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Title:
METHOD FOR PRODUCING A SCREW ANCHOR AND SCREW ANCHOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/084388
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a screw anchor (10), wherein a blank made of a steel having a carbon content of 0.35% to 0.42% is provided, in particular made of AISI 1038, wherein a thread (16) is rolled at the tip. The tip of the blank is subsequently hardened. The invention further relates to a screw anchor (10), for which a steel having a carbon content of 0.35% to 0.42% and a tensile strength of a maximum of 1100 N/mm2 is used as the material.

Inventors:
WETSCHER, Florian (Nägeler 54a, Feldkirch, A-6800, AT)
FREERKSEN, Isaiah (Grünaustrasse 2, Buchs SG, CH-9470, CH)
ROSENKRANZ, Falk (Riethalden 2059, Wildhaus, CH-9658, CH)
ZITZMANN, Ralf (Schlossgraben 10, Feldkirch, A-6800, AT)
Application Number:
EP2011/070806
Publication Date:
June 28, 2012
Filing Date:
November 23, 2011
Export Citation:
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Assignee:
HILTI AKTIENGESELLSCHAFT (Feldkircherstrasse 100, Schaan, CH-9494, LI)
WETSCHER, Florian (Nägeler 54a, Feldkirch, A-6800, AT)
FREERKSEN, Isaiah (Grünaustrasse 2, Buchs SG, CH-9470, CH)
ROSENKRANZ, Falk (Riethalden 2059, Wildhaus, CH-9658, CH)
ZITZMANN, Ralf (Schlossgraben 10, Feldkirch, A-6800, AT)
International Classes:
C21D1/18; B21H3/00; C21D1/42; C21D7/10; C21D9/00
Foreign References:
DE10113946A1
GB1535775A
EP1020536A1
EP1466990A1
US20070243043A1
Other References:
None
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Claims:
PATENTANSPRUECHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Schraubankers (10) mittels der folgenden Schritte: - es wird ein Rohling aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,35 % bis 0,42 % bereitgestellt, insbesondere aus AISI 1038, der umgeformt wird, wobei ein Gewinde (16) angewalzt wird,

der Spitzenbereich des Rohlings wird gehärtet, insbesondere erwärmt und abgeschreckt. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor dem Erwärmen gereinigt wird, insbesondere entphosphatiert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling induktiv erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschrecken ein schroffes Abkühlmittel verwendet wird, insbesondere eine Tensid-Wasser-Lösung oder eine Öl-Wasser-Emulsion.

6. Schraubanker (10), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Material ein Stahl verwendet wird, der einen

Kohlenstoffgehalt von 0,35 % bis 0,42 % aufweist und eine Zugfestigkeit von maximal 1100 N/mm2.

7. Schraubanker (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er aus AISI 1038 besteht. 8. Schaubanker (10) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass er eine mit einem Gewinde (18) versehene Spitze aufweist, wobei ein erster Bereich (16) des Schraubankers eine Härte oberhalb von 550 HV und ein zweiter Bereich (19) des Schraubankers eine Härte unterhalb von 350 HV hat.

9. Schraubanker (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte im ersten Bereich (16) oberhalb von 600 HV liegt.

10. Schraubanker (10) nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte im ersten Bereich (16) auch in einer Tiefe von 0,25 mm unterhalb der Oberfläche oberhalb vom 550 HV liegt.

1 1. Schraubanker (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangszone zwischen erstem Bereich (16) und zweitem Bereich (19), im Längsschnitt betrachtet, parabelförmig verläuft.

12. Schraubanker (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Gewindedurchmesser zu Steigung im Bereich von 1 ,2 bis 1 ,45 liegt.

13. Schraubanker (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe eines Gewindegangs in der Größenordnung von 2 mm liegt.

14. Schraubanker (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde eingängig ist. 15. Schraubanker (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von 0,5 % bis 1 ,2 % besteht und das Verhältnis von Außendurchmesser zu Gewindesteigung > 1 und < 2 ist.

