WO2014040995A1 - Verfahren zum herstellen einer selbstschneidenden schraube - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer selbstschneidenden schraube Download PDF

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WO2014040995A1
WO2014040995A1 PCT/EP2013/068739 EP2013068739W WO2014040995A1 WO 2014040995 A1 WO2014040995 A1 WO 2014040995A1 EP 2013068739 W EP2013068739 W EP 2013068739W WO 2014040995 A1 WO2014040995 A1 WO 2014040995A1
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screw
blank
steel
helical shape
self
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PCT/EP2013/068739
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Michael Bischof
Andreas Vorhauer
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Hilti Aktiengesellschaft
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0093—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for screws; for bolts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H3/00—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape
    • B21H3/02—Making helical bodies or bodies having parts of helical shape external screw-threads ; Making dies for thread rolling
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16B25/0026—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by the material of the body into which the screw is screwed the material being a hard non-organic material, e.g. stone, concrete or drywall

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a self-tapping screw, in particular for hard mineral substrates, for example for concrete, and such a self-tapping screw.
  • screws made of austenitic or ferritic steels or multiphase steels can be made comparatively corrosion-resistant, they are often not sufficiently hard and resistant to wear in order to be self-drilling and / or thread-cutting in hard, abrasive substrates such as concrete. It is therefore known, for example from EP 2 204 244 A1, to provide additional hard metal cutting edges in the thread, which ensure the required cutting resistance even in hard substrates.
  • martensitic steels While certain types of martensitic steels can achieve the hardness required to cut concrete, they are typically moderately corrosion resistant. For example, from WO 88/05991 A2, it is therefore known to combine different materials in one and the same screw in order to achieve on the one hand sufficient corrosion resistance on the shaft and head and on the other hand sufficient cutting strength in the region of the drill bit. However, such multi-part screws require relatively complex and expensive joining operations, which under certain circumstances can also adversely affect the product properties.
  • EP 0 652 300 A1 discloses a heat treatment process for forming an austenitic surface layer containing dissolved nitrogen in near-net stainless steel parts by embroidering at a temperature between 1000 and 1200 ° C in a nitrogen-containing gas atmosphere and subsequent cooling at a rate such that Nitride excretion is avoided.
  • the object of the invention is to specify a method for producing a self-tapping screw and a self-tapping screw, which are produced at low production costs. cost and ease of manufacture a particularly good corrosion resistance, a particularly high reliability, and in particular to ensure a particularly good setting and Lastabtrag .
  • a blank of a martensitic hardenable steel is provided, from the blank a helical shape with a screw shank and a cutting thread arranged on the screw shank is produced, and then the helical shape at a temperature greater than 900 ° C, in particular greater than 1000 ° C, preferably between 1000 ° C and 1200 ° C, is cured in a nitrogen-containing gas atmosphere.
  • a basic idea of the invention can be seen in the use of a martensitic hardenable steel in the production of self-tapping screws, which is hardened in a high-temperature curing process under a nitrogen atmosphere.
  • This thermochemical process leads to a nitridation of the edge zone and, associated therewith, to a hardness which is higher than that of the base material.
  • the method according to the invention has, in connection with self-tapping screws, two important advantages, among others:
  • edge layer thicknesses in the range of a few 100 ⁇ m can be realized without any special additional expenditure with the high-temperature method according to the invention. It is thus possible to produce layer thicknesses which are of the order of magnitude of the cross-sectional dimensions of typical cutting threads and therefore a sufficient wear volume (typically> 0.2 mm) can be realized. Unwanted deformations of the cutting thread during self-tapping screwing can thus be avoided, so that a particularly good setting behavior is given.
  • the reason for the comparatively large layer thicknesses is seen in the fact that at the temperatures provided according to the invention at the metal surface a dissociation of the molecular nitrogen into single atoms occurs, which can diffuse comparatively well into the steel due to the diffusion processes which take place rapidly at high temperatures. - With the inventive high-temperature process, the corrosion resistance of the base material can be increased. This makes it possible to use moderately corrosion-resistant but relatively hard base materials, with which the cutting strength can be further improved. The reason for the comparatively large achievable corrosion resistance is seen in the fact that the nitrogen is present not dissolved in the form of nitrides, but in the iron grid.
  • the invention may make it possible to produce one-piece corrosion-resistant and self-tapping screws for use in hard and / or abrasive substrates.
  • the corrosion resistance is sufficiently high for outdoor or wet indoor use, and the cutting strength is sufficient for cutting a thread in mineral substrates (e.g., concrete, solid brick, etc.) or steel substrates.
