DE2247468A1

DE2247468A1 - Mit gewinde versehenes befestigungsorgan und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE2247468A1
Application number: DE19722247468
Authority: DE
Inventors: Andrew G Bachmann; Robert E Batson
Original assignee: Henkel Loctite Corp
Current assignee: Henkel Loctite Corp
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1972-09-27
Publication date: 1973-04-12
Also published as: NL7213017A; IT966072B; AU4629172A; NL178795B; DE2247468C3; CH594145A5; AU455198B2; BR7206695D0; US3814156A; SU458992A3; CA985577A; JPS4841155A; JPS5246339B2; FR2155342A5; NL178795C; SE392510B; BE789328A; GB1402907A; DE2247468B2

Description

Die Erfindung "betrifft mit Gewinde versehene Befestigungsorgane, ein Begriff, der alle mit Schraubengewinde versehenen Erzeugnisse umfasst, die an einem dazu passenden, Gewindegänge aufweisenden zweiten Erzeugnis befestigt werden können. Der Aasdruck umfasst Erzeugnisse mit Aussen- und mit Innengewinde. Die mit Gewinde versehenen Organe können praktisch aus jedem beliebigen festen, verformbaren Stoff bestehen; vorwiegend bestehen sie jedoch aus Metall. Die üblichsten Anwendungsgebiete sind mit Gewinde versehene Befestigungsmittel und mit Gewinde versehene Rohre und Rohrfittings.

Bei der Verwendung von mit Gewinde versehenen Befestigungsorganon der oben beschriebenen Art liegt eine Schwierigkeit darin, dass en leicht zur Lockerung durch Beanspruchung oder durch Schwingungen kommt. Zur Bcoeitigung dieser Schwierigkeiten sind '/,ahlloso mechanische Vei-rio^olu/i^ninittol odor -vor-

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richtungen verwendet worden. Typische Beispiele dafür sind Sicherungsscheiben und Gewindeverforraungsmittel. Diese Vorrichtungen und Mittel sind zwar für gewisse Anwendungszwecke brauchbar, weisen aber immer noch die Nachteile vieler Gewindeaggregate auf, die nicht von ihnen Gebrauch machen. Ferner sind diese mechanischen Mittel nicht imstande, eine Abdichtung gegen unter Druck stehende Flüssigkeiten und Gase zu bewirken, so dass man seine Zuflucht zu äusseren Abdichtungsvorrichtungen nehmen muss.

Man hat bereits Versuche gemacht, diese Schwierigkeiten dadurch zu beseitigen, dass man die mechanischen Mittel durch chemische Abdichtungs-, Verriegelungs- bzw. Sperrmittel ersetzt hat, die bei den zueinander passenden Gewindepaaren Abdichtungen oder Bindungen der miteinander in Berührung stehenden Oberflächen ausbilden. Ein typisches Beispiel} das aus der USA-Patentschrift 3 061 455 bekannt ist, ist die Anwendung der beiden Bestandteile eines Zweikomponenten-HaftHiittels auf bestimmte Teile eines mit Gewinde versehenen Organs an solchen Stellen, dass es beim Zusammenschrauben zum Vermischen der beiden Bestandteile kommt. Die USA-Patentschriften 3 179 143 und 3 489 599 beschreiben die Verwendung von verkapselten Haft- oder Dichtungsmitteln in Form von Überzügen auf mit Gewinde versehenen Befestigungsorganen.

Die Verwendung dieser chemischen Überzüge hat aber ebenfalls zu erheblichen Schwierigkeiten geführt, die ihren Wert und ihre Einführung in die moderne Industrie begrenzt haben. Ein Hauptfaktor war das Verhalten der beschichteten Befestigungsorgane hinsichtlich der Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung. Bei Aggregaten, die von mit Gewinde versehenen Organen Gebrauch machen, wendet derjenige, der sie zusammenschraubt, bewusst oder unbewusst ein bestimmtes Drehmoment an, um festzustellen, wann das Gewindea^regat genügend "festgezogen" ist. Dies mag eine blocae Pr ag ο des Gefühls aiii" Grund der Erfahrung crjnes beistimmten Betriebs wann es sein, odor beim ce-

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naueren Arbeiten kann man von einem Drehmomentschlüssei Le-"brauch machen, um ein bestimmtes, berechnetes Drehmoment zur¹ Einwirkung su bringen.

Das Drehmoment, das auf ein mit Gewinde versehenes Organ zur Einwirkung kommt, ist nur insofern wichtig, als es ein Massfür die Spannung darstellt, die in Längsrichtung der Gewindestrecke einwirkt. Derjenige, der die beiden Teile zusammenschraubt, verwendet das auf ein mit Gewinde versehenes Organ zur Einwirkung kommende Drehmoment als Mittel zur Bestimmung der auf dieses Organ tatsächlich einwirkenden Festziehkraft. \^enn die Gewindegänge eines mit Norm alge winde versehenen -Organs teilweise oder vollständig mit einem chemischen Sperroder Dichtungsmittel gefüllt sind, kommt es häufig zu Änderungen in der Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung bei dem mit Gewinde versehenen Organ. Mit anderen Worten: Ein gegebenes Drehmoment erzeugt bei einem beschichteten Gewindeorgan einen wesentlich anderen Spannungswert als bei einem unbeschichteten Gewindeorgan.

