DE2211138C3 - Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht durch Besprühen mit geschmolzenem Metall auf einen zuvor gereinigten Teil eines Gewindes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht durch Besprühen mit geschmolzenem Metall auf einen zuvor gereinigten Teil eines GewindesInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht durch Besprühen mit
geschmolzenem Metall auf einen zuvor gereinigten Teil eines Gewindes um auf diese Weise ein selbstsicherndes
Befestigungselement zu erzeugen.
Bei bekannten selbstsichernden Befestigungselementen besteht die Abdeckschicht aus Kunststoff. Bei ihnen
wird das »elastische Erinnerungsvermögen« des Kunststoffs dazu ausgenutzt, eine mehrmalige Wiederverwendung des selbstsichernden Befestigungselements zu
ermöglichen. Während diese Abdeckschichten aus Kunststoff bei normalem Gebrauch im. allgemeinen
befriedigen, ist der Umfang ihrer Benutzung durch den verhältnismäßig kleinen Elastizitätsmodul der Abdeckschiel it aus Kunststoff verringert. Dies kommt dadurch
zustande, weil die Abdeckschicht vorzeitig eine solche endgültige Gestalt annimmt, daß sie nicht mehr in der
Lage ist, die selbstsichernde Wirkung zu erbringen. Die bekannte Abdeckschicht aus Kunststoff weist darüber
hinaus eine geringe Beständigkeit bei hohen Temperaluren und gegenüber organischen Flüssigkeilen, beispielsweise Lösungen auf.
Aus der Zeitschrift »Schweißtechnik«, Heft 3, 1959,
Seite 83 bis 85 ist es bekannt, zur Oberflächenveredelung oder Reparatur von Werkstücken Metall auf/.usorit/en.
Die Haftung der aufgespritzten Metallschicht ist sehr stark abhängig von dem Rauhigkeitsgrad der Oberfläche des Werkstückes und es wird deshalb in dem Artikel
vorgeschlagen und untersucht, als Haftgrundvorbereitung auf ein rundes Werkstück ein Gewinde aufzu
schneiden. Hierbei dient das Gewinde lediglich der Verankerung des aufgespritzten Metalles, mit dem die
ursprüngliche Werkstückgestalt wieder hergestellt werden soIL
ίο Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung einer Selbstsicherung auf dem Gewinde eines Befestigungselements zu schaffen, bei dem die
Selbstsicherung eine vielfache Wiederverwendung des Befestigungselements zuläßt und außerdem gegenüber
is hohen Temperaturen und gegenüber organischen
Flüssigkeiten widerstandsfähig ist
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das eingangs genannte Verfahren bei der Herstellung eines eine
Selbstsicherung tragenden Befestigungselement ange
wendet wird.
Das Metall kann in fein verteilter Form in halb geschmolzenem Zustand mit Hilfe einer Flammsprühpistole auf das Befestigungselement aufgebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise im
Rahmen einer Massenfertigung durchgeführt, bei dem
die Befestigungselemente selbsttätig durch die verschiedenen Vorbehandlungsstationen und die Metallsprühstation hindurch gefördert werden.
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gegenstandes dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schraube in perspektivischer Darstellung,
Fig.2 die Schraube in einem senkrechten Schnitt
entlang der Linie H-Ii der Fig. 1,
Fig.3 einen Gewindeteil in einem axialen Schnitt
entlang der Linie III-III der F i g. 2 und
Fig.4 den Sprühvorgang beim Aufbringen des metallischen Abdeckmaterials in schematischer Darstel
lung.
F i g. 1 zeigt eine gemäß dem Verfahren behandelte selbstsichernde Schraube 10 mit üblichen Abmessungen,
die einen Kopf 11, einen Gewindeschaft 12 und eine metallische Abdeckschicht 13 aufweist, die in einem
ausgewählten Bereich des Gewindes des Gewindeschaftes 12 aufgebracht ist.
Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, bedeckt die Metallschicht 13 die Gänge 16, die Flanken 18 und die Spitzen
20 des Gewindes des Gewindeschaftes 12. Die
Abdeckschicht 13 tst derart aufgebracht, daß sie
zwischen der Gewindefläche des Gewindeschaftes 12 und einem Muttergewinde eines zugehörigen Befestigungselements, mit dem die Schraube 10 zusammengeschraubt ist, elastisch verformt wird, so daß ein erhöhter
10 und dem zugehörigen Befestigungselement zustande
kommt.
bo metallischen Abdeckschicht 13 in einer fortlaufenden
konvexen Kurve von einen radialen Fläche 22 bis zu einer anderen radialen Fläche 24. Der Neigungswinkel λ
zwischen den Ebenen 22 und 24 ist vorzugsweise größer als 90° und kleiner als 180°. Die radiale Stärke der
hr, Metallschicht 13 ist in der Mitte zwischen den Ebenen 22
und 24 am größten und nimmt in dem Maße allmählich ab, in dem sie sich den begrenzenden radialen Flächen
nähert, so daß die Oberfläche der metallischen
Abdeckschicht 13 mit einer Tangente, die an den begrenzenden radialen Flächen an die Gewindeflgche
gelegt wird, nur einen kleinen Winkel bildet Dies sich verjüngende Gestalt der Abdeckschicht hat ihre
besondere Bedeutung, weil sie das leichte Zusammenfügen der Schraube 10 mit dem zugehörigen Befestigungselement
ermöglicht, während sie andererseits einen erhöhten Widerstand gegen das Lösen der sich
ergebenden Schraubverbindung bietet Wenn auch die gezeichnete Abdeckschicht eine etwa rechteckige
Gestalt besitzt, so ist es offensichtlich, daß verschiedene andere Gestaltungen der Abdeckschicht möglich sind.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird der gesamte Schaft einer Schraube oder ein ausgewählter
Teil dieses Schaftes zunächst einer Vorbehandlung unterzogen, wobei in einem mehrstufigen Reinigungsverfahren
alle unerwünschten Schinutzteilchen entfernt werden. Insbesondere wird die Schraube zunächst einer
Behandlung mit einer Metallbürste unterzogen, bei welcher der Gewindeschaft derart gebürstet wird, daß
alle losen Schmutzteilchen entfernt werden. Hiernach
wird die Schraube mit einer Reinigungslösung behandelt, wobei der Schaft mit Trichloräthylsn oder
Methyl-Äthyl-Keton gereinigt wird, um alle löslichen
Fette zu beseitigen. Die vorgereinigte Schraube wird sodann bestrahlt, wobei der Gewindeschaft während
drei bis fünf Sekunden mit pulverisiertem Aluminiumoxid behandelt wird. Hiernach wird die Schraube einem
Luftstrahl ausgesetzt, um die losen Sandteilchen von ihr
zu entfernen. Anschließend wird die Schraube mit Hilfe einer Infrarotlampe oder einer anderen geeigneten
Vorrichtung auf etwa 93 bis 1040C erwärmt damit alle etwa noch vorhandenen Fremdbestandteile verdampfen.
Nach der oben beschriebenen Vorbehandlung wird auf den gereinigten Schaft in einem Sprühverfahren ein
Metall aufgebracht Das auf diese Weise aufgebrachte Metall besteht vorzugsweise aus einem Metall oder
einer Metallegierung, die einen Elastizitätsmodul von 10 χ 106 bis 30 χ 106 aufweist Besonders befriedigende
Ergebnisse sind zu erzielen, wenn Metalle wie nichtrostender Stahl, Molybdän, Kupferlegierungen
oder Kohlenstoffstahl aufgebracht werden.
Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, enthält die Sprühvorrichtung
eine Flammsprühpistole 26 und eine davor angeordnete Maske 30. Ein geeignetes Metall 13 wird
der Sprühpistole 26 in Gestalt eines -Drahtes zugeführt und tritt aus der Pistole in Gestalt eines Metallsprühstrahls
13a aus. Hinter der eine öffnung 21 enthaltene Maske 30 ist die Schraube 10 angeordnet Die zentrale
Öffnung 21 leitet den VistallsprÜhstrahl 13a auf eine
vorbestimmte, auf dem Gewindeschaft 12 der Schraube 10 Hegend? Kreisbogenfläche, die gegenüber der
öffnung 21 liegt und deren Längsachse etwa rechtwinklig zur Sprühachse der Pistole 26 verläuft Auf diese
Weise wird auf der Oberfläche des Gewindeschaftes 12 die eben beschriebene metallische Andeckschicht la
erzeugt, deren seitliche und axiale Ausdehnung durch die Gestaltung der Öffnung 21 und die Lage der Pistole
26 und der Schraube 10 gegenüber der Öffnung 21 vorbestimmt ist Die oben beschriebene sich verjüngende
Gestalt der Abdeckschicht kommt durch die zylinderförmige Gestalt der Schrauboberflächc und die
rechtwinklige Lage der Schraubenachse mit Bezug auf die Richtung des Sprühstrahls selbsttätig zustande.
Nach dem Aufsprühen des Metalls können die Schrauben in einer weiteren Stufe oder in mehreren
weiteren Stufen einer Nachbehandlung unterzogen werden. So können die Schrauben z. B. gemessen
werden, um sicherzustellen, daß die gewünschte Dicke der Abdeckschicht und die gewünschte Gestalt dieser
Schicht vorliegt, und/oder die Schrauben können mit einer dünnen Schicht eines Schmiermittels versehen
werden, das z.B. aus Molybdän-Disulfid, SAE-30-Ö1 oder Wachs bestehen kann.
Die Erfindung ist an dem Ausführungsbeispiel einer Schraube als einzelnes Befestigungselement beschrieben
worden, das verschiedenen Behandlungsstufen unterworfen worden ist In der Praxis muß das
erfindungsgemäße Verfahren naturgemäß im Rahmen der Massenfertigung durchgeführt werden. Demgemäß
müssen in einem bestimmten Arbeitsbereich eine Mehrzahl von Arbeitsstationen vorgesehen sein, in
denen sich im Rahmen einer Reihenfertigung das Bürsten, Reinigen. Sandstrahlen, Luftanblasen, Erhitzen,
Metallsprühen und Nachbehandeln vollzieht In diesem Rahmen können z.B. die Schrauben 10 mit Hilfe
geeigneter Fördermittel nacheinander an der Sprühpistole 26 vorbeibewegt werden, wobei die Achsen der
Schrauben rechtwinklig zur Achse der Sprühpistole verlaufen und rechtwinklig zu der Richtung der
Bewegung der Schrauben.
Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden zwei Versuche
beschrieben:
Versuch 1
Eine Stahlschraube SAE 10-38 nach der USA-Norm
SAE (Society of American Automotive Engineers) wird zunächst mit Hilfe einer Metallbürste von losen
Teilchen befreit Hiernach wird sie mit Hilfe von Trichlorethylen gereinigt um das Fett zu beseitigen.
