DE1650954B2

DE1650954B2 - Verfahren zum Herstellen eines selbstsichernden, mit Gewinde versehenen Befestigungsmittels

Info

Publication number: DE1650954B2
Application number: DE1650954A
Authority: DE
Inventors: Charles C. Summit N.J. Faroni; John S. Johnson City N.Y. Humphrey Jun.
Original assignee: Amerace Corp
Current assignee: Amerace Corp
Priority date: 1967-02-06
Filing date: 1968-02-06
Publication date: 1979-08-02
Also published as: US3568746A; FR1564632A; DE1650954A1; CA942170B; DE1775999A1; ES363651A1; GB1218643A; ES350145A1; JPS4943536B1; DE1650954C3; BE710302A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines selbstsichernden, mit Gewinde versehenen Befestigungsmittels gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der US-PS 32 94 139 wird ein thermoplastischer Werkstoff auf einen örtlich begrenzten Bereich der Gewindegänge des Befestigungsmittels, beispielsweise einer Schraube, aufgetragen. Das Befestigungsmittel wird anschließend über den Schmelzpunkt des thermoplastischen Werkstoffs erhitzt und darauf zur Bildung eines wiederverwendbaren, selbstsichernden Befestigungsmittels abgekühlt. Das bekannte Verfahren erfordert eine Mehrzahl von Verfahrensschritten, weil zur Sicherung des Pulverauftrags das Befestigungsmittel in eine Form eingelegt, mit einer Maske überdeckt werden muß, bevor an den freien Stellen der Maske der Pulverauftrag erfolgt

Ferner ist aus der GB-PS 9 57 864 eine selbstsichernde Schraubverbindung bekannt, bei welcher die Selbstsicherung mittels eines aus Polyamid bestehenden Sperrkörpers erzielt wird, der durch Spritzgießen hergestellt wird, wobei dieser Sperrkörper bei einer ersten Ausführungsform als ein in einer ringförmigen Ausnehmung an einem Ende einer Mutter liegender Ring verwendet wird, wie dies auch durch die GB-PS 6 33 961 bekannt ist, oder gemäß einer zweiten Ausführungsform als Pfropfen, der in einer radialen Ausnehmung des Schraubelements angeordnet ist, wobei das Sperrelement in jedem Falle über den Boden der Gewindegänge hinausragt und in Eingriff mit dem komplementären Schraubelement gelangt, um die Selbstsicherung zu bewirken. Der Hauptnachteil derartiger, mit vorgeformten Sperrkörpern arbeitender Anordnungen liegt darin, daß bei der Herstellung der Anordnungen eine Ausnehmung in der Schraubverbindung vorgesehen werden muß, um den vorgeformten Sperrkörper aufzunehmen, wodurch die Herstellungskosten erhöht und/oder die Anordnung geschwächt wird.

Schließlich ist aus der US-PS 3101 207 eine Beimischung von Molybdändisulfid zu einem Überzug von mit Gewinde versehenen Befestigungsmitteln bekannt. Hierbei handelt es sich aber nicht um einen Thermoplasten, sondern um einen aushärtenden Überzug, der durch Auftragen oder Aufsprühen aufgebracht wird, wobei keine Erwärmung des Befestigungsmittels vor dem Auftragen stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haftung des Überzugs auf seinem Untergrund am Befestigungsmittel zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst

Infolge des Aufbringens des pulverformigen Gemi-

"> sches auf das über die Schmelztemperatur des Thermoplasten erwärmte Befestigungsmittel findet ein Wandern der Molybdändisulfidteilchen an die freie Oberfläche statt Damit können die durch die britische Patentschrift 9 57 864 an sich bekannten Vorteile einer

ι» derartigen Beimischung, nämlich Verringerung der Reibung und damit eine erhöhte Wiederverwendbarkeit des Befestigungsmittels ohne Zerstörung des Überzugs, voll ausgenützt werden.

Obgleich die GB-PS 9 57 864 die Verwendung von ι¹· Molybdändisulfid in einem vorgeformten Verriegelungskörper für ein metallisches Befestigungselement angibt, wird dadurch nicht die Verwendung eines derartigen Werkstoffs in einem in Pulverform aufgebrachten Überzug nahegelegt Der Grund hierfür liegt 2u darin, daß man normalerweise erwarten würde, daß die Verwendung von Molybdändisulfid jn unerwünschter Weise die Schmelzviskosität des Überzugsmaterials erhöhen würde, so daß der Überzug sich in eine kugelartige Masse verwandeln würde, die abgeschert -^>r> werden würde, wenn sie von einem anderen Schraubelement erfaßt wird.

