DE202022103467U1 - Fastening element and use of a coating for coating a fastening element for connecting workpieces - Google Patents
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Abstract
Befestigungselement (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement zumindest in einem Bereich, der zum Eintreiben in ein Werkstück vorgesehen ist, mit einer bio-basierten und biologisch abbaubaren polymeren Beschichtung (6) beschichtet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Befestigungselement und die Verwendung einer Beschichtung zum Beschichten zumindest eines Bereiches eines Befestigungselements, der zum Eintreiben des Befestigungselements in ein Werkstück vorgesehen ist.The present invention relates to a fastener and the use of a coating for coating at least a portion of a fastener intended for driving the fastener into a workpiece.
Befestigungselemente beispielsweise in Form von Nägeln, Schrauben, Schraubnägeln, die auch als Scrails bezeichnet werden, Klammern und dergleichen sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt.Fastening elements, for example in the form of nails, screws, screw nails, which are also referred to as scrails, clamps and the like, are known in a wide variety of designs in the prior art.
Um dem Problem des Lösens von Befestigungselementen durch Arbeiten des Untergrundes, insbesondere Holz bei Feuchtewechseln, entgegenzutreten, wurden in der Vergangenheit Beschichtungen für Nägel, profilierte Nägel, Nagelschrauben bzw. Schrauben entwickelt, welche die Ausziehwerte dieser Befestigungselemente erhöhen und damit die Haltbarkeit einer mit solchen Befestigungselementen erstellten Verbindung verbessern.In order to counteract the problem of loosening fasteners by working on the substrate, especially wood during changes in humidity, coatings for nails, profiled nails, nail screws or screws have been developed in the past, which increase the extraction values of these fasteners and thus the durability of a fastener with such fasteners Improve the connection you created.
Die
Weiterhin ist aus der DE 40 28 133 C1 ein beschichtetes metallisches Befestigungselement in Form eines Nagels bekannt, welches für den Einsatz im Holzbau mit einer thermoplastischen, überwiegend aliphatischen Polyurethanbeschichtung im Wesentlichen vollständig beschichtet ist. Weiterhin ist offenbart, dass das metallische Befestigungselement eine Zinkschicht sowie eine Chromatumwandlungsschicht zur Steigerung der Korrosionsresistenz aufweisen kann. Mit Hilfe der thermoplastischen Polyurethanbeschichtung sollen auch hier die Ausziehwerte gegenüber unbeschichteten Nägeln verbessert werden.Furthermore, from DE 40 28 133 C1 a coated metallic fastening element in the form of a nail is known, which is essentially completely coated with a thermoplastic, predominantly aliphatic polyurethane coating for use in timber construction. Furthermore, it is disclosed that the metallic fastening element can have a zinc layer and a chromate conversion layer to increase corrosion resistance. With the help of the thermoplastic polyurethane coating, the pull-out values should also be improved compared to uncoated nails.
Die
Die vorgenannten Lösungen sind nicht in jeder Hinsicht befriedigend.The aforementioned solutions are not satisfactory in every respect.
Aus Sicht des Umweltschutzes sind Systeme, die organische Lösemittel enthalten, die zur Härtung der Beschichtung ausgetrieben werden müssen, als kritisch anzusehen, weil die organischen Lösemittel in die Umwelt gelangen können. Eine vollständige Absaugung und Rückgewinnung insbesondere leichtflüchtiger organischer Lösemittel wie Aceton, Ethylacetat usw., wie in
Harte Beschichtungen, wie sie in
Eine aufgeraute Oberfläche wird als nachteilig angesehen, weil sie einerseits beim Eintreiben des Befestigungselements gegenüber einer glatten Oberfläche mehr Energie benötigt, andererseits das Werkstück, in die das Befestigungselement eingetrieben wird, in seiner Struktur stärker schädigt.A roughened surface is viewed as disadvantageous because, on the one hand, it requires more energy when driving in the fastening element compared to a smooth surface, and on the other hand, it causes more structural damage to the workpiece into which the fastening element is driven.
