DE102010063675A1

DE102010063675A1 - Schraubanker

Info

Publication number: DE102010063675A1
Application number: DE201010063675
Authority: DE
Inventors: Florian Wetscher; Isaiah Freerksen; Falk Rosenkranz; Ralf Zitzmann
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012084386A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubankers (1) mittels der folgenden Schritte: – es wird ein Rohling aus Cq22Mn4 bereitgestellt, – der Rohling wird carbonitriert, – der Rohling wird abgeschreckt. Die Erfindung betrifft auch einen Schraubanker, der dadurch gekennzeichnet ist, dass als Material Cq22Mn4 verwendet wird und dass die Härte des Schafts, gemessen 0,1 mm unterhalb der Oberfläche, oberhalb von 600 HV liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubankers sowie einen Schraubanker, insbesondere zum Einschrauben in Beton.
Aus dem Stand der Technik sind Schraubanker bekannt, die einen mit einem Gewinde versehenen Schaft aufweisen. Das Gewinde ist dafür vorgesehen, sich in die Wandung einer Bohrung in Beton oder einen vergleichbaren Werkstoff einschneiden, so dass ein Hinterschnitt gebildet ist, über den Lasten unmittelbar (also ohne zwischengeschalteten Dübel oder andere Bauteile) in den Untergrund abgeleitet werden können. Damit das Gewinde des Schraubankers sich zuverlässig in den Beton einschneiden kann, muss die Härte an der Oberfläche des Schraubankers in der Größenordnung von 600 HV oder darüber liegen.
Im Stand der Technik sind insbesondere zwei Verfahren bekannt, um die gewünschte Härte zu erzielen. Bei einem Verfahren wird ein Schraubanker, der aus einem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt besteht, carbonitriert und abgeschreckt. Auf diese Weise wird die nötige Härte erzielt. Anschließend wird der Schraubanker entspannungsgeglüht, um die beim Abschrecken entstehenden Spannungen zu verringern oder zu beseitigen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Bor, das im Stahl enthalten ist, eine hohe Härte im Kern hervorruft. Insbesondere ergibt sich im Kern des Schafts eine Härte oberhalb von 330 HV. Diese Härte führt zu einem hohen Risiko von Wasserstoffversprödung.
Bei einem anderen Verfahren wird der Schraubanker, der aus einem Stahl mit niedrigem Kohlstoffgehalt besteht, carbonitriert und abgeschreckt. Dann werden die Rohlinge bei einer vergleichsweise hohen Temperatur geglüht, um die Härte der Schraube im gesamten Schaft auf einen einheitlichen Wert abzusenken. Anschließend wird die Spitze des Ankers induktionsgehärtet und abgeschreckt, um dort die nötige Härte zum Einschneiden des Gewindes in den Beton zu erzielen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es aufgrund des Anlassens relativ lang dauert und der Aufwand insgesamt relativ hoch ist, da mit dem Induktionshärten ein zusätzlicher Verfahrensschritt nötig ist. Allerdings ist ein solcher Schraubanker wenig anfällig für Wasserstoffversprödung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Schraubankern für Beton zu schaffen, das sich durch geringe Verfahrenskosten auszeichnet und mit dem Schraubanker hergestellt werden können, welche alle internationalen Zulassungskriterien erfüllen, ein geringes Risiko von Wasserstoffversprödung aufweisen, sich gut in Beton einschneiden sowie eine hohe Zähigkeit aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Schraubankers vorgesehen, bei dem zunächst ein Rohling aus Cq22Mn4 bereitgestellt wird. Der Rohling wird carbonitriert und anschließend abgeschreckt. Durch die geeignete Wahl des Ausgangsmaterials kann mit wenigen Verfahrensschritten ein Schraubanker hergestellt werden, der an der Oberfläche eine sehr hohe Härte aufweist, so dass sich sein Gewinde gut in Beton einschneidet, aber gleichzeitig im Kern eine hohe Zähigkeit hat. Insgesamt ergibt sich dadurch auch ein geringes Risiko von Wasserstoffversprödung.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rohling kaltgeformt und mit einem gewalzten Gewinde versehen wird, bevor er carbonitriert wird. Anders ausgedrückt werden alle mechanischen Bearbeitungsschritte durchgeführt, bevor der Rohling gehärtet wird.