So kann es vorkommen, dass die durch ein gegebenes Drehmoment zur Einwirkung gelangende Spannung stark erhöht wird, so dass sich das Befestigxmgoorgan oder die Gewindegänge desselben verzerren und der Gebrauchswert des Gewindeorgans vermindert oder .vernichtet wird. In fast allen lallen behindert das Haftoder Dichtungsmittel den Festsiehvbrgang wesentlich, und infolgedessen vird für ein gegebenes Drehmoment eine wesentlich niedrigere Spannung erzeugt. Ira Endergebnis resultiert daraus eine ungenügende Festziehkraft, und die zusammengehörigen Teile können dann viel leichter vibrieren, undicht v/erden, verschleissen usw. Zui" weiteren Erläuterung der Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung wird auf die ITormvor schrift "Industrial Fastener Institute Specification Wo. 101" verwiesen.

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ler Xrfind'ung liegt die Aufgabe zugrunde, Erzeugnisse zur Verfügung EU stellen, wit deren Hilfe Überzüge «em Verschliessen und Binden iron Sewindeaggregaten hergestellt werden können, die gegenüber den bisher bekannten wesentliche Vorteile aufweisen und das oben beschriebene Problem der Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung lösen.

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen wird die Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung, d.h. der Spannungsbetrag, der in einem mit Gewinde versehenen, auf seine Sitzfläche aufgeschraubten Befestigungeorgan durch Einwirkenlassen eines gegebenen Drehmoments erzeugt wird, der Einfachheit halber als "Brehspannung" bezeichnet.

Gegenstand der Erfindung sind mit Gewinde versehene Befestigungsorgane, die auf mindestens einem Teil ihrer Gewindefläche einen Dichtungs- oder Bindebelag aufweisen und sich dadurch kennzeichnen, dass der Belag aus einem mikroverkapseltefi Haftmittel und einem die Drehspannung steuernden Mittel besteht, und dass die Drehspannung des so beschichteten Befestigungsorgans um nicht mehr als etwa 20 i» unter der Prehspannung des unbeschichteten Beiestigungsorgans liegt.

Gemäss einem anderen Merkmal bezieht sich die Erfindung auf ein mit Gewinde versehenes Befestigungsorgan, das auf mindestens einem Teil seiner Gewindefläche mit dem oben beschriebenen Belag beschichtet ist.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren ssur Herstellung der verbesserten, mit Gewinde versehenen Befestigungsmittel, welches darin besteht, dass man eine lösungsmittelaufschlämftung eines in einem lösungsmittel löslichen Bindemittels, eines in löBungsmittelunlöslichen Kapseln verkapeelten flüssigen Haftmittels und eines Mittels zur Steuerung der Drehspannung herstellt, die Aufschlämmung auf mindesten» einen Teil der Gewindefläche eines mit Gewinde versehenen. Befestigungs-

organs aufträgt und das Lösungsmittel verdampfen lässt. Hierbei -bildet sich ein mit Gewinde versehenes Befestigungsorgan mit einem Sperrüberzug, wobei jedoch die Drehspannung um nicht mehr als etwa'20 fi geringer ist als die Drehspannung des unbeschichteten, mit Gewinde versehenen Befestigungsorgans.

Zu den mit Gewinde versehenen Befestigungsorganen gehören im Rahmen der Erfindung alle Erzeugnisse, die mit Innen- oder Aussengewinde versehen sind, wobei die Gewindegänge dazu dienen, den betreffenden Gegenstand an einem zweiten Gegenstand zu befestigen, der dazu passende Gewindegänge aufweist. Die üblichsten, mit Gewinde versehenen Befestigungsorgane sind Schrauben, Schraubenbolzen, Stiftschrauben, Muttern und eine grosse Zahl von Spezialbefestigungsmitteln. Ferner gehören hierzu mit Gewinde versehene Rohre und verschiedene Rohrfittings, wie -Plansche, Muffen und Ventile, T-Stücke, Kniestücke usw. Ferner umfasst die Erfindung mit Gewinde versehene Röhren und dazugehörige Fittings der gleichen allgemeinen Art. Andere: mit Gewinde versehene Befestigungsorgane sind dem Fachmann geläufig. In Anbetracht der erfindungsgemäss erzielbaren Vorteile und der Beseitigung der bereits seit langem bestehenden Schwierigkeiten stellen beschichtete, mit Gewinde versehene Befestigungsorgane eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.

Werkstoffe für die mit Gewinde versehenen Befestigungsorgane sind im allgemeinen Metalle, gewöhnlich Stahl, Aluminium, Messing und verschiedene Eisenlegierungen} man kann jedoch'im wesentlichen jeden festen Werkstoff verwenden. Zum Beispiel erlangen Kunststoffrohre heutzutage in der Bauindustrie eine steigende Bedeutung, und die durch die Erfindung erzielte Drehmomentsteuerung ist hier von besonderem Vorteil, weil Kunststoffrohre durch hohe Drehmomente beschädigt werden können. Verschiedene Kunststoffe werden auch für mit Gewinde versehene Befestigungsorgane anderer Art verwendet.

