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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Furchschraube mit einem Gewinde mit einem Kern aus einer Leichtmetalllegierung, eine Schraubverbindung mit einer solchen Furchschraube, sowie ein Verfahren zum Verfahren zum Herstellen einer solchen Furchschraube bzw. Schraubverbindung.
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Aus der
EP 0 987 452 A1 ist eine Furchschraube aus Aluminium mit einem selbstfurchenden Gewinde bekannt, das mit einer Hartschicht überzogen ist, die eine größere Härte aufweist als der Schraubenwerkstoff. Ein höherer Reibbeiwert der Hartschicht wirkt sich nach der
EP 0 987 452 A1 positiv auf ein Losdrehverhalten aus.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schraubverbindung zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Furchschraube mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 11 und 12 stellen eine entsprechende Schraubverbindung bzw. ein Verfahren zum Verfahren zum Herstellen einer solchen Furchschraube bzw. Schraubverbindung unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Furchschraube ein Gewinde, insbesondere ein metrisches und/oder selbsthemmendes bzw. Befestigungsgewinde, mit einem Kern aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, auf. Die Furchschraube weist in einer Ausführung einen Schraubenkopf auf, der in einer Weiterbildung ebenfalls die Leichtmetalllegierung aufweist, insbesondere aus der Leichtmetalllegierung besteht. Insbesondere kann die Furchschraube aus der Leichtmetalllegierung hergestellt sein bzw. werden, insbesondere aus dieser bestehen. Der Schraubenkopf kann eine, insbesondere konzentrische, Vertiefung und/oder eine Außenkonturierung zum Aufbringen eines Drehmoments aufweisen, insbesondere als Schlitz-, Kreuz-, Sechsrund-, Innenmehrkant- oder Außenmehrkantschraubenkopf ausgebildet sein.
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Das Gewinde weist einen in Einschraubrichtung vorderen, insbesondere vordersten, Abschnitt auf, der dazu vorgesehen bzw. eingerichtet ist, bei einem Einschrauben in eine Gegenlage ein Gegengewinde zu erzeugen, insbesondere in die Gegenlage zu schneiden und/oder einzudrücken, und der daher nachfolgend als selbstfurchender Abschnitt bezeichnet wird.
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Das Gewinde weist einen in Einschraubrichtung hinteren, insbesondere hintersten, Abschnitt auf, der dazu vorgesehen bzw. eingerichtet ist, mit dem Gegengewinde verschraubt zu werden und so die Furchschraube reibschlüssig und/oder formschlüssig an dem Gegengewinde bzw. der Gegenlage festzulegen, und der daher nachfolgend als verschraubender Abschnitt bezeichnet wird.
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Der verschraubende Abschnitt kann, insbesondere unmittelbar, an den selbstfurchenden Abschnitt anschließen bzw. in diesen übergehen, was in einer Ausführung die Erzeugung des Gewindes vereinfachen kann. Gleichermaßen kann der verschraubende Abschnitt von dem selbstfurchenden Abschnitt, insbesondere um ein ganzzahliges Vielfaches einer Ganghöhe des Gewindes, beabstandet sein, was in einer Ausführung die Erzeugung des selbstfurchenden Abschnitts vereinfachen kann.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der selbstfurchende Abschnitt eine höhere Oberflächenhärte auf als der verschraubende Abschnitt. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine bessere Verbindung des oberflächenweicheren verschraubenden Abschnitts mit dem Gegengewinde dargestellt werden.
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In einer Ausführung ist ein Oberflächenhärtewert einer Härteprüfung nach Brinell, insbesondere gemäß EN ISO 6506-1 bis EN ISO 6506-4, des selbstfurchenden Abschnitts wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 50%, höher als ein Oberflächenhärtewert dieser Härteprüfung des verschraubenden Abschnitts. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Härtewerte zwischen dem selbstfurchenden und dem verschraubenden Abschnitt für wenigstens eine Härteprüfung nach Brinell um wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 50%. In einer Ausführung weist der selbstfurchende Abschnitt eine Brinellhärte von mehr als 100 HB, insbesondere wenigstens 110 HB, vorzugsweise wenigstens 200 HB, und/oder der verschraubende Abschnitt von weniger als 100 HB auf.