Description:
Verfahren zur Herstellung eines Schraubankers und Schraubanker

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 550 HV1 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 HV1. 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 angelassen, 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 der vielen Prozessschritte relativ lang dauert und der Aufwand deshalb 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 mittels der folgenden Schritte vorgesehen: Zunächst wird ein Rohling aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,35 % bis 0,42 % bereitgestellt, insbesondere aus AISI 1038, der umgeformt wird, wobei ein Gewinde angewalzt wird. Anschließend wird der Spitzenbereich des Rohlings gehärtet, insbesondere erwärmt und abgeschreckt. Erfindungsgemäß wird also ein ganz anderer Ansatz verfolgt als im Stand der Technik. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass es bei der Wahl eines geeigneten Ausgangsmaterials ausreichend ist, die gewünschte Festigkeit des Schafts des Schraubankers durch Kaltverformung zu erzielen. Die gewünschte Härte im einem Bereich des Gewindes des Schraubankers wird dadurch erhalten, dass lediglich dieser Bereich gehärtet, insbesondere erwärmt und anschließend abgeschreckt wird. Es ist also nicht erforderlich, den gesamten Schraubanker verschiedenen Wärmebehandlungsschritten zu unterziehen. Stattdessen wird lediglich dort ein einziger Wärmebehandlungsschritt ausgeführt, wo die gewünschte hohe Härte nötig ist. Auf diese Weise wird auch das Problem der Wasserstoffversprödung umgangen. Der umgeformte Schaftabschnitt stellt in dieser Beziehung kein Problem dar, und der wärmebehandelte Gewindeabschnitt liegt bei Benutzung der Schraube ausreichend tief im Inneren des Bohrlochs, sodass auch hier kein Risiko einer Wasserstoffversprödung besteht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rohling in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten umgeformt wird. Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise die verschiedenen Abschnitte des Schraubankers wie der Schraubenkopf, der Schaft sowie der mit dem Gewinde versehene Abschnitt optimal geformt werden können. Außerdem ergibt sich eine größere Festigkeitssteigerung aufgrund der Kaltverformung, wenn mehrere Verformungsschritte vorgenommen werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Rohling vor dem Erwärmen gereinigt wird, insbesondere entphosphatiert. Dadurch ergeben sich bessere Härtewerte.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rohling induktiv erwärmt wird. Dies ermöglicht, mit geringem Aufwand exakt den Gewindeabschnitt des Rohlings zu erwärmen, in welchem die große Härte erwünscht wird.

Vorzugsweise wird zum Abschrecken nach dem Erwärmen ein schroffes Abkühlmittel verwendet, insbesondere eine Tensid-Wasser-Lösung oder eine Öl-Wasser-Emulsion. Dies führt zu besonders hohen Härtewerten an der Oberfläche.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist auch ein Schraubanker vorgesehen, der als Material einen Stahl verwendet, der einen Kohlenstoffgehalt von 0,35 % bis 0,42 % aufweist und eine Zugfestigkeit von maximal 1 100 N/mm 2 . Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mit einem solchen Ausgangswerkstoff ein Schraubanker hergestellt werden kann, der sowohl die Anforderungen hinsichtlich der Wasserstoffversprödung erfüllt als auch ausreichend gut härtbar ist, so dass im Bereich des Gewindes die gewünschten Härtewerte an der Oberfläche erreicht werden. Zudem ist er gut umformbar und walzbar.

Besonders bevorzugt ist, wenn der Schraubanker aus AISI 1038 besteht. Dieser Stahl ist auch hinsichtlich seiner weiteren Bestandteile besonders geeignet für die Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Schraubanker.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schraubanker einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, wobei er im ersten Bereich eine Härte oberhalb von 550 HV, insbesondere oberhalb von 600 HV, und im zweiten Bereich eine Härte unterhalb von 350 HV hat. Insbesondere befindet sich der erste Bereich im Spitzenbereich des Schraubankers, während der zweite Bereich sich an den ersten Bereich in Richtung Schraubenkopf anschließt. Die angegebenen Werte gewährleisten, dass sich der Schraubanker gut in den Beton einschneiden kann, während gleichzeitig der Schaft die gewünschte Zähigkeit aufweist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Härte im ersten Bereich auch in einer Tiefe von 0,25 mm unterhalb der Oberfläche oberhalb vom 550 HV liegt. Dies gewährleistet, dass das Gewinde des Schraubankers ausreichend fest ist, um sich zuverlässig in Beton einzuschneiden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Übergangszone zwischen erstem und zweitem Bereich, im Längsschnitt betrachtet, parabelförmig verläuft. Dies führt zu einer hohen Belastbarkeit zwischen dem ungehärteten und dem gehärteten Bereich des Schraubankers.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Verhältnis von Gewindedurchmesser zu Steigung im Bereich von 1 ,2 bis 1 ,45 liegt. Dieser Wert in Kombination mit dem für den Schraubanker verwendeten Material führt zu einer guten Leistung des Schraubankers beim Einschrauben in Beton.

Bevorzugt wird, dass die Höhe eines Gewindegangs in der Größenordnung von 2 mm beträgt. Dies führt ebenso zu besonders guten Leistungen des Schraubankers wie die Verwendung eines eingängigen Gewindes. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schraubanker aus einem Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von 0,5 % bis 1 ,2 % besteht und dass das Verhältnis von Außendurchmesser zu Gewindesteigung > 1 und < 2 ist. Diese Gestaltung beruht auf der Erkenntnis, dass diese Kombination zu einer besonders hohen Leistung des Schraubankers führt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten Figur dargestellt ist. In dieser ist schematisch im Schnitt ein erfindungsgemäßer Schraubanker gezeigt.

