DE102009008139A1

DE102009008139A1 - Schließringbolzen sowie Verfahren zur Herstellung eines Schließringbolzens

Info

Publication number: DE102009008139A1
Application number: DE200910008139
Authority: DE
Inventors: Dirk Horstkott; Jürgen Schulze-Varnholt
Original assignee: Gebr Titgemeyer & Co KG GmbH; Titgemeyer Geb & Co KG GmbH
Current assignee: Gebr Titgemeyer & Co KG GmbH; Titgemeyer Geb & Co KG GmbH
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schließringbolzen 1 mit einem Bolzenkopf 2, einem unterhalb des Bolzenkopfes 2 gelegenen Scherbereich 3 und einem sich daran anschließenden, mit Schließrillen 5 sowie insbesondere mit einer Sollbruchstelle 6 versehenen Bolzenschaft 7. Um die Scherbelastbarkeit des Schließringbolzens zu erhöhen, hat dieser einen den Scherbereich umfassenden Funktionsbereich A einerseits und einem mit den Schließrillen 5 versehenen Bolzenschaft als Bereich B andererseits, die jeweils unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schließringbolzen mit einem Bolzenkopf, einem unterhalb des Bolzenkopfes gelegenen Scherbereich und einem sich daran anschließenden, mit Schließrillen sowie insbesondere mit einer Sollbruchstelle versehenen Bolzenschaft.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schließringbolzens.
Schließringbolzen sind Verbinder für anspruchsvolle Verbindungen mit hohen Belastungen. Diese bestehen in der Regel aus einem zweiteiligen System, das einen Schließringbolzen und einen Schließring umfasst, die eine hochfeste vibrationsresistente Verbindung mit konstant hoher Spannkraft bei schneller Verarbeitung darbie ten. Die Verarbeitung erfolgt durch Einformung des Schließringes in die Schließrillen des Bolzenschaftes.
Schließringbolzen der eingangs genannten Art werden vielfach z. B. bei der Verarbeitung von Karosseriebauteilen von Automobilen verwendet. Aufgrund höherer Crashanforderungen z. B. im Bereich einer Seitenstruktur einer Karosserie kommt es jedoch zu sehr hohen Scherbelastungen bei Schließringbolzenverbindungen. Das führt bei herkömmlichen Schließringbolzen zu Ausfällen. Dem kann bislang nur dadurch begegnet werden, dass Schließringbolzen in größerer Dimensionierung zur Verfügung zu stellen sind, was jedoch mit einem erhöhten Gewicht einhergeht. Dem treten insbesondere im Automobilbau die Forderungen nach einer Gewichtsreduzierung einer Gesamtkarosse entgegen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schließringbolzen der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass bei möglichst geringem Gewicht eine höhere Scherbeanspruchung ausgehalten werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich der Schließringbolzen der eingangs genannten Art dadurch aus, dass ein den Scherbereich umfassender Funktionsbereich A einerseits und der mit den Schließrillen versehene Bolzenschaft als Bereich B andererseits mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften ausgebildet sind.
Damit ist ein Schließringbolzen zur Verfügung gestellt, bei dem der den Scherbereich umfassende Funktionsbereich A mit wesentlich höheren Festigkeitswerten zu gestalten ist, ohne dass Werkzeuggeometrien zur Herstellung der Schließringbolzen und Setzwerkzeugbedingungen für bestimmte Bereiche des Schließringbolzens zu ändern sind.
Bei dem Schließringbolzen kann es sich um einen Standardschließringbolzen, aber auch um einen Stufenschließringbolzen handeln, der mehrere Funktionsbereiche mit erhöhten, aber unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften aufweist. In der Regel weist der Schließringbolzen jedoch zwei Bereiche unterschiedlicher Festigkeiten auf, wobei der Grundwerkstoff der gleiche ist und die unterschiedlichen Festigkeitswerte der beiden Bereiche gezielt durch unterschiedliche Wärmebehandlungen eingestellt worden sind.
In der Regel erfährt der Kopfbereich und der Scherbereich des Schließringbolzens eine Wärmebehandlung, die deutlich höheren Bruchspannungen, z. B. Scherbruchlasten in diesem Funktionsbereich ertragen lässt. Im Bereich der Schließrillen und des Abrissteiles unterhalb der Sollbruchstelle besitzt der Schließringbolzen hingegen eine geringere Festigkeit, um die Setz- und Abrisskräfte gering zu halten. Im Bereich der Schließrillen ist die Kerbwirkung gegenüber dem Funktionsbereich reduziert, so dass bei einer Kopfzugbelastung (axiale Belastung) eine höhere Dauerfestigkeit erreicht ist. Der Funktionsbereich A ist dabei als partiell induktiv gehärteter Bereich auszubilden. Der Schließringbolzen besteht bevorzugterweise aus einem bohrlegierten Stahl und hat einen mittleren Kohlenstoffgehalt.