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In einer Ausführung weist der selbstfurchende Abschnitt einen niedrigeren, insbesondere statischen, Reibbeiwert μ(0) auf als der verschraubende Abschnitt. Der Reibbeiwert des selbstfurchenden Abschnitts kann in einer Weiterbildung für ein Gegengewinde aus derselben Leichtmetalllegierung wie der Kern des Gewindes wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25% niedriger sein als der Reibbeiwert des verschraubenden Abschnitts. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft einerseits das Erzeugen des Gegengewindes und andererseits die reibschlüssige Festlegung des verschraubenden Abschnitts verbessert werden.
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Eine höhere Härte und/oder ein niedrigerer Reibbeiwert können in einer Ausführung dadurch hergestellt werden bzw. sein, dass nur der selbstfurchende Abschnitt des Gewindes eine von der Leichtmetalllegierung verschiedene Beschichtung mit der höheren Oberflächenhärte aufweist, während der verschraubende Abschnitt diese Beschichtung nicht aufweist. Die Beschichtung kann insbesondere eine Chromatschicht aufweisen. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine gewünschte Oberflächeneigenschaft des selbstfurchenden Abschnitts relativ unabhängig von der Leichtmetalllegierung des Kerns des Gewindes eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung vorteilhaft ein Außendurchmesser des selbstfurchenden Abschnitts gegenüber einem Außendurchmesser des verschraubenden Abschnitts vergrößert werden bzw. sein.
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Zusätzlich oder alternativ können eine höhere Härte und/oder ein niedrigerer Reibbeiwert in einer Ausführung dadurch hergestellt werden bzw. sein, dass nur der selbstfurchende Abschnitt des Gewindes eine gehärtete Randschicht aus der Leichtmetalllegierung aufweist bzw. eine Randschicht der Leichtmetalllegierung gehärtet wird, während der verschraubende Abschnitt diese gehärtete Randschicht nicht aufweist bzw. seine Randschicht nicht gehärtet wird bzw. ist. Die Randschicht kann insbesondere durch selektives Eloxieren, Nitrieren, Anodisieren, eine selektive Plasmabehandlung und/oder eine selektive Wärmebehandlung, insbesondere ein Lösungsglühen mit Warm- oder Kaltauslagerung, insbesondere einem selektiven Lösungsglühen und/oder einem selektiven Abschrecken, gehärtet werden bzw. sein. Das Härten kann dadurch selektiv nur im Bereich des selbstfurchenden Abschnitts des Gewindes erfolgen, dass gezielt bzw. gerichtet nur dieser Bereich behandelt wird, oder das der Bereich des verschraubenden Abschnitts bei einer Behandlung abgedeckt wird bzw. ist. Beispielsweise kann zum selektiven Lösungsglühen bzw. Abschrecken nur der Bereich des selbstfurchenden Abschnitts durch Glühen erwärmt bzw. in ein Abschreckmittel getaucht werden.
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Andere Teile der Furchschraube, insbesondere der vorstehend erläuterte Schraubenkopf und/oder eine Schraubenspitze bzw. -stirnseite, können dieselbe Härte wie der selbstfurchende Abschnitt oder eine noch höhere Härte aufweisen. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Handhabung der Furchschraube, insbesondere die Aufprägung eines Drehmoments und/oder ein Eindringen in eine Gegenlage, verbessert werden. In einer anderen Ausführung weisen andere Teile der Furchschraube, insbesondere der vorstehend erläuterte Schraubenkopf und/oder eine Schraubenspitze bzw. -stirnseite, dieselbe Härte auf wie der verschraubende Abschnitt. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Herstellung des selbstfurchenden Abschnitts vereinfacht werden.
