Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CONNECTING ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/158661
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a connecting element (10, 30) for connecting at least two components that are positioned one on top of the other, comprising a shaft (14, 34) and a head (12, 32), which is provided with a drive (38), the shaft (14, 34) being formed from a base material and ending at the exposed shaft end thereof that is opposite the head (12, 32). The invention is characterised in that a tip (16, 40) made of plating material is applied to the exposed shaft end, which plating material is different from the base material.

Inventors:
CHRIST, Eberhard (Bergstrasse 5, Tambach-Dietharz, 99897, DE)
ACHENBACH, Michael (Im Bornbachsfeld 7, Breidenbach, 35236, DE)
Application Number:
EP2019/053732
Publication Date:
August 22, 2019
Filing Date:
February 14, 2019
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
EJOT GMBH & CO. KG (Astenbergstraße 21, Bad Berleburg, 57319, DE)
International Classes:
F16B25/00; B23K20/12; F16B19/14; F16B25/10
Domestic Patent References:
WO2016096107A12016-06-23
Foreign References:
DE102012009400A12013-11-14
DE102014220338A12016-04-14
JP2009121616A2009-06-04
DE102009006775A12009-10-01
DE102006002238A12007-07-19
DE202006000606U12006-03-16
Attorney, Agent or Firm:
PUSCHMANN BORCHERT BARDEHLE PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (Bajuwarenring 21, Oberhaching, 82041, DE)
Download PDF:
Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verbindungselement (10, 30, 50) zur Verbindung von wenigstens zwei übereinanderliegenden Bauteilen, aufweisend einen Schaft (14, 34, 56) und einem mit einem Antrieb (38) versehenen Kopf (12, 32), wobei der Schaft (14, 34, 36) aus einem Grundmaterial gebildet ist und an seinem dem Kopf (12, 32) gegenüberliegenden freien Schaftende endet, dadurch gekennzeichnet, dass an dem freien Schaftende ein Spitzenbereich (16, 40, 52) aus einem Auftragsmaterial (36) gebildet ist, das unterschiedlich zum Grundmaterial ist.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial (36) im Vergleich zum Grundmaterial ein härtbares oder härteres Material ist.

3. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der

Spitzenbereich als Spitze (16, 40, 52) ausgebildet ist.

4. Verbindungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Grundmaterial ein rost- und säurebeständiger Stahl oder eine Nichteisenmetall Legierung ist.

5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial an der Spitze durch Walzen oder Pressen in seine endgültige Spitzenform gebracht ist.

6. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial an der Spitze durch spanende Bearbeitung in seine endgültige Spitzenform gebracht ist.

7. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) eine gewindefurchende Schraube ist.

8. Verbindungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die

gewindefurchende Schraube (30, 50) wenigstens in ihrem Furchbereich zumindest partiell ein Gewinde (42, 58) aus Auftragsmaterial aufweist.

9. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Reibschweißelement ist.

10. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (16, 40) gerundet, spitzwinklig oder stumpfwinklig ist.

11 . Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements (10, 30) nach einem der

vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial des Schafts (14, 34, 56) wenigstens an seinem freien Schaftende durch Auftragsschweißen mit einem Auftragsmaterial beschichtet wird, so dass aus dem Auftragsmaterial die Spitze (16, 40, 52) des Verbindungselements gebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das freie Schaftende aus

Grundmaterial zylindrisch ist und in einer Kreisfläche endet.

13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem der

Spitzbereich an das freie Schaftende auftragsgeschweißt wurde, die Spitze mechanisch, z. B durch ein umformendes oder spanendes Verfahren in Form gebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Spitze weitere Funktionsstrukturen an den Schaft auftragsgeschweißt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsstruktur ein

selbstfurchendes Gewinde ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde hergestellt wird, indem, nachdem das Auftragsmaterial auf den Schraubenschaft aufgetragen wurde, ein Gewinde auf den Schraubenschaft gewalzt wird. 17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde hergestellt wird, indem das Auftragsmaterial in Helixform auf den Schaft derart aufgetragen wird, dass unmittelbar nach dem Auftrag des Auftragsmaterials das Gewinde hergestellt ist.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial in Raupen oder vollflächig aufgetragen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Raupen parallel zur Schraubenachse oder in Windungen um den Schraubenschaft verlaufen. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem

Auftragsschweißen des Auftragsmaterials Nuten in das Grundmaterial des Schraubenschafts eingebracht werden, in welchen dann das Auftragsschweißen erfolgt.