Die oben genannten Bindemittel für die Beschichtungen sind, bis auf Kolophonium, aus fossilen Ressourcen synthetisch hergestellte Bindemittel, die bei ihrer Produktion einen hohen Kohlendioxidausstoß verursachen. Sie sind zudem biologisch nicht abbaubar und entsprechen damit nicht mehr den Erfordernissen möglichst hoher Umweltverträglichkeit.The above-mentioned binders for the coatings, with the exception of rosin, are synthetically produced binders from fossil resources, which cause high carbon dioxide emissions during their production. They are also not biodegradable and therefore no longer meet the requirements of the highest possible environmental compatibility.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein alternatives Befestigungselement, eine alternative Verwendung einer Beschichtung zum Beschichten zumindest eines Bereiches eines Befestigungselements, ein alternatives Verfahren zum Beschichten eines Befestigungselements und ein alternatives Verfahren zum Verbinden zumindest zweier Werkstücke unter Verwendung eines Befestigungselements zu schaffen.Based on this prior art, an object of the present invention is to provide an alternative fastener, an alternative use of a coating for coating at least a region of a fastener, an alternative method for coating a fastener and an alternative method for connecting at least two workpieces using a To create fastener.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Befestigungselement, das zumindest in einem Bereich, der zum Eintreiben in ein Werkstück vorgesehen ist, mit einer bio-basierten und biologisch abbaubaren polymeren Beschichtung beschichtet ist, bevorzugt ohne den Einsatz zusätzlicher Hilfsmittel in Form von Beschleunigern, Flusssteuerungsmitteln, Dispersionsmitteln, oberflächenaktiven Mitteln oder dergleichen. Die Erfinder haben erkannt, dass polymere Beschichtungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der das Befestigungselement in ein Werkstück eingetrieben wird, durch die entstehende Reibung thermisch dahingehend aktiviert werden, dass sie insbesondere zu Holz eine hohe Klebkraft entfalten. Entsprechend werden Befestigungselement und Werkstück zusätzlich verklebt, wodurch die Ausziehwerte deutlich verbessert werden. Dank des Einsatzes einer bio-basierten und biologisch abbaubaren polymeren Beschichtung sind die Herstellung des erfindungsgemäßen Befestigungselementes ebenso wie die Entsorgung, nach Entfernung der ferritischen Anteile, zum Beispiel im Rahmen einer industriellen Kompostierung umweltfreundlich.To solve this problem, the present invention creates a fastening element which is coated with a bio-based and biodegradable polymeric coating at least in an area intended for driving into a workpiece, preferably without the use of additional aids in the form of accelerators, flow control agents, dispersants, surfactants or the like. The inventors have recognized that, depending on the speed at which the fastening element is driven into a workpiece, polymer coatings are thermally activated by the resulting friction in such a way that they develop a high adhesive strength, particularly with wood. Accordingly, the fastening element and workpiece are additionally glued, which significantly improves the extraction values. Thanks to the use of a bio-based and biodegradable polymeric coating, the production of the fastening element according to the invention as well as the disposal, after removal of the ferritic components, for example in the context of industrial composting, are environmentally friendly.
Das Befestigungselement ist vorteilhaft ein Nagel, eine Schraube, ein Schraubnagel oder eine Klammer.The fastening element is advantageously a nail, a screw, a screw nail or a clip.
Bevorzugt ist die Beschichtung derart gewählt, dass sie den charakteristischen Ausziehwert beim Auszug aus Nadelholz im Vergleich zum unbeschichteten Befestigungselement um mindestens 10% erhöht.The coating is preferably chosen such that it increases the characteristic pull-out value when pulling out softwood by at least 10% compared to the uncoated fastening element.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Polymer ein bio-basierter Polyester.According to one embodiment of the present invention, the polymer is a bio-based polyester.
