EP0820530A1

EP0820530A1 - Schraubendreher, schraubendrehereinsatz oder dergleichen

Info

Publication number: EP0820530A1
Application number: EP96909106A
Authority: EP
Inventors: Rolf Günter ROSENHAN
Original assignee: Wera Werk Hermann Werner GmbH and Co KG
Current assignee: Wera Werk Hermann Werner GmbH and Co KG
Priority date: 1995-04-08
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: EP0820530B1; US5953969A; DE59606915D1; AU5272796A; WO1996032508A1; DE19513366A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl. mit einem insbesondere durch spanende Bearbeitung oder Umformen profiliertes, radial verlaufende Angriffsflächen aufweisenden Arbeitsende, wobei eine die Arbeitsfläche ausbildende Oberflächenschicht härter ist als der Kernbereich des Arbeitsendes. Damit das Werkzeug weniger verschleißt, ist eine zwischen der harten Oberflächenschicht und dem Kernbereich liegende Zwischenschicht vorgesehen. Dort soll die Härte ausgehend von der Härte der Oberfläche bis zur Härte des Kernes mit zunehmender Tiefe abnehmen. Die Zwischenschicht kann zwischen 0,05 und 0,2 mm dick sein und einen Härtegradient von 1500 bis 3000 HV/mm aufweisen.

Description

00001 Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl. 00002

00003 Die Erfindung betrifft einen Schraubendreher, Schrau-

00004 bendrehereinsatz oder dgl. gemäß Gattungsbegriff des

00005 Anspruchs 1. 00006

00007 Derartige Werkzeuge werden aus Stahl gefertigt. Als

00008 Fertigungsverfahren sind die spanende Formgebung und

00009 die Formgebung durch Umformen wie Pressen bekannt. Die

00010 Werkzeuge weisen ein Arbeitsende auf, welches kreuzför-

00011 mig gestaltet sein kann, wenn das Werkzeug zum Angriff

00012 an Kreuzschlitzschrauben geeignet sein soll. Das Werk-

00013 zeug weist dabei Arbeitsflächen an seinem Arbeitsende

00014 auf, mit welchem entsprechende Gegenflächen in der

00015 Öffnung des Schraubkopfes beaufschlagt werden sollen.

00016 Es sind in der Vergangenheit verschiedene Versuche

00017 unternommen worden, derartige aus Stahl geformte Werk-

00018 zeuge dauerhaft zu gestalten. Eine bekannte Methode

00019 ist die Beschichtung des Arbeitsendes des Werkzeuges

00020 mit einer Hartschicht, beispielsweise mit Titannitrit.

00021 Hierdurch ist eine Oberflächenschicht des Arbeitsendes

00022 härter als der Kernbereich des Arbeitsendes ausgebil-

00023 det. Es hat sich aber gezeigt, daß derartige im CVD-

00024 oder im PVD-Verfahren aufgebrachte Schichten aus einem

00025 anderen Material als das Kernmaterial bei einer Bean-

00026 spruchung des Werkzeuges reißen und abplatzen können. 00027

00028 Wenn ein bekanntes Werkzeug, beispielsweise ein Kreuz-

00029 Schlitzschraubendreher mit seiner Arbeitsspitze in

00030 eine entsprechende Öffnung eines Schraubkopfes einge-

00031 steckt wird, so greifen aufgrund der Toleranzen bei

00032 Werkzeug und SchraubenkopfÖffnung nicht alle Arbeits-

00033 flächen gleichzeitig an den korrespondierenden Öff-

00034 nungsflachen im Schraubenkopf an. Wird nun ein Drehmo-

00035 irient ausgeübt, so würde bei einem harten Arbeitsende 00036 nur eine punktuelle Belastung auf einzelne Angriffsflä-