  • such screws can also be made in one piece without joining operation, i. as "monolithic screws".
  • the steel of the blank and thus preferably also the finished screw has a carbon content of less than 0.07%.
  • a particularly good resistance to hydrogen embrittlement and a particularly high core ductility can be achieved. This in turn allows a particularly good load transfer.
  • the edge hardness is increased by embroidering, the relatively low core hardness (core tensile strength of the thread, for example, less than 1100 MPa), which results at low carbon contents, can be realized without substantial impairment of the cutting edge strength.
  • the steel of the blank and thus preferably also the finished screw has a carbon content greater than 0.02%, in particular greater than or equal to 0.03%.
  • the associated core hardness can ensure that the relatively large torques occurring when screwing in the screw in concrete can be reliably transmitted.
  • a development of the invention consists in that the steel of the blank has a chromium content greater than 12% and / or a nickel content greater than 2.5%. With this, even with the relatively low carbon contents mentioned above, a particularly comprehensive martensite microstructure can be realized. In addition, the corrosion resistance and toughness is further improved. Furthermore, it is expedient that the steel of the blank and thus preferably also the finished screw has a molybdenum content greater than 0.3%. The addition of molybdenum can further increase the resistance in a chloride-containing environment.
  • the steel of the blank and thus preferably also of the finished screw, may be X3CrNiMo13-4 (1.4313). This combines good low-temperature toughness with high strength. In particular, a low temperature toughness of greater than 27J (ISO-V) at -20 ° C may be provided.
  • the helical shape has a rotary engagement means for, preferably form-fitting, transmitting a torque to the screw shaft.
  • the helical shape is cured together with the rotary control means, in particular at the temperature according to the invention and in the nitrogen-containing gas atmosphere according to the invention.
  • the rotary engagement means of the screw is also produced from the martensitic hardenable steel and then cured to a high temperature.
  • the screw is therefore preferably formed in one piece, in particular including the rotary engagement means.
  • the rotary grip means may in particular comprise an external polygon or an internal polygon.
  • the rotary engagement means may be a screw head with an external polygon or a polygon socket.
  • the helical shape is quenched so rapidly at the end of the hardening process that nitride precipitation is avoided.
  • the strength and the corrosion resistance can be further improved.
  • the martensitic structure is conserved metastable.
  • the helical shape is tempered after curing and optionally quenching, preferably in a temperature range between 150 ° C and 450 ° C. Tempering can reduce the residual austenite content in the martensite, which also has an advantageous effect on the strength. In addition, the ductility of the screw increases.
  • the helical shape is formed from the blank by cold forming.
  • the cutting thread can be preferably formed by rolling.
  • the load application means and / or the screw head can be formed by upsetting.
  • the blank may in particular be a wire section.
  • At least a portion of the helical shape is covered with a diffusion-inhibiting barrier.
  • a diffusion-inhibiting barrier e.g., layers
  • the embroidering effect can be selectively restricted to particular regions, thereby further optimizing the product for ductility and / or hardness.
  • the rotary engagement means and preferably also the shaft region immediately below the rotary engagement means can be covered with such a diffusion-inhibiting barrier.
  • the invention also relates to a screw which is produced by means of the method according to the invention.
  • the ratio of the outer diameter of the cutting thread to the thread pitch of the cutting thread can be in the range of 1 to 2, in particular in the range of 1, 2 to 1, 45. These are typical thread sizes for screws suitable for self-tapping into mineral substrates such as e.g. Concrete are provided. Under the slope can be understood in particular the axial distance of successive turns of a thread.
  • a concrete substrate may be provided with a bore into which a screw according to the invention is screwed, wherein in the concrete substrate, a negative mold to the cutting thread of the screw is formed. Accordingly, the screw is self-tapping screwed into the bore in the concrete substrate to form a counter-thread.
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram of a production method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a screw according to the invention, produced in a production method according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically the sequence of steps of a production method according to the invention.
  • a blank of a martensitic hardenable steel is provided in step 1.
  • a helical shape is produced from the blank with a screw shank 20, a cutting thread 21 arranged on the screw shank 20, and a rotary shank 15 arranged on the shank 20.
  • the helical shape is then cured in step 3 at a temperature greater than 900 ° C., in particular greater than 1050 ° C., in a nitrogen-containing gas atmosphere and subsequently quenched in step 4 so rapidly that nitride precipitation is avoided.
