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Title:
THREAD-FORMING SCREW AND PRODUCTION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/158660
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thread-forming screw (10) comprising a base body (12, 20) which comprises a drive and a screw shank, the screw shank carrying a thread (13) having a channeling region (14) and a carrying region, the base body (12, 20) consisting of a base material. The invention is characterised in that the thread (13) is formed from a coating material (18) different from the base material, at least in the channeling region (14), which is applied to the base material by deposition welding.

Inventors:
ACHENBACH, Michael (Im Bornbachsfeld 7, Breidenbach, 35236, DE)
CHRIST, Eberhard (Bergstrasse 5, Tambach-Dietharz, 99897, DE)
Application Number:
EP2019/053731
Publication Date:
August 22, 2019
Filing Date:
February 14, 2019
Export Citation:
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Assignee:
EJOT GMBH & CO. KG (Astenbergstraße 21, Bad Berleburg, 57319, DE)
International Classes:
F16B25/00
Domestic Patent References:
WO2004074697A12004-09-02
WO2017194357A12017-11-16
Foreign References:
JP2009121616A2009-06-04
US4350464A1982-09-21
DE102012009400A12013-11-14
DE102004053803B42006-10-26
DE202006000606U12006-03-16
Attorney, Agent or Firm:
PUSCHMANN BORCHERT BARDEHLE PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (Bajuwarenring 21, Oberhaching, 82041, DE)
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Claims:
P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Gewindefurchende Schraube (10), umfassend einen Grundkörper (12, 20), der einen Antrieb (15) und einen Schraubenschaft umfasst, wobei der Schraubenschaft ein Gewinde (13) trägt, das einen Furchbereich (14) und einen tragenden Bereich besitzt, wobei der Grundkörper (12, 20) aus einem Grundmaterial ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (13) wenigstens im Furchbereich (14) durch ein zum Grundmaterial unterschiedliches Auftragsmaterial (18) gebildet ist, das durch Auftragsschweißen auf das Grundmaterial aufgebracht wird.

2. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Grundmaterial ein rast- und säurebeständiger Stahl ist.

3. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rost- und säurebeständige Stahl ein austenitischer Edelstahl ist.

4. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial eine Aluminiumlegierung ist und das Auftragsmaterial (18) eine unterschiedliche Metalllegierung oder ein Legierungsgemisch ist.

5. Gewindefurchende Schraube nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial (18) ein härtbarer Stahl ist.

6. Gewindefurchende Schraube nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial (18) eine Schichtdicke von wenigstens 5% des Schaftdurchmessers des Schraubenschafts (20, 32) besitzt.

7. Gewindefurchende Schraube nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (13, 34) einen spitzen Flankenwinkel besitzt.

8. Gewindefurchende Schraube nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (13, 34) einen stumpfen Flankenwinkel besitzt oder verrundet ist.

9. Gewindefurchende Schraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (10, 30) eine Betonschraube ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer gewindefurchenden Schraube (10, 30) nach einem der

vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundmaterial des Schraubenschafts (20, 32) wenigstens teilweise durch Auftragsschweißen mit einem

Auftragsmaterial (18) beschichtet wird, und dass aus dem Auftragsmaterial (18) das Gewinde (13, 34) im Furchbereich (14) gebildet wird.

11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (13, 34) hergestellt wird, indem, nachdem das Auftragsmaterial (18) auf den Schraubenschaft (20, 32) aufgetragen wurde, ein Gewinde (13) auf den Schraubenschaft (20, 32) aufgewalzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (13, 34) hergestellt wird, indem das Auftragsmaterial (18) in Helixform auf den Schaft (20, 32) derart aufgetragen wird, dass unmittelbar nach dem Auftrag des Auftragsmaterials (18) das Gewinde (13, 34) hergestellt ist.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragsmaterial (18) in Raupen, Punkten oder vollflächig aufgetragen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Raupen parallel zur

Schraubenachse oder in Windungen um den Schraubenschaft (20, 32) verlaufen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das

Auftragsschweißen mittels Laserauftragsschweißen, Laserpulverauftragsschweißen,

Lichtbogenschweißen oder Plasmapulverauftragsschweißen erfolgt.