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ν'-".Yf--VA"

Das zur Herstellung der beschichteten Organe gemäss der Erfindung verwendete Haftmittel kann, jedes der Verfcapselung zugängliche Haftmittel sein. Unter "Haftmittel" sind hier alle Zusammensetzungen zu verstehen, die zum Abdichten und/oder zum Binden verwendet werden können. In Anbetracht der heutigen Entwicklung der Verkapselungsmethoden kann man praktisch jedes beliebige Haftmittel verwenden. -

Verkapselungsmethoden für Haftmittel sind z.B. in den USA-Patentschriften 2 800 457 und 2 969 ,330 beschrieben. Weitere Verkapselungsmethoden finden sich im technischen Schrifttum und in anderen Patentschriften. In der Hegel haben verkapselte Haftmittel Teilchengrössen von etwa 10 bis 3000 μ, und alle derartigen Produkte können erfindungsgemäsa verwendet werden, wenn die Teilchen nicht so gross sind, dass sie sich für das Auftragen auf mit Gewinde versehene Teile nicht mehr eignen. Eine typische mittlere Teilchengrösse für die Mikrokapseln liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 25 bis 750 μ, insbesondere von etwa 50 bis 500 μ. .

Es ist ein Merkmal solcher mikroverkapselter Produkte, dass die Wandungen der Mikrokapseln so zerbrechlich sind, dass in einer auf das Gewinde eines Befestigungsorgans aufgetragenen Schicht beim normalen Zusammenschrauben eine erhebliche Anzahl von Kapseln zerbricht. Hierdurch wird das Haftmittel in Freiheit gesetzt.

Vorzugsweise verwendet man Haftmittel, die nach der Freigabe aus der Kapsel beim Zusammenschrauben erharten. Solche Mittel können in Form zweiteiliger Haftmittel gesondert verkapselt, sein. So können z.B. ein Epoxyharz und ein Härtungsmittel für dasselbe gesondert verkapselt sein, und das Gemisch aus den beiden Kapselsorten wird, wie nachstehend beschrieben, auf die Gewindegänge aufgebracht. Beim Zusammenschrauben werden die beiden Kapselarten zerbrochen, und die Flüssigkeiten mischen eich durch normale Diffusion und infolge des weiteren Zusam-

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menschraubens der zusammengehörigen $eile. Zu diesem Zeitpunkt findet eine chemische Reaktion statt, und das Haftmittel erhärtet in der beabsichtigten Weise.

Andere ähnliche Haftmittel, die in der gleichen Weise verwendet werden können, sind zweiteilige Harnstoff-Formaldehyd-Haftmittel und zweiteilige Polyurethan-Haftmittel. Ein weiteres geeignetes Haftmittel ist ein zweiteiliges Mittel, dessen einer Teil eine verkapselte, reaktionsfähige, monomere Vinylverbindung, wie ein ungesättigter Polyester, und dessen -anderer Teil ein verkapselter Polymerisationsinitiator, wie ein. organisches Peroxid, ist*

Vorzugsweise verwendet man jedoch erfindungsgemäss einteilige, anaerobe Haftmittel. Im Gegensatz zu den zweiteiligen Haftmitteln, deren Wirkung auf der chemischen Aktivierung durch Vermischen zweier Bestandteile beruht, bestehen die anaeroben Haftmittel nur aus einem Seil, nämlich einem Gemisch aus einem Monomeren und einem Polymerisationsinitiator» Das Gemisch erhärtet nicht, solange die Härtung durch die Anwesenheit von Sauerstoff gehemmt wird, Es wurde nun gefunden, dass diese Haftmittel sich einkapseln lassen und in diesem Zustande durch die Kapselwandungen hinduroh genügend Sauerstoff aufnehmen, um in unpolymerisierter flüssiger Form zu verbleiben. Da die Härtung beginnt, sobald Sauerstoff von dem Gemisch ferngehalten wird, wird dieses anaerobe Haftmittel bei seiner Freisetzung aus den Kapseln zwischen den zusammengehörigen Schraubengängen einer Mutter und eines Schraubenbolz^ens oder eines Rohres und eines Rohrfittings der Berührung mit atmosphärischem Sauferstoff entzogen, worauf in kurzer Zeit die Härtung beginnt.

Anaerobe Haftmittel sind in den USA-Patentschriften 2 895 950 und 3 218 305 beschrieben» Auch die oben erwähnte USA-Patentschrift 3 435 012 beschreibt anaerobe Haftmittel und deren Verwendung in raikroverkapselter Form auf mit Gewinde Versehenen Befestigungsorganen.

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Bas üblichste anaerobe Haftmittel ist ein Gemisch aus einem polymerisierbaren monomeren Acrylsäureester und einem organischen Hydroperoxid als Initiator. Die Menge des Initiators beträgt im allgemeinen etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent des Monomeren. Man kann auch andere Zusätze* wie PoüLymerisationsbeschleuniger, Polymerisationsinhibitoren» Verdicker, thixotrope Mittel, Farbstoffe usw.» beifügen«

Damit das Haftmittel für die meisten Anwendungszweeke zum Auftragen auf mit Gewinde versehene Befestigungsorgane im Sinne der Erfindung verwendbar ist, soll das Gemisch eine Flüssigkeit oder ein leicht .fliesefähiger Brei und vorzugsweise eine Flüssigkeit mit einer YiscositÜt biß etwa 30 000 cP sein. Ein bevorzugter Bereich für die Yiscosität liegt zwischen etwa 10 und 10 000 cP, insbesondere zwischen etwa 10 und 5000 cP. Innerhalb der oben angegebenen bevorzugten Bereiche fliesst das Haftmittel leichter und füllt die Zwischenräume zwischen den zusammengehörigen Gewindeteilen, so dass es eine bessere Bindung und Dichtung erzeugt.

