DE2258733A1

DE2258733A1 - Verfahren zur herstellung selbstsperrender befestigungselemente

Info

Publication number: DE2258733A1
Application number: DE19722258733
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Duffy
Original assignee: USM Corp
Current assignee: Nylok LLC
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1972-11-30
Publication date: 1973-06-07
Also published as: JPS57154510A; JPS4863148A; SE392511B; CA957252A; NL172882B; JPS5578812A; NL7216083A; NL172882C; IT1044943B; FR2162085B2; DE2258733C2; US3787222A; ZA728447B; AU475392B2; GB1417123A; AU4934872A; FR2162085A2

Description

In der US-PS 3 498 352 ist ein selbstsperrende Befestigungselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei dem ein Strom feiner Partikel eines durch Wärme erweichbaren Harzes gegen die erhitzte Oberfläche eines Gewindeelements gerichtet wird, das die Harzpar-' tikel erfaßt und zu einer zusammenhängenden Sperrschicht verschmilzt, die sich von dem einen axialen Rand zu dem gegenüberliegenden gleichmäßig erstreckt und bei der sich die Dicke von einer maximalen Dicke in der Mitte

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zwischen den Längsrändern zu einer minimalen Dicke an den Rändern gleichmäßig ändert. Die Kunststoffablagerung ist so gleichmäßig, daß das Äußere des Gewindes kaum verändert wird.

Derartige selbstsperrende Befestigungselemente haben sich für die meisten Anwendungsfälle als zufriedenstellend erwiesen. Jedoch kann das Spiel zwischen den Gewindeflächen eines Außengewindes und* eines entsprechenden Innengewindes insbesondere bei einer Gewindepassung niedrigerer Güte so verschieden sein, daß z.B. das Außengewindeteil an der unteren Grenze des Bereichs der zulässigen Herstellungstoleranz und das Innengewindeteil an der oberen Grenze des Bereichs der zulässigen Toleranz liegt und die normale Sperrschicht ein nicht ausreichendes Sperrdrehmoment hervorruft, während bei einem anderen ineinandergreifenden Gewindeteilpaar, bei dem das Außengewindeteil an dem oberen Ende der zulässigen Herstellungstoleranz und das Innengewindeteil an dem unteren Ende der zulässigen Toleranz liegt, ein übermäßiges Drehmoment zum Verschrauben und Lösen der Gewindeteile erforderlich sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstsperrendes Befestigungselement zu schaffen, das eine wirksame Sperrwirkung zwischen ineinandergreifenden Gewindeteilen mit relativ großen Abweichungen von der normalen Größe hat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 9 erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines selbstsperrenden Befestigungselements gemäß der Erfindung,

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Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt längs der Linie XI-II in Fig. 1,

Figur 3 einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie III-III in Fig. 1,

Figur 4 in stark vergrößertem Maßstab einen Teillängsschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2, aus dem die Verteilung des Kunststoffmaterials auf dem Gewinde des Befestigungselements nahe eines Randes der Kunststoff auf tragung hervorgeht,

Figur 5 in stark vergrößertem Maßstab einen Teillängsschnitt längs der Linie V-V- in Fig. 2, aus dem die Verteilung des Kunststoffmaterials auf dem Gewinde des Befestigungselements zwischen dem Längsrand und der zentralen Längslinie der Kunststoffauftragung hervorgeht,

Figur 6 in stark vergrößertem Maßstab einen Teillängsschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 2, aus dem die Verteilung des Kunststoffmaterials auf dem Gewinde des Befestigungselements an der zentralen Längslinie der Kunststoffauftragung hervorgeht,

Figur 7 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bildung einer Kunststoffauftragung auf der Gewindefläche ,

Figur 8 ein einem Querschnitt ähnliches Diagramm eines Gewindeelements zur Erläuterung der Winkel * unter denen die Kunststoffpartikel aus einem Harzpartikelstrom auf die Gewindefläche treffen, und

Figur 9 ein Diagramm ähnlich einem Querschnitt eines Gewindeelements zur Erläuterung der Winkel, unter denen die Harzpartikel aus dem Harzpartikelstrom auf die schraubenlinienförmigen Flanken des Gewindeelements treffen.

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Die Erfindung wird anhand einer Kunststoffsperrschicht auf einem Gewindebolzen beschrieben, es ist jedoch auch möglich, eine Sperrschicht an Gewindeteilen anderer Gegenstände aufzubringen.

