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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bimetallschraube mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, einen Grundkörper einer Bimetallschraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 sowie eine Bimetallschraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 3 674 028 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bimetallschraube bekannt, bei der zwei Teile einer Bimetallschraube vor dem Walzen eines Außengewindes der Schraube miteinander verschweißt werden. Dabei werden zwei Rohlinge, die denselben Außendurchmesser aufweisen, gegeneinandergepresst und an der Kontaktstelle mittels Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt.
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Eine weitere gattungsgemäße Bimetallschraube ist aus der europäischen Patentanmeldung
EP 3 536 812 A1 bekannt. Diese Schraube ist speziell als Betonschraube ausgebildet. Hergestellt wird die Schraube durch das Verschweißen von zwei Teilen zu einem Grundkörper, wobei ein Gewinde vor dem Verschweißen auf die Rohlinge der beiden zu verschweißenden Teile gewalzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Bimetallschraube vorzuschlagen, deren Herstellung vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Grundkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie eine Bimetallschraube gemäß Anspruch 7 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bimetallschraube, insbesondere einer Betonschraube. Eine „Bimetallschraube“ ist im Sinne der Erfindung eine Schraube, die einen in Einbringrichtung vorderen ersten Schaftteil und einen zweiten Schaftteil umfasst, die in Richtung einer Längsachse der Schraube hintereinander angeordnet und an einer Schweißstelle miteinander verschweißt sind. Hier und nachfolgend werden die Begriffe „Schraube“ und „Bimetallschraube“ synonym verwendet.
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Eine Betonschraube ist eine spezielle Art von Schraube, die in ein in einem mineralischen Verankerungsgrund vorgebohrtes Bohrloch eingeschraubt werden kann, insbesondere in Beton, wobei die Schraube sich ihren Gewindegang in dem Verankerungsgrund selbstständig schneidet. Mit „in Einbringrichtung vorderer Schaftteil“ ist der Teil des Schafts der Schraube gemeint, der beim planmäßigen Einbringen der Schraube in ein Bohrloch zuerst in das Bohrloch gelangt.
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Der vordere Schaftteil der Bimetallschraube ist zum Bohren und/oder zum Schneiden beziehungsweise Formen eines Gewindes in einem Werkstoff vorgesehen und wird aus einem ersten Rohling aus einem ersten Stahl hergestellt, der derart härtbar ist, dass das vordere Schaftteil nach dem Härten zum Bohren, Schneiden oder Einformen eines Gewindes in ein Bohrloch geeignet ist. Insbesondere weist der vordere Schaftteil einer als Betonschraube ausgestalteten erfindungsgemäßen Bimetallschraube im gebrauchsfertigen Zustand eine Härte von mindestens 50 HRC, insbesondere von mindestens 55 HRC auf, um ein Einschneiden eines Gewindes durch den vorderen Schaftteil beim Eindrehen der Schraube in ein Bohrloch im Beton zu gewährleisten. Der vordere Schaftteil besteht daher insbesondere aus einem ersten Rohling aus einem härtbaren Stahl, insbesondere aus einem Kohlenstoffstahl.
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Dagegen besteht der zweite, hintere Schaftteil aus einem zweiten Rohling aus einem zweiten Stahl, dessen Kohlenstoffkonzentration geringer ist als die Kohlenstoffkonzentration des ersten Stahls. Insbesondere ist der zweite Stahl korrosionsbeständiger als der erste Stahl und für Befestigungselemente geeignet, die im Außenbereich eingesetzt werden. Dabei ist der erste Rohling insbesondere kürzer als der zweite Rohling, damit der zweite, korrosionsbeständigere Schaftteil verhältnismäßig weit in das Bohrloch eingreifen kann, um eine gute Tragfähigkeit der Schraube im Verankerungsgrund dauerhaft zu gewährleisten.
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Derartige Bimetallschrauben sind einem Fachmann bekannt und werden typischerweise im Außenbereich eines Gebäudes oder in feuchten Innenbereichen eingesetzt, wobei der vordere erste Schaftteil die Funktion des Bohrens, Schneidens oder Formens übernimmt, während der hintere zweite Schaftteil eine dauerhafte Tragfähigkeit der Bimetallschraube gewährleistet.
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Die beiden Rohlinge der beiden Schaftteile sind vor dem Walzen des Gewindes insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig. An dem zweiten Schaftteil kann zudem ein Kopfabschnitt, insbesondere in Form eines typischen Schraubenkopfs einstückig angeordnet sein oder nach dem Verschweißen angeordnet werden. Der Schraubenkopf kann beispielsweise als Senkkopf mit eingeprägter Bitaufnahme oder Sechskantkopf ausgeformt sein, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Kopfabschnitt kann alternativ auch als zweites Außengewinde ausgestaltet sein, das sich vom Außengewinde unterscheidet, das zum Einschneiden in den Verankerungsgrund vorgesehen ist. Insbesondere ist das zweite Außengewinde ein metrisches Gewinde, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Kopfabschnitt wird insbesondere an dem zweiten Schaftteil durch Umformen angeformt, bildet aber kein Teil des zweiten Schaftteils.