00037 chen ausgeübt, dies hätte zur Folge, daß die Flächen

00038 leicht überbeanprucht werden, um dann zu brechen. Eine

00039 theoretisch denkbare Lösung um dieses Abbrechen der

00040 Anlageflügel zu verhindern wäre die Einhaltung einer

00041 exakten Geometrie. Dies ist fertigungstechnisch nicht

00042 durchführbar. 00043

00044 Eine Alternative hierzu sind Bits aus zähem Material,

00045 so daß sich die Flanken des Arbeitsendes bei Belastung

00046 verformen und so alle vier Flanken nahezu gleichmäßig

00047 in Angriff kommen. Derartige Werkzeuge haben eine

00048 brauchbare Standzeit. Andererseits ist aber insbesonde-

00049 re dann ein Verschleiß des Werkzeuges zu beobachten,

00050 wenn bei zu hohen Drehmomenten das Arbeitsende aus dem

00051 Schraubkopf herausrutscht und dann durchdreht. 00052

00053 Es ist ferner vorgesehen, Werkzeuge im Kern hart zu

00054 gestalten und durch eine gezielte Wärmebehandlung die

00055 Härte zur Oberfläche hin abfallen zu lassen. Derartige

00056 Werkzeuge zeigen unter Labortests günstige Eigenschaf-

00057 ten, doch in der Praxis verschleißen diese Werkzeuge

00058 ebenso wie durchgängig weiche Werkzeuge. Die eingangs

00059 genannte Hartstoffbeschichtung eines weichen Werkzeu-

00060 ges führte zu den o.g. Problemen. Die Hartstoffschicht

00061 bewirkt zwar zunächst eine gewisse Minimierung des Ver-

00062 schleißes, jedoch tendiert diese Schicht bei den wech-

00063 selnden Belastungen zu reißen und danach abzublättern.

00064 Dann verschleißt das Werkzeug wie alle anderen. 00065

00066 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausge-

00067 hend von dem vorbekannten Stand der Technik, ein Werk-

00068 zeug anzugeben, welches weniger verschleißt. 00069 00070 Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angege-

00071 bene Erfindung. 00072

00073 Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildung

00074 dar. 00075

00076 Zufolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein

00077 Werkzeug gegeben, bei dem die unmittelbar unterhalb

00078 der Oberfläche liegende Materialschicht eine größere

00079 Härte aufweist als der Kernbereich. Dabei fällt aller-

00080 dings die Härte nicht wie beim Stand der Technik

00081 sprunghaft ab, sondern es ist eine Zwischenschicht

00082 vorgesehen, in welcher die Härte kontinuierlich bis

00083 auf den Wert des Kerns abnimmt. Bei derartigen Schrau-

00084 bendrehern wird zwar auch eine Rißbildung nach einer

00085 Vielzahl von Lastwechseln beobachtet, es findet aber

00086 keine Rißvergrößerung oder Abblättern der härteren

00087 Schicht statt, wie es beim Stand der Technik der Fall

00088 ist. Die harte Oberflächenschicht, die Zwischenschicht

00089 und das Kernmaterial sind aus identischem Werkstoff

00090 nur mit anderer Härte bzw. anderem Gefüge. Die Ver-

00091 schleißfestigkeit des Werkzeuges hat sich durch diese

00092 Ausgestaltung erhöht. Die Zwischenschicht hat bevor-

00093 zugt eine Dicke von 0,05 bis 0,2 mm und weist einen

00094 Härtegradienten auf von 1.500 bis 3.000 HV 0,3/mm. Die

00095 Oberflächenschicht, welche die härteste Schicht ist

00096 und an welche sich die Zwischenschicht anschließt, hat

00097 eine Dicke von 0,05 bis 0, 1 mm und eine Härte von 900

00098 HV 0,3 bzw. 67 - 68 HRC. Die Kernhärte soll dabei

00099 unterhalb von 700 HV 0, 3 liegen. Die bevorzugte Ausge-

00100 staltung sieht vor, daß der Kern, die Oberflächen-

00101 Schicht und die Zwischenschicht aus einem einheitli-

00102 chen martensitaushärtbaren Stahl besteht. Dabei soll

00103 der Kern zufolge einer Wärmebehandlung eine Härte von

00104 54 bis 58 Rockwell und die Oberflächenschicht zufolge 00105 einer Nitrierung eine Härte von 67 - 68 Rockwell auf-

00106 weisen. Als Werkstoff soll ein martensitaushärtbarer

00107 Stahl verwendet werden. Die Legierung wird bevorzugt

00108 im Vakuum umgeschmolzen. Dieser Stahl wird zunächst in

00109 die dem Werkzeug entsprechende Form gebracht. Dies

00110 geschieht durch Umformen oder durch spanende Bearbei-

00111 tung. Sodann wird das Werkzeug wärmebehandelt derart,

00112 daß der Kern eine Härte von 54 - 58 HRC erreicht. Es

00113 soll dabei eine plastische Verformbarkeit von 5 - 10 %

00114 erreicht werden. Diese Verformbarkeit kann beispiels-

00115 weise im Zugversuch gemessen werden. Erfindungsgeπäß

00116 soll diese Wärmebehandlung - Auslagern oder Aushärten -

00117 mit einer Nitrierung im Plasma kombiniert werden.