Um die Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung (die Drehspannung) des beschichteten, mit Gewinde versehenen Befestigungsorgans ungefähr ebenso gross zu machen wie diejenige des unbeschichteten Befestigungeorgans, Verwendet man erfindungsgemäss als Teil der Beschichtung ein die Drehspannung steuerndes Mittel. Die Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung (die DrehBpannung) des beschichteten Befestigungsorgans soll um nicht inehr als etwa 20 $> geringer sein als diejenige des unbeschichteten Befestigungsorgans; vorzugsweise sollen die beiden Drehspannungen in beiden Richtungen um nicht mehr als 20 fo voneinander abweichen.

Das Mittel zur Steuerung der Drehspannung kann zwar als gesonderter Überzug auf das Haftmittel aufgetragen werden; dies stört jedoch häufig die Ausbildung einer Haft- oder Dichtungsbindung zwischen den zusammengehörigen Gewindeflächen. Vorzugsweise wird daher das Mittel zur Steuerung der Drehßpannung

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mit dem mikroverkapselt en Haftmittel gemischt und gleichzeitig in Form eines einzigen Überzuges aufgetragen. Ein "bevorzugtes Beschichtungsverfahren wird nachstehend im einzelnen "beschrieben.

Als Mittel zum Steuern der Drehspannung kann jeder geeignete Stoff verwendet werden, der ein Schmiervermögen zwischen den Metallflächen entwickelt. Da die meisten, mit Gewinde versehenen Befestigungsorgane Metalloberflächen haben, kann das Mittel zum Steuern der Drehspannung als ein Stoff bezeichnet werden, der in Form eines dünnen Films die Reibungskräfte zwischen sauberen, glatten Kohlenstoffstahloberfl'ächen beträchtlich herabsetzt. Vorzugsweise beträgt diese Reibungsverminderung mindestens etwa 25 $>, insbesondere mindestens etwa 50 $. TJm dem Verlust dieses Mittels aus dem Belag entgegenzuwirken, verwendet man als Mittel zum Steuern der Drehspannung vorzugsweise einen festen oder breiartigen Stoff. Häufig kann.man jedoch auch Flüssigkeiten verwenden. Wenn eine Flüssigkeit verwendet wird, kann sie ebenso wie das Haftmittel verkapselt sein.

Typische Beispiele für geeignete Mittel zum Steuern der Drehspannung sind die folgenden:

t. öl- oder wachsartige organische Stoffe von bekanntem Schmiervermögen, vorzugsweise Verbindungen mit Schmelzpunkten über etwa 38° C. typische Beispiele für geeignete Stoffe dieser Art sind wachsartige organische Garbonsäuren, Alkohole, Ester, Amide usw. mit mindestens etwa 8 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise etwa 10 bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül. Besondere Beispiele sind Metallseifen von Garbonsäuren, wie Kalium- oder Oalciumstearat und Kupferoleat. Eine andere Gruppe sind die Kohlenwasserstofföle und -wachse mit 10 bis 40 Kohlenstoffatomen im Molekül, wie Petrolatum und Paraffinwachs. Man kann auch natürliche oder modifizierte pflanzliche Öle und Wachse verwenden.

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Vorzugsweise beträgt der Schmelzpunkt dieser wachsartigen organischen Feststoffe mindestens etwa 52 C.

2. Pulverförmiger Kohlenstoff i|i amorpher Form oder als Graphit. Meist wird in diesem Sinne Graphitpulver oder larapenruss verwendet.

3. Weiche Metallschuppen oder -pulver. Typische Beispiele sind Pulver oder Schuppen aus Aluminium oder Kupfer. Diese Stoffe werden besonders bevorzugt, weil sie überraschende "sichtbare" Vorteile (Farbe und Reflexionsvermögen) ergeben, die sich schon bemerkbar machen, wenn das betreffende Metall in geringer Konzentration in dem Überzug enthalten ist.

4. Pulver- oder schuppenförmige thermoplaetische foXyiperl.sate. Typische Beispiele hierfür sind pulverförmig© !.Kohlenwasserstoff- und Halogenkohlenwasserstoffpolymerisate, wie Polyäthylen und Polytetrafluoräthylen. Anfere geeigi|fte thermoplastische Stoffe sind Polyäther, wie Polfathyienoxid und Polypropylenoxid, Polyester, Polyamide und PoIyurethe,ne.

5. Feinteilige anorganische Pulver. Typische Beispiele hierfür sind Molybdändisulfid, Bornitrid und kolloidaler Glimmer.

Von den obigen Mitteln werden die unter Ziffer 1 bis 4 aufgeführten bevorzugt.

Um die Produkte gemäss der Erfindung herzustflleii, kann man eich jedes Besehichtungsverfahrens bedienen, (l4p sieh »um Auftragen eines Überzugs aus mit dem Haftmittel und äeia Mittel «um Steuern der Drehspannung gefüllten Mikrokapsel» auf die Gewindegänge des Befestigungaorgans eignet. Ils besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, nach einen Vpffaiareii pu arbeiten, bei dem eine flüssige oder breiartige li»fs.iihliW|flun,g. der

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obigen beiden Bestandteile in einem Lösungsmittel in Kombination mit einem in dem Lösungsmittel löslichen Bindemittel hergestellt wird, welches nach dem Verdampfen des Lösungsmittels einen einheitlichen,Überzug auf den Gewindegängen bildet. Die vorteilhaftesten Mittel sind in Lösungsmitteln lösliche natürliche oder synthetische, filmbildende Polymerisate. Solche" Stoffe bilden dauerhafte Überzüge, in die das Haftmittel und das Mittel zum Steuern der Drehspannung eingebunden sind, die dabei aber trotzdem nicht so hart sind oder so abreibend wirken, dass sich Schwierigkeiten beim Zusammenschrauben der zusammengehörigen Teile ergeben.