Description:
Gewindefurchende Schraube und Herstellung derselben

Die Erfindung betrifft eine gewindefurchende Schraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Anspruch 10.

Die DE 10 2004 053 803 B4 offenbart ein gewindefurchende Schraube, bei der über den Furchbereich der Schraube einzelne Schneidmittel eingesetzt sind, die durch Schweißgut ausgebildet sind.

Grundsätzlich ist es bekannt, gewindefurchende 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 der 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 Mitten versatz, der durch einen separaten Walzarbeitsgang wieder ausgeglichen werden muss.

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

Die Aufgabe wird für die gewindefurchende Schraube durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für das Herstellungsverfahren durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Die weiteren Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. In bekannter Weise umfasst eine gewindefurchende Schraube einen Grundkörper, umfassend einen Antrieb und einen Schraubenschaft, wobei der Schraubenschaft ein Gewinde trägt. Das Gewinde weist einen Furchbereich und einen tragenden Bereich auf, wobei der Furchbereich dazu dient, einen Gewindegang in das Material des Bauteils zu furchen, in welchen dann im weiteren Verlauf das Gewinde des tragenden Bereichs eingreift.

Der Grundkörper, der den Schraubenschaft umfasst, ist aus einem Grundmaterial gebildet, welches bevorzugt nicht korrosive Eigenschaften aufweist, also insbesondere ein rast- und säurebeständiger Stahl, im weiteren Edelstahl genannt. Die Begriffe Material und Werkstoff sind synonym verwendet.

Erfindungsgemäß ist das Gewinde im Furchbereich durch ein zum Grundmaterial unterschiedliches Auftragsmaterial gebildet, wobei das Auftragsmaterial insbesondere härter als das Grundmaterial ist. Das Auftragsmaterial wird bei der erfindungsgemäßen Schraube insbesondere durch

Auftragsschweißen oder thermische Spritzverfahren auf den aus Grundmaterial gebildeten Grundkörper aufgebracht.

Auf diese Weise wird eine Schraube bereitgestellt, die Gewindegänge höherer Härte wenigstens im Furchbereich aufweist.

Beim Auftragsschweißen wird Volumen aufgebaut, indem ausschließlich ein Schweißzusatzstoff in die Schweißverbindung eingebracht wird.

Der Grundkörper kann auch aus einer Leichtmetalllegierung, z.B. Aluminiumlegierung, bestehen und der Auftragswerkstoff kann eine unterschiedliche Metalllegierung oder ein Legierungsgemisch sein.

Das Grundmaterial kann bevorzugt ein austenitischer Edelstahl, beispielsweise 1.4301 oder 1 .4401 , sein.

Das Auftragsmaterial ist bevorzugt als martensitischer härtbarer Stahl ausgebildet.

Das Auftragsmaterial kann auch ein Materialgemisch sein, zum Beispiel umfassend Edelstahl, Hartstoffe, wie Karbide oder Keramiken und andere Komponenten mit spezifischen Eigenschaften. Durch die Verwendung von Materialgemischen kann verschiedenen anwendungstechnischen

Anforderungen bezüglich der Schraubenbeschaffenheit auf flexible Weise Rechnung getragen werden.

Bevorzugt können die Auftragswerkstoffe während des Schweißprozesses gemischt werden. So können über die Länge des Gewindes auch unterschiedliche Zusammensetzungen des Auftragsmaterials vorliegen.

Auf diese Weise kann auch ein tragender Bereich des Gewindes durch Auftragsschweißen hergestellt werden, wobei der tragende Bereich eine andere Zusammensetzung aufweist als der Furchbereich.

Die Schichtdicke des Auftragsmaterials beträgt bevorzugt wenigstens 5% des Schaftdurchmessers.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fierstellung 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 wenigstens am Rand durch das

Auftragsmaterial gebildet.

Die Form des Grundkörpers kann zylindrisch oder unrund, insbesondere gleichdickförmig, elliptisch oder profiliert sein.