Die Beschichtung weist vorteilhaft Polymilchsäure/Polylactid (PLA) und/oder Polyhydroxyalkanoat (PHA) und/oder Polyhydroxybutyrat (PHB) und/oder Polyhydroxybutyrat-co-Valerat (PHBV) und/oder Polyhydroxysuccinat (PBS) und/oder thermoplastische Stärke auf oder besteht aus einem dieser Materialien oder aus einem Gemisch dieser Materialien. So kann es sich bei der Beschichtung um ein Gemisch aus einem Polylactid und thermoplastische Stärke, um ein Gemisch aus einem Polylactid und Polyhydroxyalkanoate (PHA), ein Gemisch aus einem Polylactid und Polyhydroxybutyrat (PHB), ein Gemisch aus einem Polylactid und Polybutylensuccinat (PBS), ein Gemisch aus einem Polylactid und Polyhydroxybutyrat co-Valeriat (PHBV), ein Gemisch von mindestens zwei Biopolymeren aus der Gruppe der bio-basierten und biologisch abbaubaren Polyester PLA, PHA, PHB, PHBV, PBS mit oder ohne thermoplastischer Stärke oder ein Gemisch aus mindestens drei Biopolymeren aus der Gruppe der bio-basierten und biologisch abbaubaren Polyester PLA, PHA, PHB, PHBV, PBS mit oder ohne thermoplastischer Stärke handeln, um nur einige Beispiele zu nennen.The coating advantageously has or consists of polylactic acid/polylactide (PLA) and/or polyhydroxyalkanoate (PHA) and/or polyhydroxybutyrate (PHB) and/or polyhydroxybutyrate-co-valerate (PHBV) and/or polyhydroxysuccinate (PBS) and/or thermoplastic starch from one of these materials or from a mixture of these materials. The coating can be a mixture of a polylactide and thermoplastic starch, a mixture of a polylactide and polyhydroxyalkanoates (PHA), a mixture of a polylactide and polyhydroxybutyrate (PHB), a mixture of a polylactide and polybutylene succinate (PBS) , a mixture of a polylactide and polyhydroxybutyrate co-valeriate (PHBV), a mixture of at least two biopolymers from the group of bio-based and biodegradable polyesters PLA, PHA, PHB, PHBV, PBS with or without thermoplastic starch or a mixture of at least three biopolymers from the group of bio-based and biodegradable polyesters PLA, PHA, PHB, PHBV, PBS with or without thermoplastic starch, to name just a few examples.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Befestigungselement im unbeschichteten Zustand Unebenheiten in Form von Gewindegängen und/oder Rillen und/oder Kerben und/oder aufgeprägten Erhöhungen und/oder Vertiefungen auf, wobei die Beschichtung diese Unebenheiten volumenbezogen zumindest zum Großteil, insbesondere vollständig verfüllt.According to one embodiment of the present invention, the fastening element in the uncoated state has unevenness in the form of threads and/or grooves and/or notches and/or embossed elevations and/or depressions, with the coating at least largely, in particular completely, filling these unevennesses in terms of volume.
Ferner schlägt die Erfindung vor, eine Beschichtung zum Beschichten zumindest eines Bereiches eines Befestigungselements, der zum Eintreiben des Befestigungselements in ein Werkstück vorgesehen ist, zu verwenden, wobei es sich bei der Beschichtung um eine bio-basierte und biologisch abbaubare polymere Beschichtung handelt.The invention further proposes to use a coating for coating at least a region of a fastening element which is intended for driving the fastening element into a workpiece, the coating being a bio-based and biodegradable polymeric coating.
Das Befestigungselement ist bevorzugt ein Nagel, eine Schraube, ein Schraubnagel oder eine Klammer.The fastening element is preferably a nail, a screw, a screw nail or a clip.
Die Beschichtung kann die zuvor bereits beschriebenen erfindungsgemäßen Eigenschaften bzw. Zusammensetzungen aufweisen.The coating can have the properties or compositions according to the invention already described above.
Zudem wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Beschichten eines Befestigungselements, bevorzugt in Form eines Nagels, einer Schraube, eines Schraubnagels oder einer Klammer, zumindest in einem Bereich des Befestigungselements, der zum Eintreiben in ein Werkstück vorgesehen ist, wobei es sich bei der Beschichtung um eine bio-basierte, thermoplastische und insbesondere biologisch abbaubare polymere Beschichtung handelt, welche die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Eigenschaften bzw. Zusammensetzungen aufweisen kann.In addition, a method is proposed for coating a fastening element, preferably in the form of a nail, a screw, a screw nail or a clip, at least in a region of the fastening element which is intended for driving into a workpiece, the coating being a bio -based, thermoplastic and in particular biodegradable polymeric coating, which can have the properties or compositions according to the invention described above.
Die Polymere werden bevorzugt lösemittelfrei in Pulverform zur Beschichtung eingesetzt, wobei die Pulverpartikel insbesondere eine Körnung kleiner 500 µm und besonders bevorzugt eine Körnung kleiner 250 µm aufweisen.The polymers are preferably used solvent-free in powder form for coating, the powder particles in particular having a grain size of less than 500 μm and particularly preferably a grain size of less than 250 μm.