21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das

Auftragsschweißen mittels Laserauftragsschweißen, Lichtbogenschweißen oder Plasmapulverauftragsschweißen erfolgt.

Description:
Verbindungselement

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Anspruch 1 1 .

Grundsätzlich ist es bekannt, selbstfurchende Schrauben in Zweistahlausführung herzustellen, um eine hohe Korrosionsbeständigkeit des tragenden Bereichs bzw. des Kopfes zu erreichen und gleichzeitig eine große Härte der furchenden Gewindegänge zu erreichen.

Eine solche Schraube ist beispielsweise aus DE 20 2006 000 606 U1 bekannt.

Diese Art der Herstellung hat den Nachteil, dass zwei Bolzenteile aus Vollmaterial miteinander verbunden werden müssen. Bei der Verbindung von beiden Bolzenteilen entsteht ein Mittenversatz, der durch einen separaten Walzarbeitsgang wieder ausgeglichen werden muss.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine gewindefurchende Schraube mit geringer Korrosionsanfälligkeit zu schaffen, die es ermöglicht in Bauteile mit höherer Festigkeit ein Gewinde zu furchen, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

In bekannter Weise umfasst ein Verbindungselement zur Verbindung von wenigstens zwei übereinanderliegenden Bauteilen, einen Schaft und einen mit einem Antrieb versehenen Kopf. Der Schaft ist aus einem Grundmaterial gebildet und endet an seinem dem Kopf gegenüberliegenden freien Schaftende.

Erfindungsgemäß schließt sich an das freie Schaftende aus Grundmaterial ein Spitzenbereich aus Auftragsmaterial an, das insbesondere durch Auftragsschweißen aufgebracht wurde.

Der Spitzen bereich ist stirnseitig auf den Schaft aufgebracht.

Beim Auftragsschweißen wird Volumen durch ausschließliches Einbringen eines Schweißzusatzstoffes aufgebaut.

Auf diese Weise können unterschiedliche Materialeigenschaften in einem Verbindungselement vorteilhaft verwirklicht werden. So kann das Auftragsmaterial ein im Vergleich zum Grundmaterial härteres oder ein härtbares Material sein. Dadurch kann ein Durchdringen von Bauteilen ermöglicht werden, deren Härte größer ist als die des Grundmaterials.

Vorteilhafte Eigenschaften des Grundmaterials, insbesondere in Bezug auf Korrosionseigenschaften können dabei genutzt werden, ohne dass für die Halteeigenschaften notwendigen Härteanforderungen dabei berücksichtigt werden müssen.

So kann das Grundmaterial beispielsweise ein rast- und säurebeständiger Stahl oder ein

Nichteisenmetall oder eine Nichteisenmetall-Legierung sein.

Das Auftragsmaterial ist bevorzugt als martensitisch härtbarer Stahl ausgebildet.

Das Auftragsmaterial kann auch ein Materialgemisch sein. Zum Beispiel bestehend aus Edelstahl, Hartmetall und anderen Komponenten mit spezifischen Eigenschaften wie z. B. unter dem

Markennamen Stellit bekannt.

Bevorzugt kann das Auftragsmaterial im Spitzenbereich eine Spitze bilden. Diese kann insbesondere durch Walzen oder Kneifen oder andere Fertigungsverfahren hergestellt sein.

Durch die mechanische Nachbearbeitung des auftragsgeschweißten Spitzenbereichs können Bohrspitzen oder fließlochformende Spitzen für Schrauben oder andere Verbindungselemente, z. B. Reibschweißverbindungselemente oder Niete oder Nägel hergestellt werden. Bevorzugt kann das Verbindungselement neben der Spitze weitere Funktionsbereiche zwischen der Spitze und dem Kopf aufweisen. Dies kann beispielsweise ein Schraubgewinde sein, das insbesondere als Furchgewinde ausgebildet ist.