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Die beiden Rohlinge werden üblicherweise aus einem Drahtmaterial hergestellt. Sie werden erfindungsgemäß zu einem Grundkörper der Bimetallschraube miteinander verschweißt, bevor nachfolgend das Gewinde auf diesen Grundkörper gewalzt wird. Der Grundkörper bildet also ein Zwischenprodukt vor dem Walzen des Gewindes. Das Gewinde erstreckt sich insbesondere in Längsrichtung vom ersten Schaftteil über die Schweißstelle zum zweiten Schaftteil und ist auch im Bereich der Schweißstelle nicht unterbrochen. Insbesondere kann sich das Gewinde vollständig über den ersten Schaftteil erstrecken, wobei vorne ein Gewindeanlauf vorgesehen sein kann, der sich beispielsweise über eine Umdrehung des Gewindes erstreckt. Dagegen endet das Gewinde typischerweise am zweiten Schaftteil mit Abstand vor dem Kopfabschnitt. Mit „vorne“ bzw. „vorderes Ende“ ist das Ende der Schraube gemeint, das sich in Einbringrichtung der Schraube in das Bohrloch vorne befindet. „Hinten“ bzw. „hinteres Ende“ meint das entgegengesetzte Ende der Schraube.
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Damit die Schweißstelle das Walzen des Gewindes nicht behindert, ist erfindungsgemäß der Durchmesser des zweiten Schaftteils in dem Bereich, in dem nach dem Verschweißen das Gewinde gewalzt wird, kleiner als der Durchmesser des ersten Schaftteils. Dabei bleiben Abschnitte des zweiten Schaftteils, in denen kein Gewinde geformt wird, bei der Ermittlung des Durchmessers unberücksichtigt, ebenfalls ein Kopfabschnitt, der kein Teil des zweiten Schaftabschnitts bildet. Insbesondere ist der Durchmesser des zweiten Schaftteils in einem Bereich, der sich an die Schweißstelle anschließt und dessen Länge dem Durchmesser in diesem Bereich entspricht, kleiner als der Durchmesser des ersten Schaftteils. Durch die erfindungsgemäße Wahl der Durchmesser steht an der Übergangsstelle vom ersten Schaftteil zum zweiten Schaftteil relativ viel Material des ersten Schaftteils zur Verfügung, das beim Walzen außen über die Schweißstelle gedrückt werden kann und sich zwischen die Walzbacken und die Schweißnaht legt, so dass die Walzbacken nicht direkt in Kontakt mit dem Material der Schweißnaht kommen. Dadurch werden die Walzbacken vor zu großer Abnutzung geschützt und ihre Lebensdauer verlängert, wodurch das erfindungsgemäße Herstellverfahren Ausfall- und Wartungszeiten verringert, was eine sichere und kostengünstige Herstellung der Schraube ermöglicht.
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Vorzugsweise werden die beiden Schaftteile mittels Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt. Somit wird die Bildung einer unerwünschten Wulst im Bereich der Schweißnaht vermieden, wie sie beim bekannten Reibschweißen entsteht, die durch einen weiteren Verfahrensschritt wieder entfernt werden müsste.
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Beim Verschweißen sind die beiden Schaftteile vorzugsweise voneinander beabstandet, wodurch eine leicht eingefallene Schweißnaht entsteht. Zudem füllt sich der Bereich zwischen den beiden Schaftteilen beim Verschweißen mit dem Materialgemisch der beim Schweißvorgang sich vermischenden Materialien der beiden Schaftteile, das die Schweißnaht bildet. Da das Materialgemisch nun auch die Schweißnaht zwischen den beiden Teilen bildet, die vor dem Verschweißen aufgrund des gewählten Abstands nicht mit Material der beiden Schaftteile gefüllt war, steht Material zur Verfügung, um das Volumen vollständig zu füllen, so dass die Schweißnaht radial zumindest in Teilbereichen unter den Durchmessern der Schaftteile untersteht. Dadurch wird verhindert, dass das beim Verschweißen entstehende Materialgemisch beim nachfolgenden Walzen des Gewindes den Walzprozess behindert.