Ein selbstsperrendes Gewindeelement in Form eines Bolzens 10 (Fig. 1) gemäß der Erfindung trägt eine einstückige zusammenhängende Sperrschicht 12 aus einem zähen, elastischen Harz, das auf einem ausgewählten Bereich der Gewindefläche 14 des Gewindeelements durch Auftragen und Verschmelzen feiner Partikel thermoplastischen Harzes auf der erwärmten Oberfläche des Gewindeelements gebildet ist. Ein Film aus einem Grundier- oder Bindemittel (nicht gezeigt) kann in dem ausgewählten Bereich auf der Oberfläche des Gewindeelements vorgesehen werden, um die Auftragung der Kunststoffpartikel während der Herstellung zu unterstützen und eine höhere Haftung zwischen der Oberfläche und der Harzsperrschicht zu erreichen.

Die Harzsperrschicht 12 bedeckt Teile der Gewindefüße 16, der geneigten, schraubenlinienförmigen Flanken 18 und der Köpfe 20 der Gewindefläche 14 und ist so angeordnet, daß sie zwischen der Gewindefläche 14 des Elements 10 und den eingreifenden Gängen eines komplementären Elements, mit dem das Gewindeelement zusammengebaut wird, zusammengedrückt wird, um einen erhöhten Reibungswiderstand gegen ein unerwünschtes Lösen des Gewindeeingriffs zwischen dem Gewindeteil 10 und dem komplementären Element zu erreichen.

Wie in den Fig. 1 bis 6 gezeigt ist, besteht die Sperrschicht 12 aus einem dünnen Abschnitt 22 an den sich axial erstreckenden Seitenteilen und einem wesentlich dickeren zentralen Abschnitt 24 in den Füßen 16 zwischen den Gängen. Dieser zentrale Abschnitt 24 nimmt in der

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Dicke, wie Fig. 2 zeigt, von der allgemeinen Dicke der Abschnitte 22 an den Seitenteilen ziemlich plötzlich auf eine Dicke zu, die wenigstens etwa 50% größer ist, als die Dicke, die erreicht werden würde, wenn sich die Oberfläche als Verlängerung der von der Oberfläche des Harzes in den Seitenteilen längs der Fußmittelline .-(man beachte die unterbrochene Linie in Fig. 2) erzeugten Verlängerungen gleichmässig krümmen würde. Die unterbrochene Linie kann als eine aus der Krümmung der Oberfläche des Harzes an den Seitenteilen längs der Fußlinie interpolierte Linie angesehen werden. Ein weiteres Merkmal der plötzlichen Zunahme der Dicke der Sperrschicht in dem Fuß besteht darin, daß der Krümmungsradius R in den zentralen Abschnitten 24 der Sperrschicht tatsächlich geringer ist als der Krümmungsradius Rv der Oberfläche des Gewindeelements längs der Mittellinie des Fußes.

Dickere zentrale Abschnitte sind in den Füßen 16 über die gesamte axiale Länge der Sperrschicht angeordnet und können als eine Rippe angesehen werden", die von den Köpfen 20 der Gänge unterbrochen werden. Die Köpfe 20 selbst können wenigstens eine dünne Harzschicht (siehe Fig. 3 bis 6) haben, und es kann eine Harzmenge so auf dem Gewindeelement aufgetragen werden, daß die höheren Teile der Rippe sich über die Köpfe der Gänge erstrecken. .

Diese besondere Ausbildung der Sperrschicht ist insbesondere zur Erzielung einer selbstsperrenden Wirkung zwischen komplementären Gewindeschrauben wichtig,'bei denen ein großer Spielraum auftritt. Dies bedeutet, daß, wenn ein großes Spiel zwischen dem äußeren Schraubengewirideteil und dem inneren Schraubengewindeteil auf- · tritt, die Dicke des zentralen Abschnitts 24- der Sperrschicht 12 in den Füßen 16 ausreicht, um gegen die eingreifenden Schraubengänge mit ausreichender Kraft zu

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drücken und ein unerwünschtes Lösen des Eingriffs zwischen den Gewindeteilen zu verhindern. Wenn dagegen das Spiel zwischen dem inneren und den äußeren Schraubengewindeteil gering ist, ermöglicht es die relativ geringe Erstreckung des zentralen Abschnitts 24 in ümfangsrichtung, daß das Harz zwischen den inneren und äußeren Schraubengängen verformt und im Falle eines sehr geringen Spiels zu . einem dünnen seitlichen Abschnitt 22 der Sperrschicht 12 geschoben wird. Eine wesentliche Eigenschaft der Sperrschicht, die von besonderem Nutzen ist, wenn das Spiel gering ist, besteht darin, daß die seitlichen Abschnitte 22 der Sperrschicht den dickeren zentralen Abschnitt 24 gegen eine Verschiebung aus der Gewindefläche 14 fest verankern, ohne das zum Einschrauben erforderliche Drehmoment wesentlich zu erhöhen.