In Figur 1 ist ein Schraubanker 10 gezeigt, der einen Kopfabschnitt 12 sowie einen Schaft 14 aufweist. Der Schaft 14 weist in einem vorderen, vom Kopfabschnitt 12 abgewandten Ende ein Gewinde 18 auf, das hier durch einen sich spiralförmig erstreckenden Gewindegang gebildet ist. Zwischen dem mit dem Gewinde 18 versehenen Schaftabschnitt und dem Kopfabschnitt 12 ist der Schaft 14 gewindefrei und zylindrisch ausgeführt.

Der Schraubanker 10 besteht hier aus AISI 1038, also einem Stahl mit den folgenden Legierungsbestandteilen:

C: 0,35 bis 0,42 %

Si: 0,15 bis 0,35 %

Mn: 0,6 bis 0,9 %

Die genannten Werte sind dabei Teil des angegebenen Bereichs im Sinne von„größer gleich" oder„kleiner gleich".

Ferner können die folgenden Bestandteile vorhanden sein:

P: < 0,03 % S: < 0,04 %

Cr : < 0,2 %

Ni: < 0, 1 %

Mo: < 0, 1 %

Cu: < 0, 1 %

Dieser Stahl wird in Drahtform mit einer Festigkeit im Bereich von 520 bis 640 N/mm 2 angeliefert. Aus dem Draht wird ein Rohling durch Kaltumformen hergestellt, und zwar in mehreren Bearbeitungsschritten, sodass der Kopfabschnitt und der Schaft hergestellt werden. Das Gewinde wird durch Flachbackenwalzen erzeugt. Dabei kann ein Rollwerkzeug mit einem variablen Winkel verwendet werden.

Anschließend wird der kaltumgeformte Rohling gereinigt, insbesondere entphosphatiert. Dann wird ein erster Bereich des mit dem Gewinde 18 versehene Bereichs des Schafts 14 induktiv erwärmt und abgeschreckt und somit gehärtet. Im vorliegenden Beispiel bildet der erste Bereich 16 den Spitzenbereich des Schraubankers. Zum Abschrecken wird ein schroffes Abkühlmittel wie eine Tensid-Wasser-Lösung oder eine Öl-Wasser-Emulsion verwendet.

Auf diese Weise wird ein Schraubanker erhalten, der in einem ersten Bereich 16 des Schaftes 14 eine Härte oberhalb von 550 HV aufweist, insbesondere oberhalb von 600 HV, und in einem zweiten Bereich 19 des Schafts 14 eine Härte unterhalb 350 HV. Die hohe Härte liegt im ersten Bereich 16 auch in einer Tiefe von 0,25 mm unterhalb der Oberfläche vor. Im Bereich des kaltverformten Schafts ergibt sich eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 1 100 N/mm 2 . Der nicht gehärtete Bereich des Schafts weist eine sehr hohe Zähigkeit und damit eine gute Wderstandsfähigkeit gegen Rissentstehung und Rissausbreitung auf. Dies ist insbesondere im Fall von dynamischen Lasten, die auf den Schraubanker einwirken, ein großer Vorteil.

Ein besonderer Vorteil des auf diese Weise hergestellten Schraubankers besteht darin, dass der Schaft im nicht gehärteten Bereich keinerlei Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung zeigt. Das Risiko einer Wasserstoffversprödung besteht lediglich im Bereich der gehärteten Spitze. Da jedoch der erste Bereich 16 vergleichsweise kurz ist, insbesondere deutlich weniger als die Hälfte der Länge des Schraubankers, befindet sich dieser Bereich sehr tief im Inneren des Betons, also in einem großen Abstand von der Außenfläche.

Ein besonders belastbarer Übergang zwischen dem gehärteten Bereich des Schafts und dem ungehärteten Bereich ergibt sich, wenn der gehärtete Bereich parabelförmig in den ungehärteten übergeht (siehe die in Figur 1 angedeutete Grenzlinie 20). Die Höhe der Parabel beträgt vorzugsweise über 3 mm.

Eine besonders gute Leistung des Schraubankers ergibt sich, wenn das Verhältnis von Gewindedurchmesser zu Steigung im Bereich von 1 ,2 bis 1 ,45 liegt. Das Gewinde ist dabei vorzugsweise eingängig ausgeführt, wobei jeder Gewindegang eine Höhe h in der Größenordnung von 2 mm hat.