Das Befestigungselement wird vorteilhaft bis an oder über den Schmelzpunkt des zur Beschichtung einzusetzenden Polymerpulvers erhitzt und anschließend so lange zumindest teilweise in das Polymerpulver getaucht, bis eine Schicht aus Pulverkörnchen an der Oberfläche des Befestigungselements anhaftet, die durch anschließende thermische Behandlung geglättet wird, insbesondere derart, dass mit bloßem Auge keine Körnung mehr zu erkennen ist. Auf diese Weise werden Oberflächenrauheiten vermieden, welche die zum Eintreiben des Befestigungselementes in ein Werkstück erforderliche Energie erhöhen.The fastening element is advantageously heated to or above the melting point of the polymer powder to be used for coating and then at least partially immersed in the polymer powder until a layer of powder grains adheres to the surface of the fastening element, which is smoothed by subsequent thermal treatment, in particular in such a way that that no grain can be seen with the naked eye. In this way, surface roughness is avoided, which increases the energy required to drive the fastener into a workpiece.
Ferner wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Verbinden zumindest zweier Werkstücke unter Verwendung eines Befestigungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Befestigungselement mittels eines Setzgerätes mit einer Mindestgeschwindigkeit von 20 m/s in die Werkstücke eingetrieben wird, um die Oberfläche der Beschichtung thermisch zu aktivieren.Furthermore, a method for connecting at least two workpieces using a fastening element according to one of
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
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1 eine Vorderansicht eines Befestigungselementes im unbeschichteten Zustand und -
2 eine Vorderansicht des in1 gezeigten Befestigungselementes im erfindungsgemäß beschichteten Zustand, wobei die Beschichtung durchsichtig dargestellt ist.
-
1 a front view of a fastener in the uncoated state and -
2 a front view of the in1 Fastening element shown in the coated state according to the invention, the coating being shown as transparent.
Die Figuren zeigen ein Befestigungselement 1, das aus Metall hergestellt ist. Bei dem Befestigungselement 1 handelt es sich um einen Schraubnagel, der vorliegend einen Kopfabschnitt 2, einen sich an den Kopfabschnitt 2 anschließenden glatten Schaftabschnitt 3, einen sich an den glatten Schaftabschnitt 3 anschließenden Gewindeabschnitt 4 und eine am freien Ende des Gewindeabschnitts 4 angeordnete Spitze 5 aufweist, wobei der Gewindeabschnitt 4 und die Spitze 5 mit einer erfindungsgemäßen bio-basierten und biologisch abbaubaren polymeren Beschichtung 6 aus vorliegend PLA beschichtet sind, welche die gewindeartigen Vertiefungen des Gewindeabschnitts 4 vollständig ausfüllt.The figures show a
Alternativ kann der Schraubnagel abweichend ausgeführt sein. Ebenso kann es sich bei dem Befestigungselement 1 auch um einen Nagel, eine Schraube, eine Klammer oder dergleichen handeln.Alternatively, the screw nail can be designed differently. Likewise, the
Zum Beschichten des Befestigungselementes 1 mit der Beschichtung 6 wird, um Polymerpulver an zumindest Teilen der Oberfläche des Befestigungselements 1 aufzusintern, die Temperatur des Befestigungselements bis nahe an oder über den Schmelzpunkt der Beschichtungszusammensetzung erhöht. Der Schmelzpunkt für PLA liegt je nach Type bei 145 - 180 °C. Die Temperaturerhöhung des Befestigungselements erfolgt durch Aufheizen, z.B. in einem Ofen, durch Heißluft, durch elektromagnetische Strahlung, wie z.B. Infrarotstrahlung, UV-Strahlung oder durch elektromagnetische Induktion.To coat the
Das aufgeheizte Befestigungselement 1 wird so lange entweder in ein unbewegtes oder ein fluidisiertes Pulverbett (Wirbelbett) gehalten, bis an der Oberfläche Pulverpartikel anhaften. Anschließend wird das pulverbeschichtete Befestigungselement mit einem der oben genannten Heizverfahren nachgetempert, wobei die noch raue, pulverige Oberfläche zu einem glatten Überzug umgewandelt wird.The
Alternativ zur Beschichtung in einem unbewegten Pulverbett oder einem Wirbelbett kann das Befestigungselement 1 auch elektrostatisch mit dem Pulver beschichtet werden. Auf die elektrostatische Beschichtung folgt eine thermische Nachbehandlung zu einer glatten Oberfläche unter Einsatz eines der oben genannten Heizverfahren.As an alternative to coating in a stationary powder bed or a fluidized bed, the
In allen drei Fällen, also unbewegtes Pulverbett, Wirbelbett und elektrostatisches Beschichten, können den Polymerpulvern in geringen Mengen kleiner 5 Gewichtsprozent Pigmente beigefügt werden, die bei der thermischen Nachbehandlung und beim Glätten der Oberfläche in den Polymerfilm eingebunden werden und für eine Farbgebung sorgen.In all three cases, i.e. stationary powder bed, fluidized bed and electrostatic coating, small amounts of less than 5 percent by weight of pigments can be added to the polymer powders, which are incorporated into the polymer film during the thermal aftertreatment and when smoothing the surface and ensure color.