Das Verfahren zur Herstellung solcher selbstsperrender Befestigungselemente wird für den Fall beschrieben, daß die schematisch in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung verwendet wird, es ist jedoch offensichtlich, daß auch andere Vorrichtungen als die gezeigte verwendet werden können oder daß das Verfahren manuell durchgeführt wird. In der Vorrichtung werden die Gewindeelemente 10 auf einer Transportvorrichtung entsprechend den aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten transportiert. Die Transportvorrichtung besteht aus getrennten parallelen endlosen Riemen 26, die über Riemenscheiben 28 und 30 laufen. Die Gewindeelemente sind vorzugsweise in vertikaler Stellung aufgehängt, wobei die Köpfe 22 auf den getrennten, parallelen sich bewegenden Riemen 26 aufliegen und die herabhängenden Teile für eine Bearbeitung freiliegen.

Die Gewindefläche 14 kann einen Grundierüberzug vor oder nach der Anordnung auf der Transportvorrichtung erhalten. Wenn dieser überzug aufgebracht ist, wird jedes Lösungsmittel des Grundiermittels verdampft, bevor die Gewindebefestigungselemente zu einer Erhitzungsstation trans-

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portiert werden. Die Erhitzungsstation kann ein Ofen sein, ist jedoch vorzugsweise eine HF-Feld-Erhitzungseinrichtung 34, die aufeinanderfolgend die Gewindeelemehte 10 erhitzt, die sich kontinuierlich auf der Transportvorrichtung vorbeibewegen. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist die Spule der Erhitzungseinrichtung 34 in der Bewegungsrichtung der Gewindeelemente auf der Transportvorrichtung langgestreckt, um eine ausreichende Erhitzungszeit zu schaffen und die Gewindeelemente auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Von der Erhitzungsstation werden die Gewindeelemente 10 zunächst zu einer Station bewegt, an der fein verteilte Kunststoffpartikel zugeführt werden. An dieser Station, werden feine Kunststoffpartikel in geeigneter Weise als gleichmäßiger Strahl 36 in einem Gasstrom wie Luft auf die erhitzten Gewindeelemente 10 aus einer Düse 38 gerichtet, die einen relativ breiten Strom vorzugsweise mit parallelen Rändern erzeugt, durch den die Gewindeelemente 10 bewegt werden. Die Abmessungen der Düse 38 in der Bewegungsrichtungder Gewindeelemente 10 werden zur Regulierung der Zeit gewählt, während der ein Element 10 auf der Transportvorrichtung einem Partikelstrom ausgesetzt wird, und die vertikalen Abmessungen der Düse werden so gewählt, daß die gewünschte axiale Länge der, Kunststoffauftragung auf dem Element erreicht wird. Die aufgebrachten Partikel werden nicht durch eine Form oder eine andere formgebende Vorrichtung begrenzt oder zurückgehalten, sondern können sich frei in Eingriff mit den Gewindeköpfen, den schraubenliiiienförmigen Flanken und den Füßen der Gewindeflächen der Gewindeelemente bewegen, deswegen bilden die Partikel eine Schicht, in der das Material in der gewünschten Beziehung zur Gewindefläche steht, um sowohl ein leichtes Einsetzen, d.h.'einen leichten Zusammenbau mit einem komplementären Gewindeelement als auch eine große Haltekraft bei der ersten und bei nachfolgenden Verwendungen zu ermöglichen. Die Geschwindigkeit der Partikel in dem Strom sollte im Bereich von etwa 0,3 bis 7,6 m pro Sekunde zum Auftragen auf den Gewindeelementen betragen. Die Partikel werden

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auf der heißen Oberfläche erfaßt und festgehalten und dann zu einer kontinuierlichen koherenten Masse durch die erhebliche Wärme der Gewindeelemente 10 verschmolzen. Wenn das Gewindeelement 10 und die Sperrschicht 12 aus Kunststoffmaterial abgekühlt sind, hat der Kunststoff die Form einer zusammenhängenden,'zähen, elastischen Schicht, die die Köpfe 20, die Planken 18 und die Füße 16 der Gewindefläche bedeckt.