00118 Di"ese Nitrierung' im Plasma wird derart durchgeführt,

00119 daß eine Aushärtung von über 900 HV 0,3 bis in eine

00120 Tiefe von 0,05 - 0,1 mm erreicht wird (dies entspricht

00121 einer Härte von 67 -68 Rockwell). Durch diese Nitrier-

00122 ung im Plasma werden die positiven Eigenschaften des 00123 Kernwerkstoffes nicht berührt. Im Bereich der Oberflä-

00124 ehe steigt dann aber die Werkstoffhärte kontinuierlich

00125 innerhalb der Zwischenschicht an, bis in eine dünne

00126 Oberflächenschicht, die eine entsprechende Härte auf- 00127 weist. Das dadurch entstandene Werkzeug ist in etwa um

00128 den Faktor 10 verschleißärmer als bekannte Werkzeuge.

00129 Das fertige Werkzeug weist eine harte Außenwand auf,

00130 die bei einer Torsionsbeanspruchung ein federndes

00131 Rückstellelement ausbilden kann. Der zähe Kern kann

00132 dabei eine Art Dämpfungsglied ausbilden, wenn dieses

00133 Material plastisch/diszipativ verformbar ist. Wesent-

00134 lieh ist an der Erfindung, daß der Härteverlauf von

00135 der Oberfläche in den Kern nicht sprunghaft, sondern

00136 fließend ist. Hinsichtlich der Beschaffenheit und der

00137 Zusammensetzung von martensitaushärtendem Stahl wird

00138 auf den Artikel H.Berns, Düsseldorf: Werkzeuge aus

00139 martensitaushärtendem Stahl in ZwF 66 (1971) Heft 6, 00140 Seite 292 verwiesen. Der Werkstoff soll Molykdän ent-

00141 halten. Das Nitrieren kann kann im Gasstrom bei 430

00142 bis 500 Grad Celsius durch-führt werden. Dabei ergeben

00143 sich die gewünschten Oberflächenhärten von 900 HV. Es

00144 ist aber auch möglich, das Nitrieren im Tenifer-Bad

00145 bei ca. 550 Grad Celsius durchzuführen. Auch dies

00146 ergibt die erforderliche Oberflächenhärte. Die Kernhär-

00147 te bleibt jedoch unbeeinflußt. 00148

00149 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der

00150 beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: 00151

00152 Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Schraubendreher, 00153

00154 Fig. 2 einen Härteverlauf am Punkt P im Werkzeug

00155 gemäß Fig. 1 im Abstand zur Oberfläche. 00156

00157 Der in Fig. 1 dargestellte Bit besteht aus einem

00158 martensit-aushartbarem Stahl, welcher nach entsprechen-

00159 der Wärmebehandlung mit kombinierter Nitrierung im

00160 Plasma eine Kernhärte von 54 - 58 Rockwell bei hoher

00161 Zähigkeit aufweist und eine Oberflächenhärte von 67 -

00162 68 Rockwell. Der Bit weist ein Arbeitsende 1 auf mit

00163 Arbeitsflanken 2. 00164

00165 In der Fig. 2 ist der typische Härteverlauf des Werk-

00166 Stoffes bei zunehmender Oberflächentiefe dargestellt

00167 anhand von zwei exemplarischen Beispielen I, II. Im

00168 Kernbereich, d.h. in einer Tiefe von mehr als 0, 2 mm

00169 liegt die Kernhärte in einem Bereich von 54 bis 58

00170 Rockwell. 00171

00172 In einer Oberflächenschicht, deren Dicke d in etwa

00173 0,04 mm beträgt, liegt die Härte bei mehr als 67 Rock-

00174 well oder mehr als 900 Vickers. Im Ausführungsbeispiel 00175 liegt die Härte zwischen 67 und 68 Rockwell. Innerhalb

00176 der Oberflächenschicht mit der Dicke d ändert sich die

00177 Härte nur wenig. Der Oberflächenschicht d schließt

00178 sich in Richtung zum Kern in einer Tiefe von etwa 0,04

00179 bis 0,01 mm eine Zwischenschicht mit der Dicke D an.

