DE2251061B2 - Wiederverwendbares und ganzmetallisches selbstsicherndes Befestigungselement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Wiederverwendbares und ganzmetallisches selbstsicherndes Befestigungselement und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein wiederverwendbares und ganzmetallisches selbstsicherndes Befestigungselement
mit einem axial sich erstreckenden Gewindeteil, der mit einem komplementären, ein passendes Gewinde aufweisenden
Gewindeelement zusammenschraubbar ist und eine festhaftende metallische, schwammig poröse und in
radialer Richtung erhabene Metallauflage trägt, die mit dem komplementären Befestigungselement zusammenwirkt.
In der mit der DE-OS 22 11 138 offengelegten älteren
Patentanmeldung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Abdeckschicht durch Besprühen mit geschmolzenem
Metall auf einen zuvor gereinigten Teil eines Gewindes beschrieben, bei dem auf diese Weise ein
selbstsicherndes Befestigungselement erzeugt wird. Die selbstverriegelnden, d. h. Sicherheit ergebenden Eigenschaften
werden dadurch erzielt, daß ein Bereich des Gewindeteile des Befestigungsteiles zunächst gereinigt
und sodann mit einem geschmolzenen Metall derart besprüht wird, daß sich ein verhältnismäßig schwammiger
poröser metallischer Auftrag ergibt. Die auf diese Weise hergestellten gesicherten Befestigungselemente
haben sich an sich hervorragend bewährt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die selbstverriegelnden Eigenschaften
noch verbessert und die Herstellungskosten solcher Befestigungselemente noch gesenkt werden können.
Aus der FR-PS 4 64 504 ist eine selbstsichernde Schraube bekannt, bei der eine sich im wesentlichen
über das ganze Gewinde erstreckende Beschichtung aus Weichmetall, beispielsweise Blei, aufgebracht ist. Durch
das aufgebrachte Weichmetall wird der Durchmesser des Schraubgewindes soweit vergrößert, daß die
Schraube in dem zugehörigen Gewindeloch klemmt. Da jedoch das Weichmetall über fast die gesamte
Gewindelänge aufgetragen ist, ist ein tiefes Eindrehen der Schraube in das zugehörige Gewindeloch unnötig
erschwert, da sie immer stärker in dem Gewindeloch klemmt, je tiefer sie eingedreht wird. Außerdem muß
das Weichmetall in den Gewindegängen entsprechend zur Seite fließen, was wiederum die Kräfte beim
Einschrauben erheblich erhöht.
Schließlich weisen Weichmetalle, wie beispielsweise Blei, sehr niedrige Rekristallisationstemperaturen auf,
so daß bei höheren Temperaturen die Selbstsicherungseigenschaften verloren gehen.
Aus der US-PS 35 79 684 ist ein Verfahren zur Herstellung einer selbstsichernden Schraube bekannt,
bei dem in einem Gewindeabschnitt der Schraube zunächst ein thermoplastischer Haftgrund aufgebracht
wird, auf den anschließend ein thermoplastischer Kunststoff aufgetragen wird.
Die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes schränkt den Arbeitsbereich für eine solche
selbstsichernde Schraube erheblich ein, weil bei zu tiefen Temperaturen der Kunststoff spröde wird,
während er bei erhöhten Temperaturen erweicht, so daß in beiden Fällen keine gute Sicherungseigenschaft
mehr gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein ganzmetallisches selbstsicherndes Befestigungselement zu schaffen,
das bei guten Sicherungseigenschaften in einem großen Temperaturbereich leicht zu montieren und mehrfach
zu verwenden ist
Zur Lösung dieser Aufgabe ist dar. erfindungsgemäße
ganzmetallische selbstsichernde Befestigungselement durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Befestigungselementes ist Gegenstand des Anspruches
9.
Das selbstsichernde, einen Gewindeteil aufweisende Befestigungselement trägt eine aus zwei Schichten aus
verschiedenen Materialien zusammengesetzte Metallauflage, die von hohen Temperaturen und organischen
Medien nicht beeinträchtigt wird; im Vergleich zu einlagigen Metallauflagen und zu Kunststoffen oder
-harzen verfügt sie über wesentlich bessere Wiederverwendungseigenschaften.