Das Verfahren ist ähnlich dem Verfahren der US-PS 3 6 84, um jedoch die besondere Form der Sperrschicht sicherzustellen, wurden bestimmte Änderungen gegenüber jenem Verfahren vorgenommen.

Dies bedeutet, daß zu einer wirksamen Bildung einer Wulstform die Temperatur des Gewindeelements dann, wenn der Partikelstrom gegen das Gewindeelement gerichtet wird, unter der minimalen Temperatur sein muß, bei der die kontinuierlich konvex gekrümmte Sperrschicht gebildet wird, vorzugsweise wenigstens etwa 11°C unter dieser Temperatur. Der Ausdruck "kontinuierlich konvex gekrümmt" wird verwendet, um eine Kurve zu bezeichnen, bei der die Krümmungsänderung der Oberfläche an jeder Seite der Mittellinie im wesentlichen kontinuierlich ist. Es wurde festgestellt, daß eine feinere Partikelgröße und ein Harz mit höherer Schmelzviskosität als normalerweise zur Bildung der üblichen Sperrschicht verwendet werden, wichtig sind, die Bildung der Harzauftragung neuer Form zu unterstützen.

Die neue Form der Sperrschicht 12 mit dem rippenartigen zentralen Abschnitt 24 ist offensichtlich das Ergebnis eines Faktors, der durch die früheren Arbeitsbedingungen überdeckt bzw. ausgeschaltet wurde. Bei der Bildung der bekannten Harzsperrschichten hafteten Harzpartikel, die auf die sehr heiße Oberfläche auftrafen, und verschmolzen nahezu sofort, so daß die weiteren Partikel an dem geschmolzenen Harzmaterial hafteten und das aufgetragene

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Harz eine Schicht bildete, deren Dicke sich gleichmäßig von einem Minimum an den Rändern zu einem Maximum in der Mitte änderte.

Bei den Bedingungen gemäß der Erfindung jedoch werden die Partikel nicht so leicht erfaßt und verschmelzen nicht so schnell, und es tritt ein"Fußeffekt" auf, der zur Bildung der neuen rippenartigen Form führt.

Der Vorgang läßt sich unter Bezugnahme auf die schematischen Fig. 8 und 9 leichter verstehen, in denen die Linien 40, 42 und 44 die Bahnen der Partikel im Partikelstrom der Partikel darstellen, der auf die Gewindefläche an der Mittellinie, an einem Zwischenabschnitt und nahe an einem Randabschnitt der Gewindefläche 14, gesehen in Richtung des Stroms der Partikel 36, trifft. An dem seitlichen Abschnitt längs der Linie 44 verlaufen die schraubenlinienförmigen Flanken 18 der Gänge nur unter einem geringen Winkel bezüglich der Bahn der Partikel im Strom infolge der Tatsache, daß der in Fig. 9 gezeigte Gang nur einen kleinen Winkel 48 bildet und infolge der Tatsache, daß die Bahn der Teilchen nahezu tangential zu der Gewindefläche verläuft, wie Fig. 8 zeigt. Daher ist die Bewegungskomponente gegen die Gewindefläche gering, während die Komponente, die bestrebt ist, die Partikel an der Gewindefläche vorbeizubewegen,, groß ist, so daß die Ansammlung von Harz langsam erfolgt und nur eine dünne Harzauftragung an der schraubenlinienförmigen Fläche gebildet wird, wie Fig. 4 zeigt. Partikel, die sich längs der mittleren Linie 42 und längs der zentralen Linie 40 bewegen, treffen auf die schraubenlinienförmige Flanke 18 unter etwas größerem Winkel 50 und 52 auf und haben daher eine etwas größere Chance, erfaßt und gehalten zu werden, um dickere Harzauftragungen zu bilden, wie die Fig. 5 und 6 zeigen. Bei allen diesen Bereichen nimmt die Chance, daß die Partikel an den Köpfen 20 und den schrattbenlinienförmigen Flanken 18 erfaßt und gehalten werden,

mit der Temperatur des Gewindeelements zu, so daß bei höheren Temperaturen in dem gewünschten Bereich eine fortschreitend größere Harzdicke von einem Minimum an den Seiten zu einem Maximum an der zentralen Linie auftritt.