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In einer Ausführung weist der selbstfurchende Abschnitt wenigstens drei Gewindegänge auf. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die Herstellung des Gegengewindes verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ weist der verschraubende Abschnitt wenigstens sechs Gewindegänge auf. Hierdurch kann in einer Ausführung vorteilhaft die reibschlüssige Festlegung an dem Gegengewinde verbessert werden. Insbesondere trägt in einer Ausführung so, wenigstens im Wesentlichen, nur der verschraubende Abschnitt.
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In einer Ausführung weist der verschraubende Abschnitt im undeformierten Zustand einen größeren Außendurchmesser auf als der selbstfurchende Abschnitt. Hierdurch wird in einer Ausführung vorteilhaft der oberflächenweichere verschraubende Abschnitt beim Einschrauben in das Gegengewinde deformiert und so besser reibschlüssig an diesem festgelegt. In einer anderen Ausführung weist der verschraubende Abschnitt im undeformierten Zustand denselben oder einen kleineren Außendurchmesser auf wie bzw. als der selbstfurchende Abschnitt. Hierdurch wird in einer Ausführung vorteilhaft ein Einschrauben des nachfolgenden verschraubenden Abschnitts erleichtert und/oder seine Oberfläche weniger, vorzugsweise nicht, beschädigt.
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In einer Ausführung weist die Furchschraube eine Bohrspitze auf. Hierdurch kann sie in einer Ausführung vorteilhaft in Vollmaterial oder eine Kernbohrung einer Gegenlage eingeschraubt werden, die einen kleineren Durchmesser aufweist als der Kern des Gewindes. In einer anderen Ausführung weist die Furchschraube eine flache Stirnseite auf. Hierdurch kann sie in einer Ausführung vorteilhaft besser hergestellt und/oder gehandhabt werden und in eine Kernbohrung einer Gegenlage eingeschraubt werden, die wenigstens denselben Durchmesser aufweist wie der Kern des Gewindes.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bzw. ist eine hier erläuterte Furchschraube selbstfurchend in eine Gegenlage eingeschraubt, welche in ihrem mit dem Gewinde der Furchschraube verschraubten Gegengewinde eine niedrigere Oberflächenhärte aufweist als der selbstfurchende Abschnitt. Das Gegengewinde weist in einer Ausführung eine höhere Oberflächenhärte auf als der verschraubende Abschnitt. Hierdurch wird in einer Ausführung, insbesondere bei entsprechendem Übermaß des verschraubenden Abschnitts, die Gegenlage geschützt. In einer anderen Ausführung weist das Gegengewinde dieselbe oder eine niedrigere Oberflächenhärte auf wie bzw. als der verschraubende Abschnitt. Hierdurch wird in einer Ausführung, insbesondere bei entsprechendem Übermaß des verschraubenden Abschnitts, der verschraubende Abschnitt geschützt.
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Zum Herstellen einer hier erläuterten Furchschraube wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zunächst das Gewinde erzeugt, insbesondere durch Urformen, Umformen und/oder Materialabtrag, insbesondere durch Rollen, Eindrücken und/oder Schneiden. Anschließend wird selektiv die Oberflächenhärte eines in Einschraubrichtung vorderen Abschnitts des erzeugten Gewindes erhöht und so der selbstfurchende Abschnitt definiert, insbesondere wie vorstehend beschrieben durch Aufbringen einer Beschichtung und/oder Härte einer Randschicht.
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Zum Herstellen einer hier erläuterten Schraubverbindung wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Furchschraube in Vollmaterial oder eine Kernbohrung der Gegenlage eingeschraubt, die in einer Ausführung den gleichen oder einen kleineren Durchmesser aufweist wie der Kern des Gewindes der Furchschraube. Dabei erzeugt der selbstfurchende Abschnitt das Gegengewinde. Beim weiteren Einschrauben legt dann der verschraubende Abschnitt die Furchschraube reibschlüssig an der Gegenlage bzw. dem darin erzeugten Gegengewinde fest.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 eine Schraubverbindung mit einer Furchschraube nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
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2 einen Schritt eines Herstellens der Furchschraube der 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine Schraubverbindung mit einer Furchschraube 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung
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Die Furchschraube 1 ist aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Sie weist ein Gewinde mit einem Kern 1.1 und einem Schraubenkopf 1.2 auf (vgl. 2).