Sodann wird die Schraube mit Hilfe eines Sandstrahlgebläses drei Sekunden lang mit Aluminiumoxidkies mit
einem maximalen Durchmesser der Kiespartikel von 035 mm gestrahlt um die Eisenoxide zu beseitigen und
der Gewindefläche eine gut bindende, rauhe Oberfläche zu erteilen. Auf die Schraube wird sodann ein Luftstrahl
gerichtet, um etwaigen losen Sand zu entfernen. Hierauf
wird die Schraube mit Hilfe einer Infrarotlampe auf 1040C erwärmt, um etwa vorhandene fremde Bestandteile
zu verdampfen. Sodann wird mittels einer Sprühpistole auf die vorbereitete Schraubeni'iäche eine
Legierung aufgebracht, die aus 90 Vol.-% Kupfer und 10 Vol.-% Zink besteht Sie wird der Sprühpistole in
Gestalt eines Drahtes zugeführt und tritt aus der Sprühpistole als halbgeschmolzener metallischer Sprühstrahl
aus, der auf die Oberfläche der Schraube auftrifft und hier eine metallische Abdeckschicht bildet, die sich
mit der Gewindefläche verbindet Die Maske wird etwa 23 cm von der benachbarten Gewindefläche dcj
Gewindeschafts 12 angeordnet während die Sprühpistole in einem Abstand von 73 bis 123 cm von der
Maske 30 gehalten wird. Der Schraubenschaft wird fünf Sekunden lang mit dieser Legierung besprüht, bis sich
eine zusammenhängende metallische Abdeckschicht 13 gebildet hat (P i g. 2), die eine Dicke von 0,25 bis 03 mm,
in der Mitte der 5chicht gemessen, aufweist und von schwammiger, poröser Beschaffenheit ist.
Nach dem Abkühlen wurde eine Schraube der vorgenannten Art unter Verwendung vcn Norm-Stahlmuttern
auf Verdrehung geprüft. Die Ergebnisse sind in
hi der folgenden Tabelle wiedergegeben. Diese enthält
auch Ergebnisse vor. Verdrehungsversuchen an Schrauben, auf die Abdeckschichten aus verschiedenen
Metallen nach dem oben beschriebenen Verfahren
aufgebracht wurden sind In jedem der angeführten
Fälle wurde die Mutter in geeigneter Weise befestigt. Die Test-Schraube wurde in die Mutter eingeschraubt
und das größte aufzuwendende Drehmoment das beim Einbringen der Abdeckschicht in die Mutter aufzuwenden
war, wurde aufgezeichnet. Hierauf wurde die Schraube wieder aus der Mutter herausgeschraubt und
wiederum das größte Drehmoment aufgezeichnet, das aufzuwenden war, wenn die Abdeckschicht wiederum
die Mutter passierte. Hiermit war der erste Priifgang beendet. Mit dem gleichen Verfahren wurden weitere
Priifgänge durchgeführt.
Material der | (iri)Ulcs | Größtes | l'rül |
Ahdejkschiclit | Drehmoment | Drehmoment | gang |
beim | beim | ||
Befestigen | Lösen | ||
(cmkgl | (cmkgl | ||
Legierung aus | 104 | 58 | I |
90 Vol.-1. Kupier | 75 | 58 | 2 |
10 Vol.-".. /ink | 58 | 40 | 3 |
52 | 35 | 4 | |
Molybdän | 172 | 121 | 1 |
161 | 143 | 2 | |
143 | 126 | 3 | |
126 | 104 | 4 | |
Kohlenstoffstahl | 109 | 63 | 1 |
75 | 58 | 2 | |
63 | 46 | 3 | |
46 | 29 | 4 | |
Kupfer-Zink-.Mu- | 81 | 40 | 1 |
miniumlegierung | 69 | 40 | 2 |
63 | 40 | 3 | |
58 | 35 | 4 | |
Nichtrostender Stahl | 109 | 75 | I |
63 | 58 | 2 | |
58 | 52 | 3 | |
46 | 4 |
eine Abdeckschicht aus Kunststoff besitzen und /war insbesondere mit Bezug auf ihre Fähigkeit, ihre
selbstsichernden Eigenschaften selbst in hohin Temperaturbereichen
beizubehalten, bei denen die bekannten Abdcckschichtcn aus Kunststoff schmelzen. Die erfindungsgemäß
behandelte Schraube ist auch widerstandsfähig gegenüber organischen Flüssigkeiten, welche die
Abdeckschichten aus Kunststoff angreifen und ihre selbstsichernden Eigenschaften zerstören.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Schraube zeigt daher ihre ausgezeichneten Eigenschaften auch nach
wiederholter Benutzung und weist eine sehr große Widerstandsfähigkeit gegenüber ungünstigen Umgebungsbedingungen