  • the helical shape is tempered in step 5, preferably in a temperature range between 150 ° C and 400 ° C.
  • the screw 10 has a cylindrical screw shaft 20, at the end of a hexagonal screw head is provided which forms a rotary engagement means 15. Along the screw shank 20 extends a cutting thread 21 with an outside diameter d and a pitch p. Optionally, a smaller-diameter support thread 28 may be provided on the screw shaft 20.
  • the screw shank 20 of the screw is screwed into a bore in a mineral substrate 50, in particular in a concrete substrate, wherein the cutting thread 21 has cut a corresponding thread in the substrate 50 during screwing.
  • the screw shaft 20 is passed through a hole in a load 55 which is secured to the substrate 50 by the screw head 15.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube, bei dem ein Rohling aus einem martensitisch härtbaren Stahl bereitgestellt wird, aus dem Rohling eine Schraubenform mit einem Schraubenschaft und einem am Schraubenschaft angeordneten Schneidgewinde gefertigt wird, und die Schraubenform anschliessend bei einer Temperatur grösser 900°C in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre gehärtet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine selbstschneidende Schraube.

Description

Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube, insbesondere für harte mineralische Substrate, beispielsweise für Beton, und eine solche selbstschneidende Schraube.
Schrauben aus austenitischen oder ferritischen Stählen oder aus Mehrphasenstählen können zwar vergleichsweise korrosionsbeständig ausgeführt werden, häufig sind sie jedoch nicht ausreichend hart und verschleissbeständig, um in harten, abrasiven Untergründen wie Beton selbstbohrend und/oder gewindeschneidend angewandt zu werden. Es ist daher, beispielsweise aus der EP 2 204 244 A1 bekannt, im Gewindegang zusätzliche Hartmetallschneiden vorzusehen, welche auch in harten Untergründen die erforderliche Schneidhaltig- keit gewährleisten.
Bestimmte Typen von martensitischen Stählen können zwar die zum Schneiden von Beton erforderlichen Härten erreichen, sind aber dann in der Regel nur mässig korrosionsbeständig. Beispielsweise aus der WO 88/05991 A2 ist es daher bekannt, in ein und derselben Schraube unterschiedliche Werkstoffe zu kombinieren, um einerseits ausreichende Korrosionsbeständigkeit an Schaft und Kopf und andererseits ausreichende Schneidhaltigkeit im Bereich der Bohrspitze zu erreichen. Solche mehrteiligen Schrauben erfordern jedoch relativ aufwändige und teure Fügeoperationen, die unter bestimmten Umständen auch die Produkteigenschaften nachteilig beeinflussen können.
Die EP 0 652 300 A1 offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren zur Bildung einer austenitischen Randschicht mit einem Gehalt an gelöstem Stickstoff in endformnahen Teilen aus nichtrostendem Stahl durch Aufsticken bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1200 °C in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre und nachfolgende Abkühlung mit einer solchen Geschwindigkeit, dass eine Nitridausscheidung vermieden wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube und eine selbstschneidende Schraube anzugeben, die bei niedrigen Herstellungs- kosten und einfacher Fertigung eine besonders gute Korrosionsbeständigkeit, eine besonders hohe Zuverlässigkeit, und insbesondere ein besonders gutes Setz- und Lastabtragverhalten gewährleisten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Schraube mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube ist vorgesehen, dass ein Rohling aus einem martensitisch härtbaren Stahl bereitgestellt wird, aus dem Rohling eine Schraubenform mit einem Schraubenschaft und einem am Schraubenschaft angeordneten Schneidgewinde gefertigt wird, und die Schraubenform anschliessend bei einer Temperatur grösser 900°C, insbesondere grösser 1000°C, vorzugsweise zwischen 1000°C und 1200°C, in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre gehärtet wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, bei der Herstellung von selbstschneidenden Schrauben einen martensitisch härtbaren Stahl einzusetzen, der in einem Hochtemperaturhärtungsverfahren unter Stickstoffatmosphäre gehärtet wird. Dieser thermochemische Prozess führt zu einer Aufstickung der Randzone und damit verbunden zu einer gegenüber dem Grundwerkstoff erhöhten Härte. Die erfindungsgemässe Verfahrensführung hat im Zusammenhang mit selbstschneidenden Schrauben unter anderem zwei wesentliche Vorteile:
- Im Gegensatz zum Niedrigtemperaturhärten, mit dem sich nur relativ dünne Randschichten erzeugen lassen, können mit dem erfindungsgemässen Hochtemperaturverfahren Randschichtdicken im Bereich einiger 100 μηι ohne besonderen Zusatzaufwand realisiert werden. Es können also Schichtdicken erzeugt werden, die in der Grössenordnung der Querschnittsabmessungen typischer Schneidgewinde liegen, und daher kann ein ausreichendes Verschleissvolumen (typischerweise >0,2 mm) realisiert werden. Unerwünschte Deformationen des Schneidgewindes beim selbstschneidenden Einschrauben können somit vermieden werden, so dass ein besonders gutes Setzverhalten gegeben ist. Der Grund für die vergleichsweise grossen Schichtdicken wird darin gesehen, dass es bei den erfindungsgemäss vorgesehenen Temperaturen an der Metalloberfläche zu einer Dissoziierung des molekularen Stickstoffs in Einzelatome kommt, welche durch die bei hohen Temperaturen rasch vonstattengehenden Diffusionsvorgänge vergleichsweise gut in den Stahl eindiffundieren können. - Mit dem erfindungsgemässen Hochtemperaturverfahren kann die Korrosionsbeständigkeit des Grundwerkstoffs erhöht werden. Dies erlaubt es, mässig korrosionsbeständige aber relativ harte Grundwerkstoffe einzusetzen, mit denen die Schneidhaltigkeit weiter verbessert werden kann. Der Grund für die vergleichsweise grosse erreichbare Korrosionsbeständigkeit wird darin gesehen, dass der Stickstoff nicht in Form von Nitriden, sondern im Eisengitter gelöst vorliegt.
Die Erfindung kann es insbesondere ermöglichen, einstückige korrosionsbeständige und schneidhaltige selbstschneidende Schrauben für die Verwendung in harten und/oder abrasi- ven Untergründen herzustellen. Die Korrosionsbeständigkeit ist dabei ausreichend hoch für die Verwendung im Aussenbereich oder im feuchten Innenbereich und die Schneidhaltigkeit ist ausreichend für das Schneiden eines Gewindes in mineralischen Untergründen (z.B. Beton, Vollziegel, ...) bzw. in Stahluntergründen. Derartige Schrauben können erfindungsge- mäss auch ohne Fügeoperation einstückig, d.h. als "monolithische Schrauben", hergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Stahl des Rohlings und somit vorzugsweise auch die fertige Schraube einen Kohlenstoffgehalt kleiner 0,07% aufweist. Durch die Verwendung solcher Weichmartensite kann eine besonders gute Beständigkeit gegen Wasserstoffver- sprödung und eine besonders hohe Kernduktilität erreicht werden. Dies wiederum erlaubt einen besonders guten Lastabtrag. Da erfindungsgemäss die Randhärte durch Aufsticken vergrössert ist, kann die relativ geringe Kernhärte (Kernzugfestigkeit der Schaube beispielsweise kleiner 1 100 MPa), die sich bei kleinen Kohlenstoffgehalten ergibt, ohne wesentliche Beeinträchtigung der Schneidhaltigkeit realisiert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Stahl des Rohlings und somit vorzugsweise auch die fertige Schraube einen Kohlenstoffgehalt grösser 0,02%, insbesondere grösser oder gleich 0,03% aufweist. Die damit einhergehende Kernhärte kann gewährleisten, dass die beim Eindrehen der Schraube in Beton auftretenden relativ grossen Drehmomente zuverlässig übertragen werden können.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Stahl des Rohlings einen Chromgehalt grösser 12% und/oder einen Nickelgehalt grösser 2,5% aufweist. Hiermit kann, auch bei den genannten relativ niedrigen Kohlenstoffgehalten, eine besonders umfassende mar- tensitische Gefügestruktur realisiert werden. Daneben wird auch die Korrosionsbeständigkeit sowie die Zähigkeit weiter verbessert. Weiterhin ist es zweckmässig, dass der Stahl des Rohlings und somit vorzugsweise auch die fertige Schraube einen Molybdängehalt grösser 0,3% aufweist. Durch Zulegieren von Molybdän kann die Beständigkeit in chloridhaltiger Umgebung weiter erhöht werden.
Soweit in der vorliegenden Anmeldung prozentuale Mengenangaben enthalten sind, kann es sich in fachüblicher Weise hierbei insbesondere um Massenprozentangaben handeln.