Ziel ist es, eine möglichst glatte und ebene Beschichtung zu erreichen. Im Idealfall werden z.B. bei Schraubnägeln und Schrauben die Gewindegänge vollständig mit Polymer gefüllt und die Gewindekanten mit einer dünnen Polymerschicht überzogen, wie es in
Die Polymerpulver haben eine Körnung kleiner 1500 µm, bevorzugt eine Körnung kleiner 500 µm und besonders bevorzugt eine Körnung kleiner 250 µm. Je kleiner die Körnung, desto homogener die Beschichtung.The polymer powders have a grain size of less than 1500 μm, preferably a grain size of less than 500 μm and particularly preferably a grain size of less than 250 μm. The smaller the grain size, the more homogeneous the coating.
Statt einer Beschichtung mittels aufgesinterter und thermisch nachbehandelter thermoplatischer Polymerpulver können die Polymere auch als Lösungen oder in Form von Emulsionen und/oder Dispersionen auf die Befestigungselemente aufgetragen werden. Die Lösungsmittel werden aus der Beschichtung herausgetrocknet und es verbleibt eine der Pulverbeschichtung gleichwertige Beschichtung, welche die Auszugfestigkeit erhöht. Beschichtungen von Befestigungselementen zur Erhöhung der Auszugfestigkeit aus biobasierten und biologisch abbaubaren Polymeren, die nicht durch Aufsintern auf die Befestigungselemente 1 aufgebracht werden, sind deshalb ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.Instead of a coating using sintered and thermally post-treated thermoplastic polymer powders, the polymers can also be applied to the fastening elements as solutions or in the form of emulsions and/or dispersions. The solvents are dried out of the coating and what remains is a coating that is equivalent to powder coating and increases the pull-out strength. Coatings of fastening elements to increase the pull-out strength made of bio-based and biodegradable polymers, which are not applied to the
Die Beschichtung 4 dient zur Erhöhung der Auszugsfestigkeit des Befestigungselementes 1 in einem Zustand, in dem dieses in ein Werkstück eingetrieben ist. Die Erhöhung der Auszugsfestigkeit wird durch ein durch Reibung verursachtes thermisches Aktivieren der Beschichtung 4 während des Eintreibvorganges bewirkt, wodurch das Befestigungselement 1 zusätzlich mit dem Werkstück verklebt wird.The
Das Befestigungselement 1 wird mit solchen Setzmitteln, z.B. Druckluft-, Gas- oder Elektronagler appliziert, die eine ausreichend hohe Geschwindigkeit beim Setzen erzielen, die genügend Reibungswärme erzeugt, um die Oberfläche der Beschichtung anzuschmelzen oder zumindest zu erweichen. Als ausreichend hohe Geschwindigkeiten gelten Geschwindigkeiten oberhalb von 20 m/s. Bei diesen Geschwindigkeiten erreicht die Grenzschicht zwischen der Oberfläche des Befestigungselements und der Matrix, z.B. Nadelholz, Temperaturen von größer 120 °C. Oberflächentemperaturen von 200 °C können mit Eintreibgeschwindigkeiten ab 25 m/s erreicht werden.The
Die hohe Klebkraft der Beschichtung nach dem Eintreiben des Befestigungselementes 1 in zwei miteinander zu verbindenden Werkstücken zeigt sich in dem Faktum, dass beim Schertest von zwei mit PLA thermisch verklebten hölzernen Werkstücken der Bruch im Holz und nicht im Polymer stattfindet. The high adhesive strength of the coating after the
Die freigelegte Oberfläche der Klebschicht ist mit Holzfasern bedeckt. Bei einer thermischen „Verklebung“ mit einem Polyolefin erfolgt der Bruch entlang der Verbindungsschicht zwischen einem der Werkstücke und der Klebefuge, wobei die Oberfläche keine Holzfasern enthält.The exposed surface of the adhesive layer is covered with wood fibers. During a thermal “bonding” with a polyolefin, the fracture occurs along the connecting layer between one of the workpieces and the adhesive joint, whereby the surface does not contain any wood fibers.