Die Haftung der zusammengesetzten Metallauflage auf dem Befestigungselement ist deshalb hervorragend,
weil die erste Schicht hinsichtlich ihrer Hafteigenschaften auf dem Material des Befestigungselementes
gewählt und die zweite Schicht auf die erste Schicht zu einem Zeitpunkt aufgetragen wird, zu dem die erste
Schicht eine gute Haftfähigkeit aufweist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es ze, nl
F i g. 1 ein Metallbefestigungsclement mit Sicherung
gegen Losdrehung gemäß der Erfindung in perspektivi- jo
scher Darstellung,
F i g. 2 das Befestigungselement nach F i g. 1 geschnitten längs der Linie 2-2 der F i g. 1 in der Draufsicht und
in einem anderen Maßstab,
F i g. 3 das Befestigungselement nach F i g. 1 geschnitten längs der Linie 3-3 der F i g. 3 im Ausschnitt in einer
Seitenansicht und in einem anderen Maßstab und
F i g. 4 eine Einrichtung zum Auftragen eines zusammengesetzten Metallbereiches an mehreren Stationen
mittels eines Sprühvorganges in perspektivischer, schematischer Darstellung.
In Fig. 1 ist ein eine Sicherung gegen Losdrehen aufweisendes Befestigungselement dargestellt, das eine
Gewindeschraube 10 üblicher Form aufweist, die mit einem Kopfteil 11, einem Gewindeteil 12 und einer auf
einen vorbestimmten Flächenbereich des Gewindeteils 12 aufgebrachten, zusammengesetzten Metallauflage 13
besteht.
Wie aus F i g. 3 zu ersehen, besteht die zusammengesetzte Metallauflage 13 aus einer Unterschicht 14 eines
metallischen Materials und einer Oberschicht 15 metallischen Materials; sie bedeckt den Gewindegrund
16, die schrägliegenden schraubenförmig verlaufenden Auflageflächen 18 und die Scheitelbereiche 20 in einem
Gebiet des Gewindeteiles 12. Die zusammengesetzte Metallauflage 13 ist bezüglich der Länge des Gewindeteils
12 derart angeordnet, daß sie zwischen dem Gewindeteil 12 und den mit diesem zusammenwirkenden
Gewindegängen eines komplementären Elements, mit dem die Schraube 10 verschraubt wird, elastisch 6u
deformiert wird, s<t daß ein erhöhter Reibungswiderstand gegen unbeabsichtigtes Lösen der Verschraubung
zwischen der Schi'aube 10 und den: komplementären Element erzielt wild. Das Material der Unterschicht 14
ist vorzugsweise ähnlich jenem der Schraube 10. Das b5
Material der Oberschicht 15 ist unterschiedlich zu dem Material der Schicht 14; es weist einen kleineren
Elastizitätsmodul auf als das Material der Schicht 14.
Wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen, erstreckt sich die freiliegende Fläche der zusammengesetzten
Metallauflage 13 in einer im wesentlichen gleichmäßigen konvexen Kurve von einer radialen Ebene 22 bis zu
einer anderen radialen Ebene 24. Der zwischen den Ebenen 22, 24 eingeschlossene Winkel »A« ist
vorzugsweise größer als 90° und kleiner als 180°. Die radiale Stärke der Metallauflage 13 ist im wesentlichen
in der Mitte zwischen den Ebenen 22,24 am größten; sie
nimmt mit der Annäherung an die begrenzenden radialen Ebenen 22,24 stetig ab. Die freiliegende Fläche
der Metallauflage 13 schließt mit Vorzug lediglich einen kleinen Winkel mit einer bei den begrenzenden
Radialebenen 22, 24 an die Gewindefläche angelegten Tangente ein. Sie sanft auslaufende Gestaltung der
Metallauflage 13 ist deshalb wichtig, weil sie ein leichtes Einschrauben der Schraube 10 in ein komplementäres
Element gestattet, während gleichzeitig ein erhöhter Widerstand gegen unbeabsichtigtes Lösen der Verschraubung
vorhanden ist Wenn auch die Metallauflage, wie in Fig. 1 veranschaulicht, eine im wesentlichen
rechteckige Umrißgestalt aufweist, so ist doch darauf hinzuweisen, daß auch andere Umrißgestaltungen
vorgesehen werden können.