Bei einer derartigen gewindefurchenden, insbesondere lochformenden und selbstfurchenden Schraube kann der Furchbereich des Schraubgewindes erfindungsgemäß ebenfalls ein Gewinde aus auftragsgeschweißtem Material aufweisen.

Alternativ kann das Verbindungselement ein Reibschweißverbindungselement sein.

Die erfindungsgemäße Spitze des Verbindungselements muss nicht zwingend spitzwinklig sein. Sie kann auch gerundet oder stumpfwinklig ausgebildet sein.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Fierstellung eines zuvor beschriebenen Verbindungselements.

So wird erfindungsgemäß ein aus einem Grundmaterial hergestellter, insbesondere blanker, Schaft wenigstens an seinem freien Schaftende mit einem Auftragsmaterial beschichtet, so dass aus dem Auftragsmaterial eine Spitze hergestellt werden kann.

Das Auftragsmaterial wird stirnseitig auf den Schaft aufgetragen.

Bevorzugt kann durch eine weitere Bearbeitung des Auftragsmaterials dort im Spitzenbereich eine Spitze des Verbindungselements hergestellt werden.

Bevorzugt kann das Auftragsmaterial mittels Auftragsschweißen, insbesondere mittels

Laserauftragsschweißen, Laserpulverauftragsschweißen, Lichtbogenschweißen oder

Plasmapulverauftragsschweißen oder durch andere generative Verfahren erfolgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann das freie Schaftende aus Grundmaterial zylindrisch enden. Dies stellt eine möglichst große Kontaktfläche zur Verbindung des Schafts aus Grundmaterial mit dem aufgetragenen Auftragsmaterial zur Verfügung. Der Spitzen bereich kann sich von einem vorderen verjüngten Ende des Verbindungselements bis zu, vollen Schaftdurchmesser erstrecken oder sich auch nur teilweise im vorderen Bereich erstrecken.

Das vordere Ende kann insbesondere punktförmig, ballig oder abgeflacht gestaltet sein.

Bevorzugt wird der Spitzenbereich, nachdem dieser an das freie Schaftende auftragsgeschweißt wurde, mechanisch verformt oder zerspant. Auf diese Weise können bedarfsweise unterschiedliche

Spitzengeometrien bereitgestellt werden.

Neben der Spitze können weitere Funktionsstrukturen auf den Schaft aufgetragen werden.

Bevorzugt kann die Funktionsstruktur ein selbstfurchendes Schraubgewinde sein. Dazu kann das Auftragsmaterial insbesondere im Furchbereich des Schraubgewindes aufgetragen werden.

Dadurch kann ein Muttergewinde in einem Bauteil erzeugt werden, dessen Härte größer ist als die Härte des Grundmaterials des Verbindungselements, das in diesem Fall als gewindefurchende, und/oder lochformende Schraube ausgebildet ist.

Die Schichtdicke des Auftragsmaterials beträgt bevorzugt wenigstens 3% des Schaftdurchmessers.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer vorbeschriebenen Schraube, die einen Antrieb und einen Schraubenschaft mit einem Gewinde aufweist. Das Gewinde weist einen tragenden Bereich und einen Furchbereich auf. Der Schraubenschaft besteht aus einem Grundmaterial.

Der Grundkörper wird zuerst aus dem Grundmaterial gepresst, welcher im Bereich des Furchbereichs des Gewindes mit einem Auftragsmaterial beschichtet wird, indem es auf das Grundmaterial auftragsgeschweißt wird. Das Gewinde im Furchbereich wird durch das Auftragsmaterial gebildet.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung, kann das Gewinde direkt auf das Grundmaterial aufgebracht werden. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass eine Raupe in einer für Schrauben üblichen Helix- Form um den Schaft herum aufgeschweißt wird. Dadurch kann direkt mit Aufschweißen des Gewindes ein selbstfurchendes Gewinde erzeugt werden. Dadurch können Gewinde insbesondere mit einem stumpfen Flankenwinkel oder verrundeten

Gewindeflanken erzeugt werden.