Weitere Ausgestaltungen des Schließringbolzens sind den Ansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.
Ein Schließringbolzen mit den unterschiedlichen Festigkeitseigenschaftsbereichen kann in vorteilhafter Weise dadurch hergestellt werden, indem die Schließringbolzen einzeln mittels eines Ringinduktors durch induktive Erwärmung auf Temperaturen oberhalb der AC₃-Linie im Kohlenstoffdiagramm komplett über den gesamten Querschnitt auf ca. 800 bis 900°C erwärmt werden. Danach wird der so erwärmte Funktionsbereich durch geeignete Abschreckemulsionen und/oder durch eine Schutzgasbeströmung schnell auf Temperaturen unterhalb der Martensitstarttemperatur des Werkstoffes abgekühlt. Die Endfestigkeit stellt sich nach dem Abkühlprozess ein. So können für übliche Schließringbolzen Endfestigkeitswerte von 400 bis 650 HV1 in dem Funktionsbereich erreicht werden.
Um den Funktionsbereich während der Erwärmung lokal vor einer Verzunderung zu schützen, kann durch eine prozeßbegleitende lokale Anströmung mit nicht aktiven Gasen, z. B. inerten Gasen wir Argon oder Stickstoff, der Funktionsbereich A behandelt werden, um die Verdrängung des Luftsauerstoffes aus der Umgebungsluft zu bewirken.
Der so auf Härtetemperatur erwärmte Funktionsbereich A wird unmittelbar nach dieser Erwärmung so abgeschreckt, dass in diesem Funktionsbereich A der Schließringbolzenbereich über seine Dicke ein Härtegefüge erhält, der komplett oder zu großen Teilen aus einem martensitischen Gefügebereich besteht.
Der die Schließrillen aufweisende Bereich B ist ein geringer gehärteter Bereich bzw. ein nicht gehärteter Bereich, der in einem kalt verfestigten Zustand sein kann, aber auch durch entsprechende andere Verfahren eine geringere Festigkeit hat als der deutlich härtere Funktionsbereich A. Damit kann dieser bei gleichen Geometrien höheren Scherbelastungen standhalten, was nicht zu Lasten des Gewichtes des Schließringbolzens geht.
Der Schließringbolzen selbst kann aus einem bohrlegierten Stahl bestehen. Vorzugsweise hat er eine chemische Zusammensetzung, die besteht aus 0,18 bis 0,4% C, weniger als 0,30% Sl, 0,8 bis 1,3% Mn, maximal 0,025% P, maximal 0,025% S, weniger als 0,30% Cr, maximal 0,25% Cu und 0,008% bis 0,005% B. Alternativ kann der Schließringbolzen aus einem Stahl nach DIN EN 10263 hergestellt sein, wobei der Durchmesser bevorzugtermaßen zwischen 5 mm und 26 mm liegt. Als Kopfform bieten sich die Formen Flachbodenkopf, Senkkopf und Großkopf an. Auch ohne ein entsprechendes Abrissteil kann bei zweiseitiger Zugänglichkeit der Schließringbolzen mit einem entsprechenden Spezialwerkzeug (C-Bügel) gesetzt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 10 bis 15, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schließringbolzens nach der Erfindung in einer Seitendarstellung, und
2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Schließringbolzens nach der Erfindung.
In der Zeichnung sind gleichwirkende Teile mit übereinstimmenden Bezugsziffern versehen. Allgemein mit 1 ist ein Schließringbolzen bezeichnet, der einen Bolzenkopf, einen Scherbereich 3 sowie eine Bolzenschaft 4 aufweist. Der Bolzenschaft 4 ist mit Schließrillen 5 versehen und hat eine Sollbruchstelle 6. Unterhalb der Sollbruchstelle ist ein Abrissbereich 7 vorgesehen.
Der Scherbereich 3 des Schließringbolzens 1 ist als Funktionsbereich A mit erhöhten Festigkeitseigenschaften ausgebildet. Dazu ist dieser Bereich partiell induktiv gehärtet ausgebildet.
Der darunter liegende Bereich B mit dem Schließring 5 sowie dem Teil der Sollbruchstelle 6 ist mit verringerten Festigkeitseigenschaften ausgebildet, und z. B. kalt verfestigt. Mit herkömmlichen Geometrieabmessungen lässt sich damit ein Schließringbolzen darstellen, der im Funktionsbereich und damit im Scherbereich 3 wesentlich bruchsicherer ausgebildet ist als herkömmliche Schließringbolzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 10263 [0015]