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Das Gewinde weist einen in Einschraubrichtung (von oben nach unten in 1) vordersten selbstfurchenden Abschnitt 2 mit drei Gewindegängen sowie einen in Einschraubrichtung hintersten verschraubenden Abschnitt 3 mit sechs Gewindegängen auf, der unmittelbar an den selbstfurchenden Abschnitt 2 anschließt bzw. in diesen übergeht.
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Der verschraubende Abschnitt 3 weist eine Brinellhärte von höchstens 80 HB auf, der selbstfurchende Abschnitt 2 hingegen eine Brinellhärte von wenigstens 110 HB und damit ein Oberflächenhärtewert, der wenigstens 37,5% höher als der Oberflächenhärtewert des verschraubenden Abschnitts 3 ist ((110 HB – 80 HB)/80 HB = 0,375). Zusätzlich weist der selbstfurchende Abschnitt 2 einen niedrigeren statischen Reibbeiwert μ0 auf als der verschraubende Abschnitt 3.
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In der dargestellten Ausführung weist die Furchschraube 1 eine Bohrspitze 1.3 auf.
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Die Furchschraube 1 wird bzw. ist selbstfurchend in eine Gegenlage 4 aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung eingeschraubt, welche in ihrem mit dem Gewinde der Furchschraube 1 verschraubten Gegengewinde 4.1 eine niedrigere Oberflächenhärte aufweist als der selbstfurchende Abschnitt 2.
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Dazu wird die Furchschraube 1 in Vollmaterial oder eine Kernbohrung der Gegenlage 4 eingeschraubt. Dabei erzeugt der selbstfurchende Abschnitt 2 das Gegengewinde 4.1. Beim weiteren Einschrauben legt dann der verschraubende Abschnitt 3 die Furchschraube 1 reibschlüssig an der Gegenlage 4 bzw. dem darin erzeugten Gegengewinde 4.1 fest.
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2 zeigt einen Schritt eines Herstellens der Furchschraube 1 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Zum Herstellen wird zunächst das Gewinde erzeugt, insbesondere durch Rollen, Eindrücken und/oder Schneiden. Anschließend wird in dem in 2 gezeigten Schritt selektiv die Oberflächenhärte des in Einschraubrichtung vordersten Abschnitts des erzeugten Gewindes erhöht und so der selbstfurchende Abschnitt 2 definiert.
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Im Ausführungsbeispiel wird hierzu nur auf dem selbstfurchenden Abschnitt 2 des Gewindes galvanisch eine von der Leichtmetalllegierung verschiedene Beschichtung mit der höheren Oberflächenhärte aufgebracht oder nur der selbstfurchende Abschnitt 2 des Gewindes durch selektives Eloxieren randschichtgehärtet, indem nur dieser Abschnitt 2 in einen entsprechenden Elektrolyten 5 getaucht und dieser und die Furchschraube 1 mit einer Spannungsquelle 6 verbunden werden.
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Entsprechend weist die Schrauben- bzw. Bohrspitze 1.3 dieselbe Härte wie der selbstfurchende Abschnitt 2 auf, der Schraubenkopf 1.2 hingegen dieselbe Härte wie der verschraubende Abschnitt 3.
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Der beschichtete selbstfurchende Abschnitt 2 kann aufgrund der Beschichtung einen größeren Außendurchmesser aufweisen als der verschraubende Abschnitt 3.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 1 | Furchschraube |
| 1.1 | Kern |
| 1.2 | Schraubenkopf |
| 1.3 | Bohrspitze |
| 2 | selbstfurchender Abschnitt |
| 3 | verschraubende Abschnitt |
| 4 | Gegenlage |
| 4.1 | Gegengewinde |
| 5 | Elektrolyt |
| 6 | Spannungsquelle |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0987452 A1 [0002, 0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN ISO 6506-1 [0010]
- EN ISO 6506-4 [0010]
