten Anzug aufgrund des durchgeführten ersten Anzugs deutlich scharfkantiger ausgebildet ist, so dass das Verlassen des rein elastischen Verformungsbereich beim Anziehen besser bemerkbar ist. well seen that the curve at the second tightening due to the conducted first suit is formed significantly sharp-edged, so that leaving the pure elastic deformation region when tightening is more noticeable.
  • 3 3 ist ein schematisches Spannungs-Dehnungs-Diagramm, welches das Verhalten der erfindungsgemäßen Schraubverbindung is a schematic stress-strain diagram showing the behavior of the bolted connection according to the invention 1 1 dem einer konventionell vergüteten Schraube gegenüberstellt. facing to conventionally tempered screw. Dabei ist der an sich praxisrelevante Vergleichsmaßstab eine konventionell vergütete Schraubverbindung einer geringeren Festigkeitsklasse (strichpunktierte Linienführung), da konventionell vergütete Schrauben einer Festigkeit von mehr als 1400 N/mm 2 im praxisrelevanten Stand der Technik nicht vorkommen. Here, the practically relevant per se standard of comparison is a conventional screw-coated lower strength class (dot-dash lines), as conventionally treated screws a strength greater than 1400 N / mm 2 in the practically relevant prior art does not occur. Für den systematischen Vergleich wurde dennoch eine entsprechende Kurve (gestrichelte Linienführung) eingezeichnet. For the systematic comparison but a corresponding curve (dashed lines) was located. Es ist in It is in 3 3 erkennbar, dass die erfindungsgemäß bainitisch vergütete Schraube be appreciated that the present invention is bainitic coated screw 2 2 eine extrem hohe Festigkeit bei einer sehr großen Duktilität aufweist. has an extremely high strength with a very large ductility. Dies zeigt sich im scharfkantigen Linienverlauf und der sehr großen Gleichmaßdehnung. This is reflected in the sharp curve and the very large uniform elongation.
  • 1 1
    Schraubverbindung screw
    2 2
    Schraube screw
    3 3
    Bauteil component
    4 4
    Bauteil component
    5 5
    Kopf head
    6 6
    Schaftabschnitt shank portion
    7 7
    Gewindeabschnitt threaded portion
    8 8th
    Außengewinde external thread
    9 9
    Bohrung drilling
    10 10
    Bohrung drilling
    11 11
    Innengewinde inner thread
    12 12
    Kopfauflagefläche Head support surface
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA is not liable for any errors or omissions.
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Claims (15)

  1. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ), dadurch gekennzeichnet , dass sie ein durch Zwischenstufenvergüten erzeugtes Bainitgefüge aufweist, welches sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube ( ), Characterized in that it comprises a signal generated by austempering bainite structure, which substantially (over the entire cross-section of the screw 2 2 ) erstreckt, und die Schraube ( ), And the screw ( 2 2 ) eine Zugfestigkeit R m von mindestens 1400 N/mm 2 besitzt. ) Has a tensile strength R m of at least 1400 N / mm 2.
  2. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Zugfestigkeit R m von zwischen 1400 N/mm 2 und 1700 N/mm 2 besitzt. ) According to claim 1, characterized in that it has a tensile strength R m of between 1400 N / mm 2 and 1700 N / mm 2.
  3. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,5%, insbesondere von etwa 0,2% bis 0,4%, aufweist. ) According to claim 1 or 2, characterized in that it has a carbon content of less than 0.5%, particularly from about 0.2% to 0.4%.
  4. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus legiertem Edelstahl, insbesondere 34CrNiMo6, besteht. ) According to at least one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of alloy steel, in particular 34CrNiMo6.
  5. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Streckgrenzverhältnis von weniger als 90%, insbesondere 85% oder weniger aufweist. ) According to at least one of claims 1 to 4, characterized in that it has a yield ratio of less than 90%, especially 85% or less.
  6. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdehnung A bei einer Festigkeit von 1600 N/mm 2 etwa 10–18%, insbesondere etwa 12–14% beträgt. ) According to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the elongation at break A, at a strength of 1600 N / mm 2 is about 10-18%, in particular amounts to about 12-14%.