Jedoch wurde erfindungsgemäß ganz unerwartet gefunden, da£ keine Verringerung der Haftung eintritt, weil das Polyamid schmilzt und für eine beträchtliche J" Zeitspanne geschmolzen bleibt, während welcher das Molybdändisulfid zur freiliegenden Oberfläche des Überzugs wandert, so daß die freiliegende Fläche des Überzugs mit Molybdändisulfid angereichert wird, während der übrige Teil des Überzugs daran verarmt, so i) daß durch das Molybdändisulfid keine merkliche Verringerung der Haftung des Überzugs am Befestigungselement eintritt.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen beschrieben; es zeigt
■"> F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen, mit Gewinde versehenen Befestigungsmittels,

F i g. 2 eine Draufsicht in größerem Maßstab auf das Befestigungsmittel gemäß F i g. 1,

·*^Γ> F i g. 3 einen Längsschnitt durch das Befestigungsmittel nach F ig. 1,

Fig.4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3,

Fig.5 einen Querschnitt längs der Linie 5-5 der w Fig.3und

Fig.6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung einer Schraube im !Einklang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.

5' In den Fig. 1 bis 5 der Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer Schraube 310 mit einem örtlich begrenzten Kunststoffüberzug 320 dargestellt. Die Schraube 310 hat einen Schaft 311, an deren einem Ende zum Erfassen mittels eines Schraubo benschlüssels ein Kopf 312 angeordnet ist, wobei der Schaft 311 ein übliches Schraubengewinde 314 aufweist. Vorzugsweise weist die Schraube 310 eine Epoxidbeschichtung 315 auf, die die gesamte Schraubenoberfläche bedeckt.

*>■> Der Überzug 320 weist ein Paar schmale Enden 321 und ein Paar länglicher Seiten 322 auf, die jeweils mit Endkanten 323 und Seitenkanten 324 versehen sind. Die Innenfläche 328 des Überzugs 320 ist im wesentlichen

der Außenfläche des Gewindes 314 im zugeordneten Bereich desselben angepaßt und mit dieser dicht haftend verbunden, zu welcher Bindung der Epoxidharzüberzug 315 beiträgt, während die Außenfläche 329 des Oberzugs 320 der Form der zugeordneten Windungen > des Gewindes 314 nur angenähert entspricht

Der zur Bildung des Oberzugs 320 verwendete Werkstoff ist ein pulverförmiges, thermoplastisches Material, vorzugsweise ein langkettiges, synthetisches, polymeres Amid, dem 1% Molybdändisulfid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als etwa 1 Mikrometer zugegeben wird. Das pulverförmige, thermoplastische Material und das pulverförmige Molybdändisulfid werden in einer Mischtrommel während 3 Stunden vermischt und das Gemisch wird anschließend auf eine erhitzte Schraube 310 aufgebracht

Die Funktion des Molybdändisulfids im fertigen Oberzug 320 ist nicht völlig klar; jedoch wird angenommen, daß das Molybdändisulfid in der Art eines M Füllstoffs im thermoplastischen Werkstoff wirkt und geringfügig den Elastizitätsmodul desselben erhöht und damit das Erholungsvermögen des Überzugs nach dem Entfernen nach Gebrauch modifiziert Es wird ferner angenommen, daß das Molybdändisulfid als Kernbil- r> dungsmittel wirkt d.h. es ermöglicht das Einsetzen einer Kristallisation durch den ganzen Kunststoffkörper im wesentlichen gleichzeitig, wodurch das Wachsen großer, kugelförmiger Kristalle von isolierten Kernen aus verhindert wird, was sich in einer Erhöhung der jo Kristallinität des Überzugs 320 und des elastischen Erholungsvermögens desselben auswirkt. Das Molybdändisulfid kann außerdem den Gesamtausdehnungskoeffizienten des Überzugs herabsetzen, wodurch eine erhöhte Maßhaltigkeit desselben erhalten wird. Schließ-Hch wird angenommen, daß das Molybdändisulfid als Oberflächenschmiermittel wirkt, da das Molybdändisulfid das Bestreben hat, zur Außenfläche 329 des Überzugs 320 anzusteigen, wodurch eine Schmierwirkung an der wirksamsten Stelle erhalten wird, so daß die ■*« auf den Kunststoffüberzug 320 ausgeübten Verschleißkräfte wesentlich herabgesetzt werden.