Vorzugsweise wird das Carbonitrieren bei einer Temperatur im Bereich von 800°C bis 950°C durchgeführt, insbesondere im Bereich von 860°C bis 900°C. Dieser Temperaturbereich hat sich als vorteilhaft für die Kohlenstoffdiffusion herausgestellt; außerdem findet in diesem Temperaturbereich eine vollständige Austenitisierung des Materials statt, ohne dass ein Kornwachstum eintritt.
Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, das Carbonitrieren in einer Atmosphäre mit 0,8% bis 1% Kohlenstoff-Anteil durchzuführen. Auf diese Weise ergibt sich der gewünschte Gefügeaufbau.
Vorteilhafterweise wird nach dem Carbonitrieren ein Entspannungsglühen durchgeführt, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 240°C durchgeführt. Dies hat sich als guter Kompromiss herausgestellt zwischen den widersprüchlichen Anforderungen, einerseits die Prozesszeiten möglichst niedrig zu halten und andererseits den gewünschten Härteverlauf mit hoher Härte an der Oberfläche und großer Zähigkeit im Inneren des Schafts zu erzielen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch einen Schraubanker, der dadurch gekennzeichnet ist, dass als Material Cq22Mn4 verwendet wird und bei dem die Härte des Schafts, gemessen 0,1 mm unterhalb der Oberfläche, oberhalb von 600 HV liegt. Dieser Schraubanker zeichnet sich durch eine hohe Härte an der Oberfläche aus, so dass sich das Gewinde des Schraubankers zuverlässig in Beton oder ähnliche Materialien einschneidet. Weiterhin ist der Schraubanker nicht anfällig gegen Wasserstoffversprödung, und er besitzt im Inneren des Schafts eine hohe Zähigkeit.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Härte des Schafts, gemessen 0,1 mm unterhalb der Oberfläche, oberhalb von 700 HV liegt. Eine solche Härte erhöht die Schneidleistung des Gewindes in Beton.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Kern eine Härte im Bereich von 170 bis 250 HV vorliegt. Dies gewährleistet die gewünschte Zähigkeit des Schraubankers.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Härte des Schafts von außen nach innen sehr schnell unter einen Wert von 400 HV abfällt, insbesondere bereits in einer Tiefe von 0,5 mm unterhalb der Oberfläche unterhalb dieses Werts liegt. Dies gewährleistet, dass der Schaft des Schraubankers über den Großteil seines Querschnitts die gewünschte hohe Zähigkeit hat.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
1 schematisch einen Schraubanker;
2 den Verlauf der Härte in Abhängigkeit vom Abstand von der Ober fläche.
In 1 ist schematisch ein Schraubanker 1 gezeigt, insbesondere eine Betonschraube, die einen Schaft 2 mit einem Schraubenkopf 3 enthält, wobei der Schraubenkopf hier als Außensechskant ausgeführt ist. Der Schaft 2 weist einen Verankerungsbereich 5 auf, der sich von einem dem Schraubenkopf 3 gegenüberliegenden, freien Vorderende 4 über etwa ein Drittel bis etwa Dreiviertel der Gesamtlänge des Schafts 2 erstreckt. Der Verankerungsbereich 5 zeichnet sich durch Gewindegänge 6 aus, die sich schraubenförmig entlang der Längserstreckung des Verankerungsbereichs 5 erstrecken.
Als Material für den Schraubanker wird ein Kaltstauchstahl verwendet, der unter der Bezeichnung Cq22Mn4 bekannt ist. Dieser Stahl enthält die folgenden Legierungsbestandteile:
C: 0,20 bis 0,23%
Mn: 0,90 bis 1,00%
Al: 0,02 bis 0,05%
Die genannten Bereiche beinhalten jeweils die genannten Werte im Sinne von größer gleich bzw. kleiner gleich.