Dies lässt sich besonders gut für grobe Gewinde umsetzen, wie sie beispielsweise für Betonschrauben benötigt werden. Betonschrauben definieren sich, wie folgend beschrieben.

Das ausschließlich durch Auftragsschweißen auf den Schraubenschaft aufgebrachte Gewinde weist eine raue Struktur an seiner Oberfläche auf, so dass die Gewindeflanke abrasive Eigenschaften aufweist.

Das Gewinde kann bevorzugt hergestellt werden, indem der Schraubenrohling so gepresst wird, dass dieser im zu beschichtenden Bereich eine geringere radiale Ausdehnung als im nicht zu beschichtenden Bereich aufweist.

Das Auftragsmaterial wird auf das Grundmaterial aufgeschweißt, wonach anschließend der

Grundkörper aus Grundmaterial mit auftragsgeschweißtem Auftragsmaterial beschichtet ist.

Insbesondere erfolgt die Beschichtung derart, dass der Schraubenschaft durchgehend den gleichen Außendurchmesser besitzt. Der mit dem Auftragsmaterial beschichtete Schraubenrohling wird dann gewalzt, so dass der auftragsgeschweißte Bereich und Teile des Grundmaterials zu einem Gewinde durch Walzen geformt werden.

Auf diese Weise können selbstfurchende Gewinde mit einem definierten Flankenwinkel hergestellt werden, indem das aufgeschweißte Material nachträglich in eine solche Form gebracht wird.

Auf diese Weise kann eine gewindefurchende Schraube bereitgestellt werden, die eine hohe Zähigkeit auch im Bereich des Furchgewindes besitzt, daneben gute Korrosionseigenschaften im tragenden Bereich des Gewindes und des Kopfes besitzt und dennoch harte Gewindeflanken, um selbstfurchend auch in Bauteile großer Härte eingeschraubt zu werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Auftragsmaterial in Raupen oder flächig, insbesondere vollflächig umhüllend auf das Grundmaterial aufgetragen werden. Der Auftrag des Auftragsmaterials kann derart erfolgen, dass nur im Furchbereich das Auftragsmaterial aufgeschweißt wird. Dadurch ergibt sich beispielsweise eine Zweistahlschraube, die im vorderen Furchbereich ein Furchgewinde aus gehärtetem Stahl und im tragenden Bereich ein Gewinde aus Edelstahl aufweist, insbesondere aus rast- und säurebeständigem Stahl aufweist.

Dies führt zu verbesserten Halteeigenschaften bei sehr guten Furcheigenschaften.

So kann eine Schraube bereitgestellt werden, deren Gewinde sowohl im auftragsgeschweißten Furchbereich, als auch im Haltebreich gewalzt ist. Alternativ kann auch eine Schraube entstehen, deren Gewinde im Haltebereich gewalzt und im Furchbereich lediglich durch das mechanisch unbehandelte auftragsgeschweißte Auftragsmaterial gebildet ist.

Bevorzugt können vor dem Auftragsschweißen des Auftragsmeterials Nuten in das Grundmaterial des Schraubenschafts eingebracht werden, in welchen dann das Auftragsschweißen erfolgt.

Das Auftragsschweißen kann mittels Laserauftragsschweißen, Lichtbogenschweißen oder

Plasmapulverauftragsschweißen erfolgen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

In der Zeichnung bedeutet:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Reibnagels;

Fig. 2a bis 2c eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen gewindefurchenden

Schraube, und

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen gewindefurchenden und lochbohrenden Schraube.

Fig. 1 zeigt ein Verbindungselement 10 zum Durchdringen von Plattenmaterialien, umfassend einen Kopf 12 und einen Schaft 14. Der Kopf 12 weist einen Antrieb auf. An den Schaft 14 ist eine Spitze 16 durch Auftragsschweißen, insbesondere Laserauftragsschweißen angeformt. Die auftragsgeschweißte Spitze besteht aus einem härteren Material als der Schaft 14 und auch der Kopf 12, die bevorzugt aus dem gleichen ersten Material hergestellt sind. Dadurch kann das dargestellte Verbindungselement 10 unter Druck und Rotation auch Bauteillagen durchdringen, die härter sind als das erste Material.