  7. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brucheinschnürung Z bei einer Festigkeit von 1600 N/mm 2 größer als etwa 50% ist. ) According to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the reduction of area Z is at a strength of 1600 N / mm 2, greater than about 50%.
  8. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtung in Form eines Gleitlacks oder Schmiermittels aufweist, der als Schmierstoff insbesondere MoS, MoS 2 , Graphit, Polyethylen oder ein anderes Polymer aufweist. ) According to at least one of claims 1 to 7, characterized in that it has a coating in the form of a lubricating varnish or lubricant having lubricant as MoS particular, MoS 2, graphite, polyethylene or other polymer.
  9. Hochfeste Schraube ( High-strength screw ( 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen geringen Anteil an Martensit von weniger als 15% aufweist. ) According to at least one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a small proportion of martensite of less than 15%.
  10. Schraubverbindung ( screw ( 1 1 ), mit einer hochfesten Schraube ( ) (With a high strength screw 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, und einem Bauteil ( ) (After at least one of claims 1 to 9, and a component 3 3 , . 4 4 ), das mit der hochfesten Schraube ( ), Which (with the high-strength bolt 2 2 ) verschraubt ist. ) Is screwed.
  11. Verfahren zum Herstellen einer hochfesten Schraube ( A method of manufacturing a high-strength screw ( 2 2 ), insbesondere einer hochfesten Schraube ( (), In particular a high-strength bolt 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt des Zwischenstufenvergütens zum Erzeugen eines sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Schraube ( ) According to at least one of claims 1 to 9, characterized by the step of annealing intermediates for generating a substantially (over the entire cross-section of the screw 2 2 ) erstreckenden Bainitgefüges in der Schraube ( ) Extending in the bainite structure of the screw ( 2 2 ), so dass die Schraube ( ), So that the screw ( 2 2 ) eine Zugfestigkeit R m von mindestens 1400 N/mm 2 besitzt. ) Has a tensile strength R m of at least 1400 N / mm 2.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Schraubverbindung ( A method for producing a screw connection ( 1 1 ) mit einer hochfesten Schraube ( ) (With a high strength screw 2 2 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, die nach Anspruch 11 hergestellt wurde, und einem Bauteil ( ) (After at least one of claims 1 to 9, prepared according to claim 11, and a component 3 3 , . 4 4 ), gekennzeichnet durch die Schritte erstes Anziehen der Schraubverbindung ( (), Characterized by the steps of first tightening the screw connection 1 1 ) bis über die die Streckgrenze R eS1 hinaus, woraus eine erhöhte Streckgrenze R eS2 der Schraube ( ) To above the yield strength R ES1 addition, resulting in an increased yield strength R ES2 of the screw ( 2 2 ) resultiert, zweites Anziehen der Schraubverbindung ( ) Results, second tightening the screw connection ( 1 1 ) mindestens bis zur erhöhten Streckgrenze R eS2 zur Herstellung der Schraubverbindung ( ) At least to the high yield strength R ES2 for the production of the screw connection ( 1 1 ). ).
  13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anziehen der Schraubverbindung ( A method according to claim 11, characterized in that the first tightening the screw connection ( 1 1 ) bis über die die 0,2%-Dehngrenze R p0.2 hinaus und das zweite Anziehen der Schraubverbindung ( ) To about the 0.2% proof stress R p0.2 addition, and the second tightening the screw connection ( 1 1 ) mindestens bis zur erhöhten 0,2%-Dehngrenze R p0.2 erfolgt. ) At least until the increased proof strength R p0.2 0.2% takes place.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anziehen der Schraubverbindung ( The method of claim 12 or 13, characterized in that the tightening of the screw connection ( 1 1 ) streckgrenzgesteuert und/oder drehwinkelgesteuert ausgeführt wird. ) Yield point is controlled and / or executed rotation angle controlled.
  15. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anziehen der Schraubverbindung ( Method according to any one of claims 11 to 14, that the first tightening the screw connection ( 1 1 ) ohne Berücksichtigung der Vorspannkraft ausgeführt wird. ) Is carried out without consideration of the biasing force.
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