Ferner sind die folgenden Legierungsbestandteile vorhanden:
Si: maximal 0,15%
P: maximal 0,02%
S: maximal 0,02%
Ni: maximal 0,1%
Cr: maximal 0,1%
Cu: maximal 0,1%
Mo: maximal 0,02%
Der in 1 gezeigte Schraubanker wird in der folgenden Weise hergestellt: In einem ersten Schritt wird ein Rohling durch Kaltformen bereitgestellt, der mit einem gerollten Gewinde versehen ist. Dieser Rohling wird gereinigt, insbesondere entphosphatiert. Anschließend wird der Rohling in einem. Ofen bei einer Temperatur von etwa 880°C carbonitriert, wobei in der Atmosphäre ein Kohlenstoffgehalt von 1% vorhanden ist. Ferner wird mit einem Reaktionsgas kontinuierlich Stickstoff zugeführt. Das gesamte Verfahren findet unter Luftabschluss statt.
Nach dem Carbonitrieren werden die Schraubanker abgeschreckt und bei einer Temperatur von etwa 220°C angelassen, d. h. spannungsarm geglüht.
Dieses Verfahren resultiert in einer sehr hohen Härte an der Oberfläche und einer recht niedrigen Härte im Kern des Schafts. Insbesondere werden an der Oberfläche Härten in der Größenordnung bis 750 HV erzielt, während im Inneren des Kerns eine Härte von vorzugsweise unterhalb 250 HV vorliegt. Ein wesentliches Merkmal des auf diese Weise erhaltenen Schraubankers besteht darin, dass die Härte sehr schnell von den hohen Werten an der Oberfläche auf sehr viel niedrigere Werte absinkt. Insbesondere sinkt die Härte in einer Tiefe von 0,5 mm unterhalb der Oberfläche auf einen Wert von unter 400 HV1 ab. Ein solcher Schraubanker kombiniert eine sehr hohe Härte des Gewindes mit einer hohen Zähigkeit im Inneren des Schafts.
In 2 ist der Verlauf der Härte in Abhängigkeit vom Abstand von der Oberfläche zu sehen. Es ist zu erkennen, dass die Härte sehr schnell absinkt und bereits in einer Tiefe von 0,5 mm unter der Oberfläche in der Größenordnung von 400 HV1 liegt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schraubankers (1) mittels der folgenden Schritte: – es wird ein Rohling aus Cq22Mn4 bereitgestellt, – der Rohling wird carbonitriert, – der Rohling wird abgeschreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling kaltgeformt und mit einem gewalzten Gewinde (6) versehen wird, bevor er carbonitriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor dem Carbonitrieren gereinigt wird, insbesondere entphosphatiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbonitrieren bei einer Temperatur im Bereich von 800°C bis 950°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbonitrieren bei einer Temperatur im Bereich von 860°C bis 900°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Carbonitrieren in einer Atmosphäre mit 0,8% bis 1% Kohlenstoff-Anteil durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Carbonitrieren ein Entspannungsglühen bei einer Temperatur im Bereich von 200°C bis 240°C durchgeführt wird.
Schraubanker (1), insbesondere hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material Cq22Mn4 verwendet wird und dass die Härte des Schafts (2), gemessen 0,1 mm unterhalb der Oberfläche, oberhalb von 600 HV liegt.
Schraubanker (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Schafts (2), gemessen 0,1 mm unterhalb der Oberfläche, oberhalb von 700 HV liegt.
Schraubanker (1) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern eine Härte im Bereich von 170 bis 250 HV vorliegt.
Schraubanker (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Schafts (2) von außen nach innen sehr schnell unter einen Wert von 400 HV abfällt.
Schraubanker (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte des Schafts (2) in einer Tiefe von 0,5 mm unterhalb der Oberfläche unter einem Wert von unter 400 HV liegt.
Schraubanker (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerndurchmesser des Schraubankers mindestens 12 mm beträgt.