Bei dem Herstellungsverfahren werden der ganze Gewindeteil 12 oder ein ausgewählter Bereich des
Gewindeteils 12 des Befestigungselementes 10 zunächst mit einem Reinigungslösungsmittel behandelt, wie etwa
Trichloräthylen oder Methyläthylketon, um damit alle lösbaren öle zu entfernen. Nach der Reinigung des
Befestigungselementes 10 wird ein erstes metallisches Material in einer ersten Schicht 14 auf den gereinigten
Teil in einem ersten Sprühvorgang aufgetragen. Das metallische Material der ersten Schicht 14 ist vorzugsweise
ein Metail oder eine Metallegierung ähnlich dem Material des Gewindeteiles 12 des Befestigungselementes,
welches bzw. welche im wesentlichen den gleichen Elastizitätsmodul wie das Material des Gewindeteiles 12
aufweisen kann Gute Ergebnisse wurden durch den Auftrag eines metallischen Materials wie Kohlenstoffstahl
auf einem Kohlenstoffstahl —Befestigungselement
erzielt.
Hierauf wird ein zweites metallisches Material in einer zweiten Schicht 15 auf das metallische Material
der ersten Schicht 14 in einem zweiten Sprühvorgang aufgetragen, um damit die zusammengesetzte Metallauflage
13 zu bilden. Das zweite metallische Material ist ein Metall oder eine Metallegierung, das bzw. die einen
Elastizitätsmodul aufweist, der kleiner ist als der des metallischen Materials der ersten Schicht 14. Die sich
ergebende resultierende Metallauflage 13 enthält somit eine Unterschicht 14 nächst dem Befestigungselement
12 aus dem ersten metallischen Material, zum Beispiel Stahl, und eine Oberschicht 15 aus dem zweiten
metallischen Material, zum Beispiel einer Kupferlegierung. Gute Ergebnisse wurden bei Verwendung von
Materialien wie Molybdän und Kupferlegierungen für die zweite Schicht bei Anwendungsfälle;i erzielt, bei
denen es sich um ein komplementäres, ein Gewinde aufweisendes Stahlbefestigungselement handelte.
Es ist zu bemerken, daß das metallische Material der zweiten Schicht 15 aus einer Gruppe von Materialien
ausgewählt wird, die gute Schmiereigenschaften im Zusammenwirken mit dem Material des komplementären
Elementes aufweisen und außerdem über gute Hafteigenschaften an dem Material der ersten Schicht
14 verfugen. Bei der bevorzugten Ausführungsform soll die Oberschicht 15 der zusammengesetzten Metallaufla-
ge 13 ein elastisches Material sein, das bei Berührung mit den komplementären Gewindegängen deformiert
wird. Eine Verformung der zusammengesetzten Metaliauflage 13 wird einer Verformung der komplementären
Gewindegänge vorgezogen.
Wie aus Fig.4 zu ersehen, geschieht der Sprühvorgang
mit zwei Flammensprühpistolen 26, 27. Die Schrauben 10 werden aufeinanderfolgend von einer
geeigneten, nicht dargestellten Fördereinrichtung mit ihrer Längsachse normal zu dem aus den Sprühpistolen
austretenden Strahlen und der Bewegungsrichtung der Schrauben an den Sprühpistolen 26, 27 vorbeibewegt.