Welches Bindemittel verwendet wird, richtet sich nach dem Lösungsmittel. Aus Gründen der Einfachheit, der leichten Handhabung und Reinigung, und um die Verwendung schädlicher oder gefährlicher Lösungsmittel zu vermeiden, werden wässrige Aufschläramungen bevorzugt. Typische wasserlösliche Bindemittel sind Polyvinylalkohol, Copolymerisate aus Styrol und Maleinsäureanhydrid sowie tierische oder pflanzliche Leime oder Harze, wie Gelatine oder Leim.

Auch organische Lösungsmittel können verwendet werden; typische Beispiele dafür sind chlorierte Lösungsmittel, wie Trichloräthylen, Trichloräthan und Methylenchlorid, Chlorfluorkohlenwasserstoffe, wie Monofluortrichloräthylen und Dichlordifluoräthylen, Kohlenwasserstoffe, wie Hexan und Pentan, Alkohole, wie Äthanol und Isopropanol, sowie Lacklösungsmittel, Wie Toluol, Methyläthylketon und Benzol. Typische Beispiele für Bindemittel, die in einem oder mehreren der genannten organischen Lösungsmittel löslich sind, sind Firnisse oder Harze auf Teerbasis sowie thermoplastische Polymerisate, wie Celluloseacetat-butyrat, Polyvinylacetat, Polyester von Diolen und Dicarbonsäuren, Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral oder -formal, Epoxide, Polyamide und Kohlenwasserstoffharze, wie Polyterpene,

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Der Anteil an Bindemittel in der Aufschlämmung richtet sich nach der Art des jeweiligen Systems, des jeweiligen Bindemittels und dem Gehalt der Aufschlämmung an■ Haftttittelttikrokapeeln und an dem Mittel zum Steuern der Drehspannung* Allgemeine Bereiche für den Binderaittelanteil liegen «wischen etwa 0,3 und 25 Gewichtsprozent des Lösungsmittels* Ibeneo variiert der Anteil an Haftmittelmikrokapselh mit dem jeweiligen System; er soll jedoch so berechnet werden, dass beim Aufbringen auf die Gewindegänge genug Haftmittel vorhanden ist, um beim Gebrauch eine gute Haftung zu erzielen» VorjBUgeweise sollen das Haftmittel und andere Zusätze nach dem tfrdampfen des Lösungsmittels die Gewindefüsse im wesentlichen füllen. Ein typischer Bereich für den Gehalt der /aufschlämmung an Haftmittelkapseln liegt zwischen etwa 20 und 100 Gewichtsprozent des Lösungsmittels.

Die Menge des Mittels zum Steuern der Drehspannung, pichtet eich nach dem jeweiligen Mittel und den übrigen Bestandteilen, soll aber so gross sein, dass die DrehspannuEg auf fin Minimum Von 80 io derjenigen des unbeschichteten Befestiguiigeorgans herabgesetzt wird. Ein typischer allgemeiner Bereich für den Gehalt der Aufschlämmung an Mitteln zum Steuern der Drehspannung beträgt etwa 0,1 bis 20 Gewichtsprozent des iiÖsuHgsmittels.

Durch ein Mindestmass an Eoutineversuchen geliiagt eS dem Fachmann leicht, die Mengen der Bestandteile so aufeinander abzustimmen, dass die Erzeugnisse gemäss der Erfinchjuag «Aalten werden. Gegebenenfalls kann man weitere Bestandteile, wie Farbstoffe, fluoreszierende Stoffe usw., «uaetzen» Han kann das mit Gewinde versehene Organ auch vorbeechicht.en und/oder nachbeschichten, um weitere Vorteile zu erzielen. Zum Beiooiel kann aus Gründendes Aussehens und zum Schutz ein 3)eckbelag vorteilhaft sein.

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Die Aufschlämmung kann auf die Schraubenbolzen nach den verschiedensten herkömmlichen Verfahren, auch mit automatischen BeSchichtungsanlagen, durch Eintauchen des Gewindes in die Aufschlämmung oder durch Aufstreichen der Aufschlämmung auf die Gewindegänge aufgetragen werden. Me Menge der auf die Befestigungsorgane öder die sonstigen mit Gewinde versehenen Organe aufzutragenden Aufschlämmung liegt in der Wahl des Fachmanns, vorausgesetzt dass genügend Haftmittel und Mittel zum Steuern der Drehspannung auf das Befestigungsorgan aufgetragen werden, um die obengenannten Wirkungen zu erzielen.

Es hat sich gezeigt, dass die so beschichteten, mit Gewinde versehenen Organe als ausgezeichnete Dichtungs- oder Sperrvorrichtungen wirken. Sie lassen sich leicht unter Einwirkung eines nur geringen Drehmoments zusammenschrauben und "bilden schnell dauerhafte Aggregate, wenn das Haftmittel erhärtet.. Ein weiterer überraschender Vorteil liegt in der "V/iederverwendung"; denn wenn die Teile nach dem Auseinanderschrauben wieder zusammengeschraubt werden, bildet sich wieder eine Sperr- oder Dichtungskraft aus. Es wurde gefunden, dass die Teile mehrmals, z.B. fünfmal, wiederverwendet werden können.