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 nachfolgend beschrieben. Das ausschließlich durch Auftragsschweißen auf den Schraubenschaft aufgebrachte Gewinde weist eine raue Struktur an seiner Oberfläche auf, so dass die Gewindeflanke abrasive Eigenschaften zum Erzeugen des Gegengewindes 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, wodurch 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 er sein selbstfurchendes Gewinde erhält.

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 werden zu können.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Auftragsmaterial in Punkten, Raupen oder flächig, insbesondere vollflächig, umhüllend auf den aus Grundmaterial gebildeten Grundkörper aufgetragen werden.

Die Raupen können helixförmig, ringförmig oder linear, insbesondere parallel zur Schraubenachse, aufgebracht werden.

Bevorzugt kann insbesondere bei parallel zur Schraubenachse aufgebrachten Raupen eine Verdrallung des Schraubenschafts, insbesondere des Furchbereichs, erfolgen, um eine Gewindestruktur zu erzeugen. Der Auftrag des Auftragsmaterials kann derart erfolgen, dass nur im Furchbereich das Auftragsmaterial aufgeschweißt wird. Dadurch ergibt sich eine Zweistahlschraube, die im Furchbereich ein Furchgewinde aus vergütetem Stahl und im tragenden Bereich ein Gewinde aus Edelstahl aufweist.

Dies führt zu verbesserten Halte- und Korrosionseigenschaften bei sehr guten Furcheigenschaften.

So kann eine Schraube bereitgestellt werden, deren Gewinde sowohl im auftragsgeschweißten Furchbereich, als auch im Haltebereich 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.

Der Auftragswerkstoff kann in Form von Draht, Pulver oder als Formteil vorliegen.

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 a eine Seitenansicht eines Schraubenrohlings;

Fig. 1 b eine Schnittansicht eines Schraubenrohlings mit Auftragsmaterial im Furchbereich;

Fig. 1 c eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen gewindefurchenden Schraube;

Fig. 2a eine teilweise Seitensicht eines erfindungsgemäß beschichteten Schraubenrohlings;

Fig. 2b ein Querschnitt eines erfindungsgemäß beschichteten Schraubenrohlings;

Fig. 3a eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Schraubenrohlings, und Fig. 3b ein Querschnitt eines beschichteten Schraubenrohlings gemäß Fig. 3a. Fig. 1 a zeigt einen aus dem Grundmaterial Edelstahl gepressten Grundkörper 12 mit einem Antrieb 15, bei dem der Durchmesser im Furchbereich 14 geringer ist als im nicht beschichteten Bereich 16. Auf den zu beschichtenden Furchbereich 14 wird, wie in Fig. 1 b dargestellt, durch Auftragsschweißen ein härteres Material als das Grundmaterial oder ein durch eine abschließende Wärmebehandlung härtbares Material als Auftragsmaterial 18 aufgebracht. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch

Auftragsschweißen. Der derart beschichtete Grundkörper 12 wird anschließend gewalzt, damit er sein furchendes Gewinde 13 erhält. Die gewindefurchende Schraube 10 mit gehärtetem Furchbereich ist in Fig. 1 c dargestellt.

Fig. 2a zeigt ausschnittsweise eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer Beschichtungsvariante, bei welcher auf einen, wie in Fig. 1 a dargestellten Grundkörper 20 mit reduziertem Durchmesser im Furchbereich 16, parallel zur Schraubenachse verlaufend, Raupen 26 aus Auftragsmaterial aufgeschweißt sind.

Fig. 2b zeigt den Querschnitt durch den Furchbereich des Grundkörpers 20.

Fig. 3a zeigt ausschnittsweise eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einem Grundkörper 20. Der Grundkörper 20 weist im Furchbereich 22 Axialnuten 24 auf. In den Nuten wird das Auftragsmaterial 26 aufgeschweißt.

Fig. 3b zeigt eine Schnittansicht eines mit einem Auftragsmaterial 26 beschichteten Grundkörpers 20 gemäß Fig. 3a.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße gewindefurchende Schraube 30, bei der auf einen Schaft 32, der aus einem rost- und säurebeständigen Stahl besteht, eine Gewinderaupe 34 in Helixform aufgeschweißt ist. Die Schraube 30 ist als Betonschraube ausgebildet.