Beispielsweise kann der Stahl des Rohlings und somit vorzugsweise auch der fertigen Schraube X3CrNiMo13-4 (1.4313) sein. Dieser verbindet gute Tieftemperaturzähigkeit mit hoher Festigkeit. Insbesondere kann eine Tieftemperaturzähigkeit von grösser 27J (ISO-V) bei -20°C vorgesehen sein.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schraubenform ein Drehangriffsmittel zum, vorzugsweise formschlüssigen, Übertragen eines Drehmoments auf den Schraubenschaft aufweist. Vorzugsweise wird die Schraubenform mitsamt dem Drehangriffsmittel, insbesondere bei der erfindungsgemässen Temperatur und in der erfindungsgemässen stickstoffhaltigen Gasatmosphäre, gehärtet. Gemäss dieser Ausführungsform wird auch das Drehangriffsmittel der Schraube aus dem martensitisch härtbaren Stahl gefertigt und anschliessend hochtempera- turgehärtet. Die Schraube ist also vorzugsweise einstückig ausgebildet, und zwar insbesondere einschliesslich des Drehangriffsmittels. Das Drehangriffsmittel kann insbesondere einen Aussenmehrkant oder einen Innenmehrkant aufweisen. Beispielsweise kann das Drehangriffsmittel ein Schraubenkopf mit einem Aussenmehrkant oder einem Innenmehrkant sein.
Geeigneterweise wird die Schraubenform am Ende des Härteprozesses so schnell abgeschreckt, dass eine Nitridausscheidung vermieden wird. Hierdurch kann die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit noch weiter verbessert werden. Beim Abschrecken wird auch das martensitische Gefüge metastabil konserviert.
Weiterhin ist es erfindungsgemäss, dass die Schraubenform im Anschluss an das Härten und gegebenenfalls an das Abschrecken angelassen wird, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 450°C. Durch das Anlassen kann ein Restaustenitanteil im Martensit reduziert werden, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Festigkeit auswirkt. Darüber hinaus erhöht sich die Duktilität der Schraube.
Beispielsweise im Hinblick auf den Fertigungsaufwand ist es vorteilhaft, dass die Schraubenform aus dem Rohling durch Kaltumformen geformt wird. Das Schneidgewinde kann vor- zugsweise durch Walzen geformt werden. Das Lastangriffsmittel und/oder der Schraubenkopf kann durch Stauchen geformt werden. Der Rohling kann insbesondere ein Drahtabschnitt sein.
Es ist ferner bevorzugt, dass vor dem Härten in der stickstoffhaltigen Gasatmosphäre zumindest ein Bereich der Schraubenform mit einer diffusionshemmenden Barriere abgedeckt wird. Durch lokales Abdecken von Schraubenbereichen mit diffusionshemmenden Barrieren (z.B. Schichten) kann die aufstickende Wirkung gezielt auf bestimmte Bereiche beschränkt werden, wodurch das Produkt noch weiter hinsichtlich Duktilität und/oder Härte optimiert werden kann. Beispielsweise kann das Drehangriffsmittel und vorzugsweise auch der Schaftbereich unmittelbar unterhalb des Drehangriffsmittels mit einer solchen diffusionshemmenden Barriere abgedeckt werden.
Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens können Oberflächenhärten von grösser 600 HV, was etwa einer Zugfestigkeit von grösser 1800 MPa entspricht, erreicht werden. Im An- schluss an das erfindungsgemässe Härten in der stickstoffhaltigen Gasatmosphäre, aber auch vor dem erfindungsgemässen Härten, können zusätzliche thermische Vergütungsprozesses am Rohling oder an der Schraubenform vorgesehen werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Schraube, die mittels des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt ist.
Das Verhältnis des Aussendurchmessers des Schneidgewindes zur Gewindesteigung des Schneidgewindes kann im Bereich von 1 bis 2, insbesondere im Bereich von 1 ,2 bis 1 ,45 liegen. Dies sind typische Gewindedimensionen für Schrauben, die zum selbstschneidenden Eindrehen in mineralische Substrate wie z.B. Beton vorgesehen sind. Unter der Steigung kann insbesondere der axiale Abstand aufeinander folgender Windungen eines Gewindegangs verstanden werden.
Nach der Erfindung kann auch ein Betonsubstrat mit einer Bohrung vorgesehen sein, in die eine erfindungsgemässe Schraube eingedreht ist, wobei im Betonsubstrat eine Negativform zum Schneidgewinde der Schraube gebildet ist. Demgemäss ist die Schraube unter Bildung eines Gegengewindes selbstschneidend in die Bohrung im Betonsubstrat eingedreht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die schematisch in den beiliegenden Figuren dargestellt sind. In den Figuren zeigen schematisch: Figur 1 : ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens; und
Figur 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Schraube, hergestellt in einem erfindungsgemässen Herstellungsverfahren.