Bei Auszugsversuchen, bei denen Befestigungselemente 1 entlang ihrer Eintreibrichtung aus dem Matrixmaterial, z.B. Fichtenholz, herausgezogen wurden, wurde unerwarteter Weise eine Steigerung der charakteristischen Ausziehwerte nach
Nägel und Schraubnägel (Scrails) mit Schaftdurchmesser von 2,8 mm, einem Gewindedurchmesser von 3,2 mm und einer Länge von 75 mm wurden über die Länge des Gewindegangs mit Lösemittel haltigem DiamondCoating (DC) beschichtet, einer Füllkörper enthaltenden Beschichtung gemäß
Die Polymerpulver sind:
- • Polypropylen (PP) -Pulver Rowalit 690, Rowak AG, Klettgau-Griessen, Korngröße kleiner 500 µm
- • Polystyrol (PS) -Pulver TS 120, Jackon AG, Wismar, Korngrößenverteilung 80 - 120 µm, Molekulargewicht (Mw) 240.000,
- • Polymilcsäure (PLA) - Pulver, Coathylene GL2561, Axalta Polymer Powders Switzerland Sarl, Bulle, Schweiz, Korngröße kleiner 315 µm, im Durchschnitt 210 - 270 µm, Schmelzpunkt 165 - 180 °C.
- • Polymilcsäure (PLA) - Pulver, NaturePlast PLHT 202, NaturePlast SAS, Ifs, Frankreich, gemahlen mit einer Wirbelstrommühle bei 12.000 U/min, Korngröße im Durchschnitt 288 µm, Schmelzpunkt 170 - 180 °C.
- • Polyhydroxyalkanoat (PHA) - Pulver, NaturePlast PHI 003, NaturePlast SAS, Ifs, Frankreich, Schmelzpunkt 170 - 176 °C., Korngröße D50 17 µm, D90 45,61 µm.
- • Polypropylene (PP) powder Rowalit 690, Rowak AG, Klettgau-Griessen, grain size less than 500 µm
- • Polystyrene (PS) powder TS 120, Jackon AG, Wismar, grain size distribution 80 - 120 µm, molecular weight (Mw) 240,000,
- • Polylactic acid (PLA) powder, Coathylene GL2561, Axalta Polymer Powders Switzerland Sarl, Bulle, Switzerland, grain size smaller than 315 µm, average 210 - 270 µm, melting point 165 - 180 °C.
- • Polylactic acid (PLA) powder, NaturePlast PLHT 202, NaturePlast SAS, Ifs, France, ground with a eddy current mill at 12,000 rpm, grain size on average 288 µm, melting point 170 - 180 °C.
- • Polyhydroxyalkanoate (PHA) - powder, NaturePlast PHI 003, NaturePlast SAS, Ifs, France, melting point 170 - 176 °C., grain size D 50 17 µm, D 90 45.61 µm.
Tab. 1 zeigt charakteristische Ausziehwerte in N/mm2 nach
Tabelle 2 zeigt charakteristische Ausziehwerte in N/mm2 nach DIN EN 14358:2016-11 von unbeschichteten und beschichteten Schraubnägeln (Scrails) mit einem Schaftdurchmesser von 2,8 mm, einem Gewindedurchmesser von 3,2 mm und einer Länge von 75 mm sowie einer unbeschichteten Vollgewindeschraube Spax mit einem Durchmesser von 3,5 mm und einer Länge von 60 mm. Tabelle 2
Tabelle 3 zeigt charakteristische Ausziehwerte in N/mm2 nach DIN EN 14358:2016-11 von unbeschichteten und beschichteten Nägeln mit folgenden Kennzahlen: Drahtdurchmesser 3,1 mm, Nagellänge 88 mm, gl.= glatt, rg.= Ringschaft, BI.= blank, DC= DiamondCoating, GL=Coathylene GL2561, schr.=Schraubenschaft, Fvz.=Feuer verzinkt. Tabelle 3
Tabelle 4 zeigt charakteristische Ausziehwerte in N/mm2 nach DIN EN 14358:2016-11 von unbeschichteten und beschichteten Nägeln mit folgenden Kennzahlen: Drahtdurchmesser 2,5 mm, Nagellänge 45 mm bis 75 mm, rg.= Ringschaft, BI.= blank, GL=Coathylene GL2561, V4A=Edelstahl 1.4401. Tabelle 4