Claims

Schließringbolzen (1) mit einem Bolzenkopf (2), einem unterhalb des Bolzenkopfes (2) gelegenen Scherbereich (3) und einem sich daran anschließenden, mit Schließrillen (5) sowie insbesondere mit einer Sollbruchstelle (6) versehenen Bolzenschaft (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein den Scherbereich (3) umfassender Funktionsbereich (A) einerseits und der mit den Schließrillen (5) versehene Bolzenschaft (7) als Bereich (B) andererseits mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften ausgebildet sind.
Schließringbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (A) mit einer größeren Festigkeit als der Bereich (B) ausgebildet und wärmebehandelt ist.
Schließringbolzen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (A) als partiell induktiv gehärteter Bereich ausgebildet ist.
Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einem bohrlegierten Stahl mit einem mittleren Kohlenstoffgehalt besteht.
Schließringbolzen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass dieser aus einem bohrlegierten Stahl in folgender chemischer Zusammensetzung besteht: 0,18 bis 0,4% C, weniger als 0,30% Sl, 0,8 bis 1,35% Mn, maximal 0,025% P, maximal 0,025% S, weniger als 0,30% Cr, maximal 0,25% Cu und 0,008% bis 0,005% B.
Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenschaft (4) einen Durchmesser von 5 bis 26 mm aufweist.
Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Stufenschließringbolzen mit mehreren Funktionsbereichen unterhalb des Bolzenkopfes (2) ausgebildet ist, wobei die unterschiedlichen Funktionsbereiche unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen.
Schließringbolzen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzenkopf (2) als Flachrundkopf, als Senkkopf oder als Großkopf ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Schließringbolzens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich (A) auf eine Tempera tur oberhalb der AC₃-Linie im Kohlenstoffdiagramm (ca. 800°C bis 900°C) erwärmt und unmittelbar nach der Erwärmung so abgeschreckt wird, dass in dem Funktionsbereich A im Wesentlichen ein martensitisches Gefüge vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A mittels eines Ringinduktors erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A nach der Erwärmung durch eine Emulsion und/oder eine Beströmung mit einem Schutzgas auf eine Temperatur unterhalb der werkstoffseitigen Martensitstarttemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A während der Erwärmung mit einem inerten Gas wie z. B. Argon oder Stickstoff beströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckvorgang mit einem Abkühlungskoeffizienten von mindestens 28 K/s erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsbereich A vor der Erwärmung mit einer Beschichtung als Verzunderungsschutz versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich B durch Kaltverfestigung oder durch einen Anlassvorgang eine geringere Festigkeit als der Funktionsbereich A erhält.