ROSENHAN ROLF GUENTER (DE)
DE1503028A1 | 1970-11-26 | |||
FR2682685A1 | 1993-04-23 | |||
EP0608711A1 | 1994-08-03 | |||
DE3839788C1 | 1989-11-09 | |||
US2627192A | 1953-02-03 |
K. VETTER: "Werkstoffeinflüsse auf oberflächengehartete Bauteile", VDI Z, vol. 118, no. 21, 1976, DUSSELDORF DE, pages 997 - 1003, XP002009426
1. | Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl. |
2. | mit einem insbesondere durch spanende Bearbeitung oder Umformen profiliertes, radial verlaufende Angriffsflä chen aufweisenden Arbeitsende, wobei eine die Arbeits fläche ausbildende Oberflächenschicht härter ist als der Kernbereich des Arbeitsendes, gekennzeichnet durch eine zwischen der harten Oberflächenschicht und dem Kernbereich liegende Zwischenschicht mit von der Härte der Oberflächenschicht bis zur Härte des Kernes mit zunehmender Tiefe abnehmenden Härte. 00221 2. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl. nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht zwischen 0,05 und 0,2 mm dick ist und einen Härtegradient von 1500 bis 3000 HV 0,3/mm aufweist. 00227 3. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl. nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von 0,05 bis 0,1 mm eine Härte von mehr als 900 HV 0,3 bzw. 67 68 HRC aufweist bei einer Kernhärte von unter 700 HV 0,3. 00234 4. Schraubendreher, Schraubendrehereinsatz oder dgl. nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern, die Oberflächenschicht und die Zwischen Schicht aus einem einheitlichen martensitaushartbarem Stahl gefertigt sind, wobei der Kern zufolge Wärmebe handlung eine Härte von 54 bis 56 HRC und die Oberflä chenschicht zufolge einer Nitrierung eine Härte von 67 68 HRC aufweist. 5. Verfahren zur Herstellung eines Schraubendrehers, Schraubendrehereinsatzes oder dgl. insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein aus martensitaushartbarem Stahl geformter Rohling einer kombinierten Wärmebehandlung und Nitrierung im Plasma 00249 ausgesetzt wird derart, daß eine unmittelbar unterhalb der Oberfläche, die Oberfläche ausbildende Schicht här ter ist als der Kernbereich und zwischen Kern und Ober flächenschicht eine Zwischenschicht sich ausbildet, in welcher die Härte kontinuierlich bei zunehmender Tiefe absinkt. |
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.
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