Tabelle 5 zeigt die mittels eines Hochgeschwindigkeitspyrometers Metis H318, Sensortherm GmbH, an der Nageloberfläche gemessenen Maximaltemperaturen beim Einschießen. Im Versuchsaufbau wird in horizontaler Richtung 15 mm unter der Oberfläche ein 8 mm durchmessendes Loch an der Stelle durch ein Fichtenkantholz gebohrt, durch die später senkrecht der Nagel eingetrieben wird. Der Messstrahl des Pyrometers wird in das Loch ausgerichtet. Beim Passieren des Nagels durch das Loch wird die Oberflächentemperatur des Nagels gemessen. Es wurden Stahlnägel mit 4,6 mm Durchmesser, deren Kopf abgeschnitten wurde und die Längen von ca. 80 mm aufweisen, mit 6 bar Luftdruck (ca. 35 m/s) eingeschossen. Eine Nagelserie wurde mit schwarzem Polyolefinpulver (Polyethylen hoher Dichte, HDPE), eine weitere mit PLA (98,5 Gewichtsprozent) Coathylene GL2561 plus Schwarzpigment (1,5 Gewichtsprozent) beschichtet. Jeweils 6 Nägel beider beschichteter Nägel sowie eine unterbeschichtete Referenz wurden eingeschossen und gemessen. Die Temperaturmessung des Pyrometers beginnt erst oberhalb von 119,9 °C, so dass niedrigere Temperaturen nicht erfasst werden. Die Temperaturkurven der beschichteten Nägel zeigen einen steilen Anstieg bis zu einer Maximaltemperatur und danach ein langsames Abflachen der Temperatur. Die Referenzmessungen an den unbeschichteten Stahlnägeln erreichten bei 6 Messungen nur dreimal Werte höher als 120 °C. Tabelle 5
Aus Tabelle 1 ist zu ersehen, dass das Beschichtungsmaterial erheblichen Einfluss auf die Ausziehfestigkeit bzw. auf den charakteristischen Ausziehwert hat. Eine Beschichtung mit Polyolefin (Polypropylen) reduziert den charakteristischen Ausziehwert im Vergleich zu unbeschichteten Scrails mit einem Außengewindedurchmesser von 3,2 mm und einer Länge von 57 mm von 11,24 N/mm2 auf 8,04 N/mm2, was einer Reduktion von ca. 28,5% entspricht. Eine Beschichtung mit Polystyrol erhöht den charakteristischen Ausziehwert geringfügig um ca. 7,3%, eine Beschichtung mit Polymilchsäure (PLA PLHT 202) hingegen deutlich um ca. 37,4%. Dieser Wert liegt auch um ca. 11,5% höher als die bislang in der Praxis eingesetzte Beschichtung (DiamondCoating).From Table 1 it can be seen that the coating material has a significant influence on the pull-out strength or the characteristic pull-out value. A coating with polyolefin (polypropylene) reduces the characteristic pull-out value compared to uncoated scrails with an external thread diameter of 3.2 mm and a length of 57 mm from 11.24 N/mm 2 to 8.04 N/mm 2 , which is a reduction of approximately 28.5%. A coating with polystyrene increases the characteristic extraction value slightly by approx. 7.3%, while a coating with polylactic acid (PLA PLHT 202) increases it significantly by approx. 37.4%. This value is also around 11.5% higher than the coating previously used in practice (DiamondCoating).
Tabelle 2 zeigt den Vergleich von unbeschichteten und beschichteten Scrails mit einem Gewinde-Außendurchmesser von 3,2 mm und einer Länge von 75 mm sowie einer unbeschichteten Schraube (Spax) mit einem Gewinde-Außendurchmesser von 3,5 mm und einer Länge von 60 mm. Die charakteristische Auszugfestigkeit der Schraube liegt mit 14,49 N/mm2 im Vergleich zur unbeschichteten Scrail (11,24 N/mm2) um ca. 29% höher. Eine Beschichtung mit PLA-Pulver (Coathylene GL 2561) bewirkt eine Steigerung der charakteristischen Ausziehfestigkeit gegenüber der unbeschichteten Scrail um ca. 80% und übertrifft damit deutlich den Wert der Schraube sowie den der Beschichtung mit DiamondCoating (ca. 7%).Table 2 shows the comparison of uncoated and coated scrails with a thread outside diameter of 3.2 mm and a length of 75 mm and an uncoated screw (Spax) with a thread outside diameter of 3.5 mm and a length of 60 mm. The characteristic pull-out strength of the screw is approximately 29% higher at 14.49 N/mm 2 compared to the uncoated Scrail (11.24 N/mm 2 ). A coating with PLA powder (Coathylene GL 2561) increases the characteristic pull-out strength compared to the uncoated Scrail by approx. 80% and thus significantly exceeds the value of the screw and that of the coating with DiamondCoating (approx. 7%).