Dennoch kann nach Durchdringen der zu verbindenden Bauteillagen eine Reibschweißverbindung sowohl zwischen den Lagen und dem speziell angepassten Verbindungselement hergestellt werden.

Der Schaft 14 und der Kopf 12 können dabei unter Korrosionsgesichtspunkten ideal ausgelegt werden, wobei die Spitze nur unter Härtegesichtspunkten ausgestaltet werden kann.

Fig. 2a bis 2c zeigt in einer schematischen Schnittansicht die Herstellung einer gewindefurchenden Schraube 30 mit einer lochformenden Spitze 40. Die Spitze 40 sowie das Gewinde 42 sind durch ein von dem Grundmaterial des Schaftes 34 und des Kopfes 32 der Schraube unterschiedlichen

Auftragsmaterial gebildet.

Fig. 2a zeigt das Grundelement 35 der Schraube umfassend den Kopf 32 und den Schaft 34, die beide aus dem Grundmaterial hergestellt sind. Ein in den Kopf 32 eingebrachter Antrieb 38 dient zur Übertragung einer Drehbewegung auf das Verbindungselement 30. Das so hergestellte Grundelement 35 wird in einem weiteren Arbeitsschritt mit einem Auftragsmaterial beschichtet, wie dies in Fig. 2b dargestellt ist.

Das Auftragsmaterial ist ein härteres Material als das Grundmaterial. Das Grundmaterial ist im vorliegenden Fall ein Edelstahl, wohingegen das Auftragsmaterial ein Vergütungsstahl ist. Dieser ist noch zusätzlich härtbar. Ein weiterer Härtevorgang kann beispielsweise ein gezieltes Erwärmen der Spitze und des Gewindes umfassen.

Das Auftragsmaterial wird bevorzugt mittels Pulverauftragsschweißen aufgebracht.

Wie Fig. 2b zu entnehmen ist das Auftragsmaterial 36 sowohl im Bereich des Gewindes 42 als auch im Spitzenbereich aufgebracht.

Das Verbindungselement wird nun einem Walzvorgang unterzogen, bei welchem sowohl die Spitze als auch das Gewinde ausgeformt werden. Die fertig gewalzte Schraube 30 ist in Fig. 2c gezeigt.

Auf diese Weise kann ein Verbindungselement, mit einer lochformenden Spitze und auch mit einem Furchgewinde ausgestattet sein, die aus einem härteren Material gebildet sind, als dies für den Schaft der Fall ist. Die Materialeigenschaften der einzelnen Bereiche können so ergänzend wirken.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schraube 50 in einer schematischen Darstellung. Die Schraube 50 weist eine Bohrspitze 52 auf, die spanend ein Loch in ein Bauteil erzeugt. Die Herstellung erfolgt im Wesentlichen analog zur Beschreibung gemäß Fig. 2a, 2b. So wird die Bohrspitze 52 derart hergestellt, dass ein Auftragsmaterial 54 im Spitzenbereich am freien Ende des aus Grundmaterial bestehenden Grundelements 56, durch Auftragsschweißen aufgebracht ist.

Das Auftragsmaterial 54 im Spitzenbereich der Schraube 50 wird nicht gewalzt sondern

kaltumformtechnisch gepresst, sodass eine Bohrspitze 52 entsteht.

Auf diese Weise kann eine harte Bohrspitze 52, die zuverlässig mit einem Grundelement des Schaftes verbunden ist hergestellt werden.

Wie Fig. 3 weiter zeigt, kann auch das Gewinde 58 wenigstens teilweise durch Auftragsmaterial 54 gebildet sein. Das Auftragsmaterial 54 kann in einem Arbeitsschritt mit dem Auftragsschweißen des Auftragsmaterials im Spitzenbereich erfolgen, wobei die endgültige Ausbildung des Gewindes durch den Walzvorgang nach der Herstellung der Bohrspitze 52 erfolgt.




 
Previous Patent: THREAD-FORMING SCREW AND PRODUCTION THEREOF

Next Patent: METHODS