Beispiele

In den folgenden Beispielen beziehen sich, falls nichts anderes angegeben ist, alle Mengen- und Verhältniszahlen auf das Gewicht. Die Zahlenwerte stellen Mittelwerte aus verschiedenen Prüfergebnissen, meist aus drei Untersuchungen,

Als mit Gewinde versehene Organe werden in den folgenden Beispielen normale Muttern und Schraubenbolzen (3/8-16 UIP Grade 5) verwendet. Die Schraubenbolzen bestehen aus Stahl und sind in der üblichen Weise mit Phosphat und Öl beschichtet. Als Haftmittel dient ein mikroverkapseltes anaerobes Haftmittel der folgenden Zusammensetzung:

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Polyäthylenglykoldimethacrylat 96,3 i»

Cumolhydroperoxid 3_f0 i>

Dimethyl-p-toluidin 0,3 $>

Benzoesäuresulfimid 0,4 $

Chinon 100 Gewichtsteile

je Million.

Die Verkapselung wird nach dem allgemeinen Verfahren der USA-Patentschrift 2 800 457 durchgeführt, indem man zunächst eine Dispersion von winzigen Tröpfchen des anaeroben Mittels in Wasser unter starkem Rühren herstellt. Dann setzt man zu der wässrigen Phase wasserlösliche Gelatine zu und "bringt die Gelatine durch Ziisatz eines sauren Stoffes zur Zusammenlagerung um die Oberfläche der Tröpfchen des anaeroben Mittels herum. So erhält man winzige Tröpfchen des anaeroben Haftmittels, die in eine dünne Gelatinehülle eingekapselt sind. Man lässt die Gelatinewandungen erhärten, entfernt die Kapseln dann aus der wässrigen Aufschlämmung und trocknet sie. Die Kapseln können nunmehr den in den folgenden Beispielen be- -schriebenen Beschichtungsaufsehlämmungen zugesetzt werden.

Beispiel 1

6 Gewichtsprpzent Polyvinylalkohol als Bindemittel werden zusammen mit 1 Gewichtsprozent Xanthanharz als Verdicker in Wasser gelöst. Durch Zusatz von SO Gewichtsteilen dec oben beschriebenen mikroverkapselten anaeroben Haftmittels zu 100 Gewichtsteilen dieses wässrigen Gemisches stellt man eine Beschichtungsaufschlämnmng her. Ein Teil dieser Aufschlämmung wird derart auf die Schraubenbolzen aufgetragen, dass die Gewindefüsse des gesamten, mit Gewinde versehenen Teils der Scfyreibenbolzen im wesentlichen gefüllt werden. Dann lässt man das Wasser verdunsten, und es hinterbleibt ein dauerhafter Überzug aus dem mikroverkapselten anaeroben Haftmittel auf den Gewinden der Bolzen.

Ein anderer Teil- der Aufschlämmung wird mit 1 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylenpulver versetzt. Diese das Polytetra-

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fluoräthylen enthaltende Aufschlämmung wird dann zum Beschichten einer weiteren Reihe von Bolzen verwendet. Ein weiterer Teil der Aufschlämmung wird mit 1,0 Gewichtsprozent ausserst feinem Aluminiumpulver und 1,0 Gewichtsprozent feingepulvertem Graphit versetzt. Auch die so abgeänderte Aufschlämmung wird auf eine Reihe von Schraubenbolzen, wie oben beschrieben, aufgetragen.

Dann wird die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Spannung (die Drehspannung) an den beschichteten Schraubenbolzen nach dem "Industrial Fastener Institute Test" der Norm 101, Abschnitt 3, bestimmt, wozu die vorgeschriebene Drehmoment-Spannungsvorrichtung nach Skidmore-Wilhelm verwendet wird. Die Spannung in den Schraubenbolzen wird bei Drehmomenten von 1,38, 2,77, 4,15 bzw. 5,53 mkg bestimmt. Die Ergebnisse sind die folgenden:

Angewandtes

Drehmoment,

mkg

1,38
2,77
4,15
5,53

Tabelle I

Spannung in den Schraubenbolzen, kg/cm'

Unbeschichtet

105,5 239,0 351,5 492,1

Mit Haftmittel beschichtet

- 84,4 189,8

253,1 .365,6

Mit Haftmittel und Polytetra-, fluoräthy-

schichtet

105,5 239,0 376,6 527,3

Mit Haftmittel, Aluminium und Graphit beschichtet

• 98_r4 239,0^- 365,6 527,3

Beispiel 2

Ein weiterer Ansatz der gleichen Art von Schraubenbolzen wird für einen anderen Versuch gemäss dem oben erwähnten "Industrial Fastener Institute Test" verwendet» Bei diesem Versuch wird die Spannung bei einem Drehmoment von 5,53 mkg bestimmt, da ein Drehmoment von dieser Gröose bei Bolzen dieser Art üblich

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ist und daher einen geeigneten Punkt «ttr' Meeeung, der Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung darstellt. Die unbehandelten Bolzen ergeben eine Spannung von 569>4 kg/oni l»ti eine« Drehmoment von 5,53 mkg. Eine Beine dieser Bollen wird mit der in Beispiel 1 beschriebenen Aufschlämmung dee roikroferkapselten Haftmittels beschichtet, der kein Mittel euro Steuern der Drehspannung beigefügt wird.