00180 Im Ausführungsbeispiel ist die Dicke der Zwischen-

00181 schicht etwa 0,1 mm. Die Dicke D der Zwischenschicht

00182 kann aber auch kleiner sein, nämlich 0,05 m oder

00183 größer bis zu 0,2 mm. Innerhalb der Zwischenschicht

00184 fällt die Werkstoffhärte auf der Länge D kontinuier-

00185 lieh ab. D.h. hier ist ein Härtegradient ausgebildet.

00186 Der Härtegradient beträgt beispielsweise 1500 bis 3000

00187 Vickers/mm. Wird ein Bit, bei dem am Punkt P im Be-

00188 reich der Arbeitsfläche ein derartiger Härteverlauf

00189 bei einheitlichem Werkstoff ausgebildet ist bestim-

00190 ungsgemäß belastet, so tritt zwar eine Deformierung

00191 auf, aber die harte Oberflächenschicht mit der Schicht-

00192 dicke d platzt nicht ab, da sie über einen kontinuier-

00193 liehen Härteabfall gleichgefügig mit dem Kerngefüge

00194 verbunden ist. Es wurde beobachtet, daß sich zwar

00195 Risse in der Oberfläche ausbilden, diese sich aber

00196 nicht vergrößern, wenn man die Drehmomente bei Beauf-

00197 schlagung in den entsprechenden Grenzen hält. Die an

00198 der Oberfläche aufgebrachten Spannungen werden wegen

00199 des Fehlens einer künstlichen Grenzschicht kontinuier-

00200 lieh bis in den Kern fortgesetzt. 00201

00202 Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich.

00203 In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der

00204 Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori-

00205 tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt-

00206 lieh mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale die-

00207 ser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit

00208 aufzunehmen.

Claims

00209 Ansprüche 00210

00211 1. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl.

00212 mit einem insbesondere durch spanende Bearbeitung oder

00213 Umformen profiliertes, radial verlaufende Angriffsflä-

00214 chen aufweisenden Arbeitsende, wobei eine die Arbeits-

00215 fläche ausbildende Oberflächenschicht härter ist als

00216 der Kernbereich des Arbeitsendes, gekennzeichnet durch

00217 eine zwischen der harten Oberflächenschicht und dem

00218 Kernbereich liegende Zwischenschicht mit von der Härte

00219 der Oberflächenschicht bis zur Härte des Kernes mit

00220 zunehmender Tiefe abnehmenden Härte. 00221

00222 2. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl.

00223 nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch

00224 gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht zwischen 0,05

00225 und 0,2 mm dick ist und einen Härtegradient von 1500

00226 bis 3000 HV 0,3/mm aufweist. 00227

00228 3. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl.

00229 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00230 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00231 die Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von 0,05 bis

00232 0,1 mm eine Härte von mehr als 900 HV 0,3 bzw. 67 - 68

00233 HRC aufweist bei einer Kernhärte von unter 700 HV 0,3. 00234

00235 4. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl.

00236 nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche

00237 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß

00238 der Kern, die Oberflächenschicht und die Zwischen-

00239 Schicht aus einem einheitlichen martensit-aushartbarem

00240 Stahl gefertigt sind, wobei der Kern zufolge Wärmebe-

00241 handlung eine Härte von 54 bis 56 HRC und die Oberflä-

00242 chenschicht zufolge einer Nitrierung eine Härte von 67

00243 - 68 HRC aufweist. 00244 5. Verfahren zur Herstellung eines Schraubendrehers,

00245 Schraubendrehereinsatzes oder dgl. insbesondere nach

00246 einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein aus

00247 martensit-aushartbarem Stahl geformter Rohling einer

00248 kombinierten Wärmebehandlung und Nitrierung im Plasma 00249 ausgesetzt wird derart, daß eine unmittelbar unterhalb

00250 der Oberfläche, die Oberfläche ausbildende Schicht här-

00251 ter ist als der Kernbereich und zwischen Kern und Ober-

00252 flächenschicht eine Zwischenschicht sich ausbildet, in

00253 welcher die Härte kontinuierlich bei zunehmender Tiefe

00254 absinkt.