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Der erfindungsgemäße Grundkörper einer Bimetallschraube, der als Zwischenprodukt vor dem Walzen des Gewindes dient, wird insbesondere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Der Grundkörper umfasst den ersten Schaftteil und den zweiten Schaftteil, die in Richtung einer Längsachse der Schraube hintereinander angeordnet und an der Schweißstelle miteinander verschweißt sind. Wie oben beschrieben ist der erste Schaftteil aus einem ersten Rohling aus einem ersten Stahl und der zweite Schaftteil aus einem zweiten Rohling aus einem zweiten Stahl hergestellt, dessen Kohlenstoffkonzentration geringer ist, als die Kohlenstoffkonzentration des ersten Stahls. Kennzeichnend für den erfindungsgemäßen Grundkörper ist, dass der Durchmesser des ersten Schaftteils größer als der Durchmesser des zweiten Schaftteils ist, in einem Bereich, der sich an die Schweißstelle anschließt und dessen Länge dem Durchmesser in diesem Bereich entspricht. In diesem Bereich, und gegebenenfalls darüber hinaus, kann anschließend das Gewinde gewalzt werden.
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Vorzugsweise verläuft der Übergang nach dem Verschweißen zwischen dem ersten Schaftteil und dem zweiten Schaftteil im Bereich der Schweißstelle ohne Durchmesserstufe, also stetig ohne eine Sprungstelle zwischen den beiden Schaftteilen.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass der Übergang zwischen dem ersten Schaftteil und dem zweiten Schaftteil im gesamten Bereich der Schweißstelle eine Querschnittfläche aufweist, die kleiner als oder gleich groß wie die Querschnittsfläche des ersten Schaftteils im Bereich des Übergangs ist.
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Die erfindungsgemäße Bimetallschraube, insbesondere eine Betonschraube, ist nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und/oder aus dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Grundköper hergestellt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in einer Figur gezeichneten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen oder gezeichneten Kombination, sondern auch in grundsätzlich beliebigen anderen Kombinationen oder aber einzeln verwendbar. Es sind Ausführungen der Erfindung möglich, die nicht alle Merkmale eines abhängigen Anspruchs aufweisen. Auch können einzelne Merkmale eines Anspruchs durch andere offenbarte Merkmale oder Merkmalskombinationen ersetzt werden. Ausführungen der Erfindung, die nicht alle Merkmale des oder der Ausführungsbeispiele, sondern einen grundsätzlich beliebigen Teil der gekennzeichneten Merkmale eines Ausführungsbeispiels gegebenenfalls in Kombination mit einem, mehreren oder allen Merkmalen eines oder mehrerer weiteren Ausführungsbeispiele aufweisen, sind möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Betonschraube in einer Seitenansicht;
- 2 den Grundkörper der Betonschraube der 1;
- 3a, b die beiden Rohlinge des Grundkörpers der 2 vor und nach dem Verschweißen;
- 4a, b die beiden Rohlinge des Grundkörpers der 2 vor und nach dem Verschweißen mit einem alternativen Schweißverfahren;
- 5 ein vorderer Abschnitt der erfindungsgemäßen Schraube in einer teilweise geschnittenen Darstellung.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Bimetallschraube 1, hier in Form einer Betonschraube, dargestellt. Die Bimetallschraube 1, nachfolgend Schraube 1 genannt, weist ein ebenes vorderes Ende 2 auf. Die Schraube 1 erstreckt sich vom vorderen Ende 2 entlang einer Längsachse L bis zu einem linsenförmigen Schraubenkopf 3. Das vordere Ende 2 ist das Ende der Schraube 1, das beim planmäßigen Einschrauben der Schraube 1 in ein Bohrloch (nicht dargestellt) in Einbringrichtung E als erstes in das Bohrloch gelangt. Am Schaft 4 der Schraube 1 ist ein Gewinde 5 angeordnet, das sich vom vorderen Ende 2 bis zu einem gewindefreien Schaftabschnitt 6 der Schraube 1 erstreckt, der zwischen dem Schraubenkopf 3 und dem Gewinde 5 angeordnet ist.
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Die Schraube 1 wurde durch Gewindewalzen aus dem in 2 dargestellten Grundkörper 7 hergestellt. Der Grundkörper 7 umfasst einen ersten Schaftteil 8 und einer zweiten Schaftteil 9, die in Richtung der Längsachse L der Schraube 1 hintereinander angeordnet und an einer Schweißstelle 10 miteinander verschweißt sind. Der erste Schaftteil 8 und der zweite Schaftteil 9 des Grundkörpers 7 sind durch die Schweißstelle 10 miteinander verbunden.
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Beide Schaftteile 8, 9 sind zylindrisch, wobei der erste Schaftteil 8 in Richtung der Längsachse L kürzer als der zweite Schaftteil 9 ist. Der erste Schaftteil 8 ist aus einem ersten Rohling aus einem ersten Stahl und der zweite Schaftteil 9 aus einem zweiten Rohling aus einem zweiten Stahl hergestellt, beispielsweise jeweils durch Kaltmassivumformung, wobei der Schraubenkopf 3 am zweiten Teil einstückig angeformt ist. Der Schraubenkopf 3 bildet mit einem Übergangsbereich 19 den Kopfabschnitt 11, der aber kein Teil des zweiten Schaftteils 9 bildet.