Tabelle 3 zeigt charakteristische Ausziehwerte für unbeschichtete und beschichtete Nägel mit einem Durchmesser von 3,1 mm und einer Länge von 88 mm. Die Nägel sind entweder glattschaftig oder besitzen einen Ring- oder Schraubenschaft. Statt einer blanken Oberfläche können sie auch feuerverzinkt sein. Alle Beschichtungen, sowohl mit DiamondCoating als auch mit PLA-Pulver Coathylenen GL 2561 weisen charakteristische Ausziehwerte auf, die etwa doppelt so hoch liegen wie der Wert für unbeschichtete Nägel. Die charakteristischen Ausziehwerte von DiamondCoating und PLA unterscheiden sich nicht signifikant.Table 3 shows characteristic pull-out values for uncoated and coated nails with a diameter of 3.1 mm and a length of 88 mm. The nails are either smooth-shafted or have a ring or screw shaft. Instead of a bare surface, they can also be hot-dip galvanized. All coatings, both with DiamondCoating and with PLA powder Coathylenen GL 2561, have characteristic pull-out values that are approximately twice as high as the value for uncoated nails. The characteristic extraction values of DiamondCoating and PLA do not differ significantly.
Tabelle 4 zeigt unbeschichtete und beschichtete Nägel mit einem Drahtdurchmesser von 2,5 mm und Nagellängen von 45 mm (25/45) bis 75 mm (25/75). Die Beschichtungen mit Coathylene GL 2561 erhöhen die charakteristischen Ausziehwerte um 24% bis 45%. Diese Aussagen gelten sowohl für Nägel aus Stahl als auch für Nägel aus rostfreiem Stahl (25/52 rg. V4A). Weiterhin ist aus Tabelle 4 zu ersehen, dass mit zunehmender Nagellänge die Standardabweichung (sdv) bei unbeschichteten Nägeln von 5,3% (25/45) auf 2,4% (25/75) abnimmt. Anders ausgedrückt, je kürzer die Nägel, umso größer die Streuung des charakteristischen Ausziehwertes bei unbeschichteten Nägeln. Bei mit PLA beschichteten Nägeln liegen die Streuungen über alle Längenbereiche zwischen 2,2 und 2,9.Table 4 shows uncoated and coated nails with a wire diameter of 2.5 mm and nail lengths from 45 mm (25/45) to 75 mm (25/75). Coatings with Coathylene GL 2561 increase the characteristic extraction values by 24% to 45%. These statements apply to nails made of steel as well as nails made of stainless steel (25/52 rg. V4A). Furthermore, it can be seen from Table 4 that as the nail length increases, the standard deviation (sdv) for uncoated nails decreases from 5.3% (25/45) to 2.4% (25/75). In other words, the shorter the nails, the greater the spread of the characteristic pull-out value for uncoated nails. For nails coated with PLA, the scatter across all length ranges is between 2.2 and 2.9.
Tabelle 5 zeigt, dass die Beschichtung mit einem Thermoplasten (HDPE, PLA) zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur auf ca. 200 °C beim Einschießen führt. In beiden Fällen wird der Schmelzpunkt (HDPE 135 °C, PLA 145 - 180 °C) überschritten. Betrachtet man die unpolaren Polyolefine Polyethylen und Polypropylen in ihrer Affinität zur Polaren Auszugfestigkeit kein rein physikalischer sondern ein physikalisch-chemischer Effekt ist, der von der Auswahl des Polymers abhängig ist.Table 5 shows that coating with a thermoplastic (HDPE, PLA) leads to an increase in the surface temperature to approx. 200 °C when shooting. In both cases the melting point (HDPE 135 °C, PLA 145 - 180 °C) is exceeded. If you look at the non-polar polyolefins polyethylene and polypropylene, their affinity for polar pull-out strength is not a purely physical but a physico-chemical effect that depends on the selection of the polymer.
Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Befestigungselementes 1 nur als Beispiel dienen und nicht als einschränkend zu verstehen sind. Vielmehr sind Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen.It should be clear that the previously described embodiments of the
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DIN EN 14358:2016-11 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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