Zu anderen Ansätzen der Aufschlämmung werden verschiedene Mittel zum Steuern der Drehspannung zugesetzt, und eine jede Aufschlämmung wird dann zur Beschichtung der in Beispiel 1 beschriebenen Schraubenbolzen verwendet. Man lässt die beschichteten Schreibenbolzen übernacht stehen, damit das Wasser verdunsten kann und sich auf den Gewinden einfester Belag bildet. Die verschiedenen Reihen von Schraubenbolzen werden dann bei einem Drehmoment von 5,53 mkg untersucht, u» die in den Bolzen erzeugte Spannung zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammen mit der Art und Menge (in

s ■■■"■'■■

Gewichtsprozent) der zu den Aufschlämmung^ vor dem Beschichten zugesetzten Mittel angegeben. (Alle Schraubenbolzen werden vor der Untersuchung mit einer 5-prozentigen Losung von Leichtöl in Hexan als Eostinhibitor beschichtet.)

Tabelle II ' ' ■.

Spannung bei Drehmoment von Probe Mittel zum Steuern der Drehspannung 5»53 mkg, kg/cm^

1 keines - unbehandelt 569,4

2 keines - nur Haftmittelschicht 400,7

3 1 fo Graphit . 576,5

4 3 # Graphit 632,7

5 1 ^cp Polytetrafluoräthylen 576,5

6 1 i° Molybdändisulfid 457,0

7 1 i° Kaliumstearat 562,4

8 2 $> Kaliumstearat 597,6

9 1 Io Aluminium + 1 fo "Carbov/ax"* 56?,/} ■

10 3 ^C/'^J Ammoniumsalz einer, Cop^lyDicrisats aus Styrol und MaleJmjäuro.-mhydrid** 562,4

3 0 9 815/107 Ib/^D ORIGINAL

Anmerkungen zu Tabelle Ht . _;

* Polyoxyäthylen; mittleres Molekulargewicht 20 000. ** Bei der Probe Nr. 10 enthält die Aufschlämmung nicht 6 fo, sondern nur 3 °[<> Polyvinylalkohol.

Beispiel 3

Ein dritter Ansatz der oben beschriebenen Stahlschraubenbolzen wird in einem ähnlichen Versuch verwendet, wie er in Beispiel 1 und 2 beschrieben ist. Bei diesem Versuch wird eine Reihe von Schraubenbolzen in unbehandeltem Zustande verwendet. Eine andere Reihe von Bolzen wirdgemäss Beispiel 1 mit der Grundaufschlämmung aus dem mikroverkapselten anaeroben Haftmittel beschichtet, die ausserdem 1 Gewichtsprozent feinteiliges Aluminiumpulver und 0,6 Gewichtsprozent des für die· Probe 9 des Beispiels 2 verwendeten Polyoxyäthylens enthält. Eine dritte Reihe von Schraubenbolzen wird mit der gleichen Grundaufschlämmung beschichtet, die ausserdem 1 Gewichtsprozent feinteiliges Aluminiumpulver und 0,3 Gewichtsprozent feinteiliges Graphitpulver enthält. Nach dem oben erwähnten "Industrial Fastener Institute Test" wird die Beziehung zwischen Drehmoment und Spannung bei Drehmomenten von 1,38, 2,77, 4,15 bzw. 5,53 mkg bestimmt. Die Ergebnisse sind die folgenden:

	Ta	belle III	Mit Haftmittel, Aluminium und Graphit be beschichtet
	Spannung		116,0 288,2 428,8 580,0
Angewandtes Drehmoment, mkg	Unbe- schichtet	2 in den.Schraubenbolzen, kg/cm
1,38 2,77 4,15 5,53	101,9 267,1 397,2 562,4	Mit Haftmittel, Aluminium und Polyoxyäthylen beschichtet
87,9 225,0 358,5 · 499,1

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Um den Wert der beschichteten Schraubenbolzen für typische Anwendungszwecke aufzuzeigen, werden Proben einer jeden Reihe beschichteter Schraubenbolzen dieses Beispiels in durch Versuchsblöcke gebohrte Löcher eingesetzt und mit passenden Muttern versehen. Hierbei wird festgestellt, dass sich die passenden Muttern auf den beschichteten Teil der Schraubenbolzen ohne Anwendung eines Mutternschlüssels oder sonstigen Werkzeugs von Hand aufschrauben lassen. Dann werden die Muttern mit einem Drehmomentschlüssel an den Versuchsblöcken festgezogen. In jeder Versuchsreihe wird ein Teil der Schraubenbolzen beim Festziehen der Muttern mit einem Drehmoment von 138 cm«kg, ein zweiter Teil mit einem Drehmoment von 276,5 cm.kg und ein dritter Teil mit einem Drehmoment von 415 cm.kg beaufschlagt. Dann überlässt man alle Proben 24 Stunden bei Raumtemperatur sich selbst, worauf man da3 "Loslöse"-drehmoment und das "vorherrschende" Drehmoment bestimmt. Das Loslösedrehmoment ist der Betrag an Drehmoment, der auf die Mutter einwirken muss, um die erste Relativbewegung zwischen Mutter und Bolzen auszulösen. Das vorherrschende Drehmoment ist das mittlere Drehmoment, welches erforderlich ist, um eine Umdrehung der Mutter in Beziehung auf den Schraubenbolzen zu bewerkstelligen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle IV und zeigen, dass die mit Gewinde versehenen Befestigungsorgane geroäss der Erfindung imstande sind, dauerhafte Sperrkräfte in Gewindeaggregaten hervorzurufen.