Metallisches Material 14a, 15a wird in Drahtform in die Sprühpistolen 26, 27 eingeführt; es wird dort von den
Sprühnistolen zerstäubt, wobei Sprühstrahlen 146. 156
aus geschmolzenem metallischen Material gebildet werden. Die Sprühpistolen 26, 27 sind derart angeordnet,
daß der geschmolzene metallische Sprühstrahl 15f>
auf den Schraubenbolzen 10 unmittelbar nach dem Auftrag durch den geschmolzenen Metallsprühstrahl
146 auftrifft. Durch diese Anordnung der Sprühpistolen wird erreicht, daß das erste Material beim Auftrag des
zweiten Materials eine hohe Temperatur aufweist. Der auf diese Weise vorgenommene Auftrag ergibt eine
bessere Haftung zwischen den Materialien der Schichten 14, 15. Zwischen den Schrauben 10 und den
Sprühpistolen 26, 27 ist eine Maske 30 angeordnet, die eine längliche, mittige Öffnung 31 aufweist, welche dazu
dient, die aus geschmolzenem Material bestehenden Sprühstrahlen Hb, 15öauf den ausgewählten gekrümmten
Flächenbereich der Gewindeteile 12 der Schrauben 10 zu leiten. Auf diese Weise wird eine zusammengesetzte
Metallauflage 13 auf der Oberfläche des Gewindeteils 12 abgelagert, wobei die Ausdehnung der
Metallauflage in Umfangs- und in Axialrichtung selektiv durch die Umrißgestalt der Öffnung 31 und durch die
jeweilige Lage der Sprühpistolen 26, 27 sowie des Schraubcnbolzens 10 bestimmt ist. Die sanft auslaufende
Gestaltung der zusammengesetzten Metallauflage 13 wird bei diesem Verfahren wegen der kreisförmigen
Querschnittsgcstalt der besprühten Fläche und der
rechtwinkligen Anordnung der Schraubenachsen bezüglich der Sprührichtung erzielt.
Flammensprühpistolen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind, sind im Handel in mehreren
Ausführungsformen erhältlich.
Nach dem Sprühauftrag können die Befestigungselemente einem oder mehreren Behandlungsvorgängen
unterworfen werden. So können die Befestigungselemente zum Beispiel derart bearbeitet werden, daß sich
eine jeweils gewünschte Dicke oder Umrißgestalt der zusammengesetzten Metallauflage 13 ergibt. Auch
können die Befestigungselemente mit einem leichten Oberzug eines Schmiermaterials, wie Molybdändisulfid,
SAE-30 Öl oder Wachs versehen werden.
Das Verfahren kann in einer Produktionsstraße durchgeführt werden, bei der die Reinigung, die
Metallbesprühung und die Behandlung nach dem
Sprühauftrag an Arbeitsstationen geschieht, welche aufeinanderfolgend in einem bestimmten Arbeitsbereich
angeordnet sind, während die Befestigungselemente selbst, eines nach dem anderen, an den
aufeinanderfolgenden Arbeitsstationen vorbeigeführt werden.
Das nachfolgende Ausführungsbeispiel dient zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens und des
Befestigungselementes.
Ausführungsbeispiel
Eine übliche SAE-10-38 Stahlschraube wurde zunächst mit Trichloräthylen gereinigt, um Ölreste zu
entfernen. Sodann wurde eine Flammensprühpistole zum Auftrag einer ersten metallischen Schicht aus Stahl
auf die Gewindefläche der Schraube benützt. Der Stahl wurde der Sprühpistole in Drahtform zugeführt; sein
Material trat aus der Sprühpistole in Gestalt eines aus geschmolzenen metallischen Partikeln bestehenden
Sprühstrahles aus, welcher auf die Oberfläche der Schraube unter Bildung einer ersten Schicht eines
heterogenen, schwammigen, porösen, metallischen Materials, das an der Gewindefläche haftete, auftraf.
Unmittelbar anschließend wurde in ähnlicher Weise eine zweite Flammensprühpistole zum Auftrag eines
zweiten metallischen Materials nämlich einer Kupferlegierung, die aus 90% Kupfer und 10% Zink besteht, auf
die erste metallische Schicht und zur Herstellung einer zusammengesetzten Metallauflage verwendet.
Die Maske 30 wurde etwa 25,4 mm von der benachbarten Oberfläche des Gewindeteiles 12 der
Schraube 10 angeordnet. Die Sprühpistolen 26, 27 wurden mit ihren Mündungen in einem Abstand
zwischen 76,2 und 127 mm von der Maske 30 gehalten Die Schraube wurde mit einem Stahl etwa 5 Sekunden
lang besprüht, wodurch eine heterogene metallische Schicht (Fig. 2) erzeugt wurde, die zufolge des
Sprühvorganges einen schwammigen porösen Aufbau zeigte. Unmittelbar anschließend wurde die Schraube
etwa 2 Sekunden lang mit der erwähnten Kupferlegierung besprüht, wodurch eine zweite homogene
schwammige, poröse, metallische Schicht (F i g. 2] erzeugt wurde.