auf. Die große Leistungsfähigkeit einer derartigen Befestigungsschraube bei hohen
Temperaturen ergibt sich aus dem folgenden Versuch:
Alisführungsbeispiel 2
/u/pi Nnrm-Srhrauhpn aus .Stahl vnn ripnpn i»inp nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Abdeckschicht aus dieser Legierung aus 90 Vol.-% Kupfer und
10 Vol.-% Zink versehen worden ist, während die andere in bekannter Weise eine Abdeckschicht aus
Polyamid besitzt, wurden in einen Ofen eingebracht und eine Stunde lang auf 425°C erhitzt, worauf die
Schrauben aus dem Ofen herausgenommen wurden und mit den folgenden Ergebnissen dem vorgeschriebenen
Verdrehygstest unterzogen wurden:
Es ergibt sich, daß die selbstsichernden Schrauben, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden sind, ihren großen Widerstand gegen das Lösen
auch nach mehrfacher Benutzung behalten und bei jeder Benutzung nur einen kleinen Teil ihrer Widerstandsfähigkeit
gegen das Lösen verlieren.
Die selbstsichernde Schraube, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt worden ist. ist auch den
bekannten selbstsichernden Schrauben überlegen, die Material der
Abdeckschicht
Abdeckschicht
Größtes
Drehmoment
beim
Hefesligen
Drehmoment
beim
Hefesligen
lcmkg)
Größtes
Drehmoment
beim
Lösen
(cm kg)
Drehmoment
beim
Lösen
(cm kg)
Prüfgang
Legierung aus
90 VoL-% Kupfer
10 Vol.-?; Zink
90 VoL-% Kupfer
10 Vol.-?; Zink
PolvnmiH
172
143
81
81
81
69
143
81
81
81
69
161
98
69
92
86
63
98
69
92
86
63
Die Abdeckschicht aus Polyamid verschmorte während der Erhitzung weitgehend und zerbröckelte, als sie
beim ersten Prüfgang in die Prüfmutter eingebracht wurde. Die mit der metallischen Abdeckschicht
versehene Schraube behielt auch nach sechs Prüfgängen eine mehr als ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen
das Lösen.
Dadurch, daß Schraubenbolzen mit metallischer Abdeckschicht die Fähigkeit aufweisen, auch bei hohen
Temperaturen unbeeinflußt zu bleiben, sind sie z. B. zur Verschraubung der heißen Teile von Verbrennungsmaschinen
besonders geeignet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht
durch Besprühen mit geschmolzenem Metall auf einen zuvor gereinigten Teil eines Gewindes,
gekennzeichnet durch die Anwendung bei der Herstellung eines eine Selbstsicherung tragenden Befestigungselements.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall eine Kupferlegierung,
Molybdän, nichtrostender Stahl oder Kohlenstoffstahl verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall eine Kupferlegierung
verwendet wird, die etwa 90 Vol.-% Kupfer und etwa 10 Vol.-% Zink enthält
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigte Metalloberfläche zur
Verbesserung ihrer Bindefähigkeit aufgerauht wuxL
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches Metal! verwendet wird, das
einen Elastizitätsmodul zwischen 10 χ ΙΟ6 und
50 χ 106 aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Reinigen das Befestigungselement
mit einem feinpulvrigen Aluminiumoxid gestrahlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in fein verteilter Form in
halb geschmolzenem Zustand mit Hilfe einer Flammsprühpistole auf das Befestigungselement
aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Atispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht auf weniger als dem
gesamten Umfang des Gewinnes und/oder auf weniger als der gesamten Länge des Gewindes
aufgetragen wird.
Applications Claiming Priority (1)
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ID=22398079
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