■Tabelle

IV

Mit Haftmittel, Aluminium und Polyoxyäthylen beschichtet

Beschichtet mit Haftmittel, Aluminium und Graphit

	Loslöse	Vorherr	Loslöse	Vorherr
Festzieh-	dreh	schendes	dreh	sch end es
dreh-	moment,*	Drehmo	moment,	■ Drehmo
rnoment,	cm »kg	ment,	cm »kg	ment,
cm «kg	150	cm-kg	173	cm «kg
138	225	23	259	52
276,5	294	29	311	52
415	23	52

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Claims

Pa t ent ans ρ r ü ch e

1, Mit Gewinde versehenes Befestigungsorgän, das auf mindestens einem Teil seiner Gewindefläche einen Dichtungsoder Bindebelag aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag aus einem mikroverkapselten Haftmittel und einem die Drehspannung steuernden Mittel besteht, und dass die Drehspannurig des so beschichteten Befestigungsorgans um nicht mehr als 20 <fo unter der Drehspannung des unbeschichteten Befestigungsorgans liegt.

2, Befestigungsor'gan nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet·, dass das Haftmittel ein anaerobes Haftmittel ist.

3, Befestigungsorgan nach Anspruch 2,, dadurch gekennzeichnet, dass das anaerobe Haftmittel aus einem polymerisierbaren monomeren Acrylsäureester sowie einem als Polymerisationsinitiator wirkend en Hydroperoxid in.Mengen von 0,5 bis etwa 10 Gewichtsprozent besteht.

4·. Befestigungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroverkapselte Haftmittel eine mittlere Teilchengrösse von etwa 25 bis 750 μ aufweist.

5. Befestiguiigsorgan nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftmittel eine Flüssigkeit mit einer Viscosität von etwa 10 bis 10 000 Centipoise ist.,

6. Befestigungsorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da-ss das die -Drehspannung steuernde Mittel befähigt ist,

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die Reibungskräfte zwischen Stahloberflächen um mindestens etwa 25 $> herabzusetzen.

7. Befestigungsorgan nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dass die Drehspannung des beschichteten Befestigungsorgans um nicht mehr als etwa 20 # von der Drehspannung des unbeschichteten Befestigungsorgans abweicht.

8. Befestigungsorgari nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mit Gewinde versehenes Befestigungsmittel ist.

9. Mit Gewinde versehenes Befestigungsorgan, dadurch gekenn- . zeichnet, dass mindestens ein Teil der Gewindefüsse desselben im wesentlichen mit einem Überzug aus einem mikroverkapselten Haftmittel und einem die Drehspannung steuernden Mittel gefüllt ist, und dass die Drehspannung des mit dem Überzug versehenen Befestigungsorgans um nicht mehr als 20 $ niedriger ist als diejenige des unbeschichteten Befestigungsorgans.

10. Befestigungsorgan nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass das mikroverkapselte Haftmittel eine mittlere Teilchengrösse zwischen etwa 25 und 750 μ aufweist und das die Drehspannung steuernde Mittel ein fester oder breiförmiger Stoff ist, der zwischen Metallflächen Schiniervermögen aufweist.

11. Befestigungsorgan nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Drehspannung steuernde Mittel aus

A) einer öl- oder wachsartigen organischen Verbindung,

B) pulverförmiger amorphem Kohlenstoff oder pulverförmigern Graphit,

C) weichen Ilotallocliuppen oder weichem Metallpulver,

D) pulver- oder schuppenförrnigen thermoplastischen Polymerisaten oder

E) einem feinteiligen anorganischen Pulver

besteht.

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12. Befestigungsorgan nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, "dass das Haftmittel ein anaerobes Haftmittel ist, welches aus einem polymerisierbaren monomeren Acrylsäureester und einem als Polymerisationsinitiator wirkenden organischen Hydroperoxid in Mengen von etwa 0,5 bis 10 Gewichtsprozent besteht.

13. Befestigungsorgan nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein mit Gewinde versehenes Befestigungsmittel ist.

14. Verfahren zur Herstellung von mit Gewinde·versehenen Befestigungsorganen gemäss Anspruch 1 bis 13» dadurch gekenn-> zeichnet, dass man eine Lösungsmittelaufschlämmung eines in einem Lösungsmittel löslichen Bindemittels, eines in lösungsmittelunlöslichen Kapseln verkapselten flüssigen Haftmittels und eines. Mittels zur Steuerung der Drehspannung herstellt, die Aufschlämmung auf mindestens einen leil der Gewindefläche eines mit Gewinde versehenen Befestigungsorgans aufträgt und durch Verdampfenlassen des Lösungsmittels ein mit Gewinde versehenes Befestigungsorgan mit einem Sperrüberzug herstellt, dessen Drehspannung um nicht mehr als etwa 20 $ geringer ist als diejenige des unbeschichteten, mit Gewinde versehenen Befestigungsorgans.

15. Verfahren nach Anspruch 14_? dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Wasser und als Bindemittel ein filmbildendes thermoplastisches Polymerisat verwendet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass· man als Bindemittel Polyvinylalkohol und als die Drehspannung steuerndes Mittel einen festen oder breiartigen Stoff verwendet, der zwischen Metallflächen Schmiervermögen aufweist.

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17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch geteeimefichiiet, dass man ein eingekapseltes Haftmittel mit einer mittleren Teilchengrösse von etwa 25 "bis 750 μ verwendet»; WQÜei der Kapselinhalt aus einem flüssigen anaerotoen Haftmittel in Form einea polymerisierbaren monomeren Aorylsöttreeeters und eines als Polymerisationsinitiator wirkenden Hydroperoxide besteht.

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