Es besteht die Möglichkeit, auch zusammengesetzte Metallauflagen auf nicht aus Eisen bestehender
Befestigungselemente aufzutragen. So könnte zum Beispiel ein ein Gewinde aufweisendes, aus Messing
bestehendes Befestigungselement, das zur Verwendung mit einer Messingmutter vorgesehen ist, zunächst mil
geschmolzenem Messing und sodann mit geschmolzenem Stahl flammenbesprüht werden. Bei der Verwendung
treten zwischen der Messingmutter und dei äußeren Stahlschicht der zusammengesetzten Metallauflage
Schmiereigenschaften auf. Die Selbstverriegelung, d.h. die Sicherung gegen unbeabsichtigtes Losdrehen,
kommt durch Verformung der Gewindegänge der Messingmutter zustande.
Claims (10)
1. Wiederverwendbares und ganzmetallisches, selbstsicherndes Befestigungselement mit einem
axial sich erstreckenden Gewindeteil, der mit einem komplementären, ein passendes Gewinde aufweisenden
Gewindeelement zusammenschraubbar ist und eine festhaftende metallische, schwammig
poröse und in radialer Richtung erhabene Metallauflage trägt, die mit dem komplementären Befestigungselement
zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallauflage (13) aus zwei Schichten besteht, wobei der Elastizitätsmodul
der ersten Schicht (14) gleich dem des Gewindeteils (12) und der der zweiten Schicht (15) kleiner als der
des Gewindeteils und der des komplementären Befestigungselements ist, und daß die Metallauflage
einen weniger als 360° der Umfangserstreckung des Gewindeteils umfassenden Selbstsicherungsbereich
bildet, der in den Gewindegängen dicker als auf den Gewindespitzen ausgebildet ist.
2. Befestigungselement nach Anspruch !,dadurch
gekennzeichnet, daß die äußere Kontur der zweiten Schicht (15) in einer Schnittebene senkrecht zu der
Achse des Gewindeteils (12) im wesentlichen elliptisch ist.
3. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Umfangserstreckung
des Selbstsicherungsbereiches größer als 90° ist.
4. Befestigungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (14) der
Metallauflage im wesentlichen entsprechend der Umfangsgestalt des Gewindeteiles (12) verläuft
sowie teilweise durch zwei radiale Ebenen (22, 24) begrenzt ist, die einen Winkel (A) von weniger als
180° miteinander einschließen, und daß die zweite Schicht (15) der Metallauflage gemeinsam mit der
ersten Schicht (14) endet und die radiale Dicke der ersten und der zweiten Schicht (14, 15) etwa in der
Mitte zwischen den beiden radialen Ebenen (22, 24) am größten ist und mit zunehmender Annäherung an
die radialen Ebenen (22,24) stetig abnimmt.
5. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeteil (12) aus einem
Eisenmaterial besteht und die erste Schicht (14) der Metallauflage aus einem Eisenmaterial und die
zweite Schicht (15) der Metallauflage aus einem Nichteisenmaterial hergestellt sind.
6. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeteil (12) des
Befestigungselementes aus Stahl, die erste Schicht (14) der Metallauflage aus Stahl und die zweite
Schicht (15) der Metallauflage aus einer Kupferlegierung bestehen.
7. Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (14) der
Metallauflage eine Legierung ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Befestigungselementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Schicht der Metallauflage durch Aufsprühen auf das Gewindeteil und die zweite
Schicht der Metallauflage durch Aufsprühen auf die erste Schicht hergestellt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der zweiten Schicht auf
jenes der ersten aufgesprüht wird solange das Metall der ersten Schicht im wesentlichen noch die
Aufsprühtemperatur aufweist
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Aufsprühen der Schichten der entsprechende Bereich des Gewindeteiles des
Befestigungselementes in diesem Bereich gereinigt wird.
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