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Der erste Stahl ist in diesem Fall ein Stahl, dessen Kohlenstoffkonzentration größer ist als die des zweiten Stahls. Der erste Schaftteil 8 ist zylindrisch und weist einen größeren Durchmesser auf, als der zweite Schaftteil 9, in dem Bereich, in dem nachfolgend das Gewinde 5 gewalzt wird.
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In den 3a und 3b sind die beiden Schaftteile 8, 9 des Grundkörpers 7 vor und nach dem Verschweißen dargestellt. Die beiden zylindrischen Schaftteile 8, 9 werden vor dem Verschweißen koaxial an Grund- beziehungsweise Deckflächen der Zylinder ohne oder mit relativ geringem axialen Druck koaxial aneinander gelegt, wie dies 3a zeigt, und dann mittels Laserstrahlschweißen miteinander verschweißt, wodurch an der Schweißstelle 10 ein Volumen aus einem Materialgemisch 12 entsteht, das aus dem aufgeschmolzenen Material des ersten Schaftteils 8 und dem des zweiten Schaftteils 9 besteht, und das die beiden Schaftteile 8, 9 verbindet. Die Schweißstelle 10 weist an ihrer Außenseite, also in Umfangsrichtung, einen im Wesentlichen stetigen Übergang 13 ohne eine Durchmesserstufe auf. Zudem weist der Übergang 13 zwischen dem ersten Schaftteil 8 und dem zweiten Schaftteil 9 im gesamten Bereich der Schweißstelle 10 eine Querschnittsfläche auf, die kleiner als oder gleich groß wie die Querschnittsfläche des ersten Schaftteils 8 im Bereich des Übergangs 13 ist.
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Beim Verschweißen müssen die beiden Schaftteile 8, 9 nicht aneinander anliegen, sondern sie können vor dem Verschweißen in axialer Richtung beabstandet sein, wie dies in 4a dargestellt ist. Der Freiraum 14 füllt sich beim Laserstrahlschweißen mit dem Materialgemisch 12. Da der Freiraum 14 als zusätzliches Volumen mit dem beim Schweißen erwärmten Materialgemisch 12 zu füllen ist, erstreckt sich der Übergang 13 in diesem Fall nicht so weit radial nach außen, wie dies in 3b zu sehen ist, so dass Unterfüllungen 15 entstehen können, die erst beim nachfolgenden Walzvorgang durch ein Überwalzen mit dem Material des ersten Teils 8 und dem des zweiten Teils 9 gefüllt werden, wie dies nachfolgend für 5 beschrieben ist.
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Nach dem Verschweißen der beiden Schaftteile 8, 9 zum Grundkörper 7 wird das Gewinde 5 gewalzt. Dabei wird Material des im Durchmesser größeren ersten Schaftteils 8 außen über die Schweißstelle 10 überwalzt, wie dies im geschnitten dargestellten Bereich der 5 zu sehen ist. Nach dem Schweißen ist das Materialgemisch 12 der Schweißstelle 10 hart, verglichen mit dem Material des Grundkörpers 7 bzw. des Gewindes 5. Durch das Überwalzen zur Herstellung des Gewindes 5 legt sich das vergleichsweise weiche Material des Grundkörpers 7 als eine äußere Schutzschicht 18 über das harte Materialgemisch 12, so dass die Walzbacken beim Gewindewalzen nicht direkt in Kontakt mit dem harten Materialgemisch 12 kommen, was zu einem erhöhten Verschleiß der Walzbacken führen würde.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich auf kostengünstige und zuverlässige Art und Weise erfindungsgemäße Grundkörper 7 für erfindungsgemäße Bimetallschrauben 1 herstellen.
- 1
- Bimetallschraube, Schraube
- 2
- vorderes Ende der (Bimetall-) Schraube 1
- 3
- Schraubenkopf
- 4
- Schaft
- 5
- Gewinde
- 6
- gewindefreier Schaftabschnitt
- 7
- Grundkörper
- 8
- erster Schaftteil
- 9
- zweiter Schaftteil
- 10
- Schweißstelle
- 11
- Kopfabschnitt
- 12
- Materialgemisch
- 13
- Übergang
- 14
- Freiraum
- 15
- Unterfüllung
- 16
- Wand
- 17
- Vorsprung
- 18
- Schutzschicht
- 19
- Übergangsbereich
- E
- Einbringrichtung
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3674028 A1 [0002]
- EP 3536812 A1 [0003]