In jedem Falle ermöglicht der Zusatz von etwa 0,1% bis etwa 5% Molybdändisulfid zum Kunststoffmaterial, daß der Kunststoffüberzug 320 eine Umfangserstrek- « kung um volle 360° unter Beibehaltung sowohl der Selbstsicherungs- als auch der Selbstdichtungseigenschaften, selbst nfich fünfmaligem Gebrauch, hat. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß, wenn mehr als 5% Molybdändisulfid dem Kunststoffmaterial zugesetzt werden, der erhaltene Kunststoffüberzug 320 wesentlich geschwächt wird, so daß bei der Wiederverwendung mit einem Reißen zu rechnen ist und ferner ein wesentlicher Kohäsionsverlust des Kunststoffüberzugs 320 eintritt.

F i g. 6 zeigt schematisch das verbesserte Verfahren und die verbesserte Vorrichtung zum Aufbringen des feinen thermoplastischen Pulvers mit dem darin vermischten Molybdändisulfid über einen begrenzten Bereich der Gewindeoberfläche. Gemäß Fig.6 weist ω die Vorrichtung 150 einen Schraubenhalter 151 auf, der zur Aufnahme und zum Halten des Kopfs 312 einer Schraube 310 dient, deren Längsachse im wesentlichen horizontal liegt. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Schraube in eine Lösung einer schwachen Säure getaucht oder in anderer Weise mit einer solchen behandelt, um die Gewindeflächen zu reinigen und, falls erforderlich, geringfügig aufzurauhen.

Die gereinigte Schraube wird dann auf eine Temperatur im Bereich von etwa 260° C bis etwa 288° C erwärmt, wobei eine bevorzugte Temperatur 274°C ist und unmittelbar darauf in den Halter 151 eingesetzt und das pitlveiförmige Gemisch auf sie aufgebracht Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens erhält die gereinigte Schraube einen Grundierüberzug aus Harz, wobei das bevorzugte Harz ein Epoxidharz ist das auf die Schraube vor dem Erwärmen auf 274° C aufgebracht wird.

Der Halter 151 ist durch eine nicht dargestellte Anordnung derart befestigt daß er um eine Achse drehbar ist die koaxial zur Längsachse der Schraube 310 verläuft wobei eine Riemenscheibe 152 und ein Antriebsriemen 153 für dieselbe in Verbindung mit dem Halter 151 vorhanden sind, um dessen Drehung in beschriebener Weise vorzunehmen. Infolgedessen kann die Schraube 310, falls erwünscht mittels des Halters, der nur den Kopf 312 erfaßt gedreht werden, während die Längsachse der Schraube 310 im wesentlichen horizontal liegt

Oberhalb des Gewindes 314 der Schraube 310 ist im Halter 151 ein Zuführtrichter 155 für das Gemisch aus pulverförmigem Kunststoffmaterial und Molybdändisul fid angeordnet vobei der Zuführtrichter 155 im wesentlichen die Form eines umgekehrten Kegels aufweist dessen Auslaß 156 oberhalb eines vorgegebenen Abschnitts des Gewindes und fluchtend zu diesem angeordnet ist, um einen Strom 157 der pulverförmigen Mischung darauf zu leiten. Die Form des Auslasses 156 gewährleistet daß der größte Anteil des pulverförmigen Gemisches in der Mitte des Bereichs des Gewindes 314 und geringere Mengen an den Rändern des Bereichs des Gewindes 314 abgegeben werden.

Das pulverförmige Gemisch wird in den Zuführtrichter 15!» eingegeben und gelangt durch den Auslaß 156 zur Schraube 310, die auf eine Temperatur von 274° C erhitzt ist, wobei das pulverförmige Gemisch auf Raumtemperatur ist und unter Schwerkrafteinwirkung auf den ausgewählten Bereich des erhitzten Gewindes 314 fällt, während die Schraube 310, falls gewünscht durch einen vorgegebenen Winkelbereich gedreht wird, damit das pulverförmige Gemisch auf 270° des Schraubenumfangs aufgebracht werden kann.