Figur 1 zeigt schematisch die Schrittfolge eines erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens. Zunächst wird in Schritt 1 ein Rohling aus einem martensitisch härtbaren Stahl bereitgestellt. Sodann wird in Schritt 2 aus dem Rohling eine Schraubenform mit einem Schraubenschaft 20, einem am Schraubenschaft 20 angeordneten Schneidgewinde 21 und einem am Schraubenschaft 20 angeordneten Drehangriffsmittel 15 gefertigt. Die Schraubenform wird anschliessend in Schritt 3 bei einer Temperatur grösser 900°C, insbesondere grösser 1050°C, in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre gehärtet und im Anschluss in Schritt 4 so schnell abgeschreckt, dass eine Nitridausscheidung vermieden wird. Schliesslich wird die Schraubenform in Schritt 5 angelassen, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 400°C.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss hergestellten Schraube, die als Betonschraube ausgebildet ist, ist in Figur 2 dargestellt.
Die Schraube 10 weist einen zylindrischen Schraubenschaft 20 auf, an dessen Ende ein Sechskantschraubenkopf vorgesehen ist, der ein Drehangriffsmittel 15 bildet. Längs des Schraubenschaftes 20 erstreckt sich ein Schneidgewinde 21 mit einem Aussendurchmesser d und einer Steigung p. Fakultativ kann am Schraubenschaft 20 auch ein durchmesserkleineres Stützgewinde 28 vorgesehen sein.
Der Schraubenschaft 20 der Schraube ist in eine Bohrung in einem mineralischen Substrat 50, insbesondere in einem Betonsubstrat, eingedreht, wobei das Schneidgewinde 21 beim Eindrehen ein korrespondierendes Gewinde im Substrat 50 freigeschnitten hat. Der Schraubenschaft 20 ist durch eine Bohrung in einer Last 55 durchgeführt, welche vom Schraubenkopf 15 am Substrat 50 gesichert wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen einer selbstschneidenden Schraube (10), bei dem
- ein Rohling aus einem martensitisch härtbaren Stahl bereitgestellt (1) wird,
- aus dem Rohling eine Schraubenform mit einem Schraubenschaft (20) und einem am Schraubenschaft (20) angeordneten Schneidgewinde (21) gefertigt (2) wird, und
- die Schraubenform anschliessend bei einer Temperatur grösser 900°C in einer stickstoffhaltigen Gasatmosphäre gehärtet (3) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass der Stahl des Rohlings einen Kohlenstoffgehalt kleiner 0,07% aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass der Stahl des Rohlings einen Kohlenstoffgehalt grösser oder gleich 0,03% aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass der Stahl des Rohlings einen Chromgehalt grösser 13% und einen Nickelgehalt grösser 2,5% aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass der Stahl des Rohlings einen Molybdängehalt grösser 0,3% aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass der Stahl des Rohlings X3CrNiMo13-4 ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass die Schraubenform ein Drehangriffsmittel (15) zum Übertragen eines Drehmoments auf den Schraubenschaft (20) aufweist, und dass die Schraubenform mitsamt dem Drehangriffsmittel (15) gehärtet (3) wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass die Schraubenform am Ende des Härteprozesses so schnell abgeschreckt (4) wird, dass eine Nitridausscheidung vermieden wird, und
dass die Schraubenform im Anschluss an das Härten angelassen (5) wird, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 150°C und 400°C.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass die Schraubenform aus dem Rohling durch Kaltumformen geformt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch g e ke n n z e i c h n e t,
dass vor dem Härten (3) in der stickstoffhaltigen Gasatmosphäre zumindest ein Bereich der Schraubenform mit einer diffusionshemmenden Barriere abgedeckt wird.
11. Selbstschneidende Schraube (10), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Schraube nach Anspruch 11 ,
dadurch g e ke n n z e i ch n e t,
dass das Verhältnis des Aussendurchmessers (d) des Schneidgewindes (21) zur Gewindesteigung (p) des Schneidgewindes (21) im Bereich von 1 bis 2, insbesondere im Bereich von 1,2 bis 1,45 liegt.
13. Betonsubstrat (50) mit einer Bohrung, in die eine Schraube (10) nach Anspruch 11 oder 12 eingedreht ist, wobei im Betonsubstrat (50) eine Negativform zum Schneidgewinde (21) der Schraube (10) gebildet ist.
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