Beim Auftreffen des pulverförmigen Gemisches auf das erhitzte Gewinde 314 wird ein Teil des thermoplastischen Materials geschmolzen und haftet an den Flächen des Gewindes 314, worauf anschließend weiteres thermoplastisches Material an der geschmolzenen Lage desselben am Gewinde 314 haftet bis die gewünschte Menge des thermoplastischen Materials mit dem Gewinde 314 auf der Schraube 310 haftend verbunden ist. Beim anschließenden Abkühlen erstarrt das thermoplastische Material und bildet einen am Gewinde 314 haftenden Überzug, wobei der Überzug, wie vorausgehend erwähnt, Molybdändisulfid enthält

Es können andere thermoplastische Werkstoffe verwendet werden, aber es ist erwünscht daß derartige thermoplastische Werkstoffe ein gutes »elastisches Gedächtnis« und gute Benetzungseigenschaften haben, wenn sie in Berührung mit Metallen und anderen Flächen stehen. Andere in Betracht zu ziehende Eigenschaften sind eine verhältnismäßig geringe Feuchtigkeitsabsorption, ein hoher Abriebwiderstand, eine große Beständigkeit gegenüber üblichen Chemikalien, eine hohe relative Härte, hohe Festigkeit Zähigkeit und Elastizität und niedriger Reibungswert Da bei vielen Anwendungen die Kunststoffe Temperaturen bis zu

121°C ausgesetzt sind, ist es erwünscht, daß für die üblichen Anwendungen der Kunststoff bei längerer Einwirkung von Temperaturen oberhalb von 121 "C mechanisch und chemisch beständig ist.

Weitere Überlegungen, die bei der Wahl des zu verwendenden Kunststoffs eine Rolle spielen, betreffen in einem beträchtlichen Ausmaß die Eigenschaften, welche die Herstellung des Befestigungsmittels mit dem Überzug erleichtern. In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert, daß der Kunststoff in fein pulverisierter Form zur Verfügung steht oder in eine solche Form zerkleinert werden kann, d. h. auf eine solche Teilchengröße, daß alle Teilchen durch ein Maschensieb mit einer lichten Maschenweite von 0,177 mm hindurchtreten und ein großer Teil des Materials durch ein Maschensieb mit einer lichten Maschenweite von 0,074 mm hindurchtritt Es ist ferner wünschenswert, daß der Kunststoff unmittelbar an dem Material des Befestigungsmittels oder auf einem weiteren Oberflächenüberzug auf diesem mit fester Bindung haften kann und nicht mehr als eine einfache und billige Vorbereitung der Metallgewindeflächen für das Erzielen einer solchen festen Bindung erforderlich ist Außerdem ist es erwünscht, daß das Material einen Schmelzpunkt oder Fließpunkt hat, der weit unter der Temperatur liegt, bei welcher sein Abbau oder seine Zersetzung beginnt, so ^r> daß komplizierte und teuere Heizungsregelungen nicht erforderlich sind.

Beispielsweise haben lineare Polyamidharze Eigenschaften der vorerwähnten Art. Bestimmte Vinylharze einschließlich insbesondere bestimmte Vinylchlorid-Vi-

K) nylacetat-Copolymere, besitzen ebenfalls die vorangehend beschriebenen Eigenschaften in angemessenem Umfang und können in Fällen verwendet werden, wo es unwahrscheinlich ist, daß sie organischen Lösungsmittels ausgesetzt sind. FEP-Fluorkohlenstoff, ein Copoly-

i^r> meres von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen, hat die vorgenannten Eigenschaften und kann ebenfalls für allgemeine Verwendung eingesetzt werden. Polypropylenharze weisen viele der vorausgehend genannten Eigenschaften auf und können verwendet werden,

2» wenn es unwahrscheinlich ist, daß sie organischen Lösungsmitteln bei Temperaturen oberhalb 80⁰C ausgesetzt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen eines selbstsichernden, mit Gewinde versehenen Befestigungsmittels mit einem ununterbrochenen, örtlich begrenzten Überzug aus einem Thermoplasten, wobei das Befestigungsmittel mit dem pulverförmig aufgebrachten Thermoplasten mindestens auf die Schmelztemperatur des Thermoplasten erhitzt und anschließend abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel vor dem Aufbringen des Thermoplasten, welcher 0,1 bis 5 Gew.-% !'einteiliges Molybdändisulfid enthält, fiber den Schmelzpunkt des Thermoplasten erhitzt wird.