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Harzansammlung ist die Verwendung sehr feiner Harzpartikel. Die Partikel sollten weniger als 0,6:mm, vorzugsweise weniger als 0,4 mm groß sein. Beste Ergebnisse wurden in dem Bereich von 0,01 bis 0,2 mm erzielt. Die Feinheit der Partikel begünstigt das oben erläuterte Ablagerungsverhalten. Dies bedeutet, daß das Verhältnis des Flächenbereichs zu dem Gewicht der Harzpartikel sich umgekehrt zu dem Durchmesser ändert. Daher sind feinere Partikel bestrebt, in dem Luftstrom zu verbleiben, der an der Gewindefläche vorbeiströmt, und dieser Effekt ist an den seitlichen Abschnitten stärker ausgebildet als an den zentralen Abschnitten, so daß die Harzmenge, die sich an dem zentralen Abschnitt ablagert im Vergleich zu der sich an den seitlichen Abschnitten ablagernden größer ist, je feiner die Harzpartikel sind.

Es wurde immer festgestellt, daß die relativ niedrigeren Partikelgeschwindigkeiten das gewünschte Ablagerungsverhalten begünstigen. Dieser Faktor ist insbesondere dann von Nutzen, wenn größere Partikel in dem nutzbaren Bereich verwendet werden sollen.

Der oben erwähnte "Fußeffekt" ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß an der Basis der Füße 16 zwischen den Gängen die Partikel nicht wie von den Köpfen 20 und den schraubenlinienförmigen Flanken 18 weggleiten können. Daher verläuft die Basis des Tals 16 an der zentralen Linie 40 des Gewindeelements wie Fig. 8 zeigt, gesehen in Richtung des Partikelstroms 36 unter einem rechten Winkel

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zu dem Strom 36 und hat daher eine maximale Partike!aufnahme fähigkeit. In diesem Bereich werden die ersten Partikel, die auf die Fläche auftreffen, erfaßt und haften an der heißen Fläche. Es wurde jedoch festgestellt,, daß weitere Harzpartikel sich auf diesen heißen Harzpartikeln schneller ansammeln als sie geschmolzen werden. Kleinere Partikel sammeln äich eher an als größere Partikel und bilden auch einen einheitlicheren Harzkörper, nachdem die Ansammlung geschmolzen und abgekühlt ist. In der Mitte längs der Linie 42 ist der Winkel 56 zwischem dem Strom 36 und der Fläche der Basis des Fußes 16 etwas größer, so daß die Fähigkeit, Partikel anzusammeln, längs der zentralen Linie 44 etwas geringer ist, jedoch noch wesentlich größer als die Fähigkeit der entsprechenden schraubenlinienförmigen Flanke 18. Partikel, die sich längs der Linie 44 am Rand der Gewindefläche bewegen, verlaufen nahezu tangential , zu der Gewindefläche, erreichen die Fläche unter einem sehr kleinen Winkel 58 und haben eine sehr geringe Chance erfaßt und gehalten zu werden. Die sich ergebende Wirkung hiervon ist eine Änderung der Fähigkeit, Partikel zu erfassen und zu halten, so daß die Partikel an den Basen der Füße 16 längs der zentralen Linie 40 schnell gesammelt werden. Diese Fähigkeit fällt außerhalb der zentralen Linie stark ab, so daß sich eine Ablagerung in Bereichen nahe der zentralen Linie 40 aufbaut. Auch die Partikel, die sich längs der Basen der Füße 16 ablagern, werden von den heißen Flanken 18 an beiden Seiten der Füße erhitzt, so daß die Partikel schnell geschmolzen werden und weitere Partikel erfassen und halten. Die Ansammlung von Harz in den Füßen 16 schafft eine Harzfläche, die nicht den Winkel bildet wie die schraubenlinienförmigen Flanken, so daß sich das Harz in dem zentralen Bereich fortschreitend ansammelt und eine rippenartige Ablagerung bildet, die von den Köpfen der Gänge unterbrochen wird.

Grundier- bzw. Bindemittel-Überzüge, die auf die Gewindefläche aufgebracht werden können, um das Auffangen von

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Partikeln aus dem gegen die Gewindefläche gerichteten Strom zu unterstützen, können aus einem großen Bereich von durch Wärme erweichbaren Harzmaterialien wie z.B. Poliamidharzen, Epoxiharzen, Resorcin-aldehyd-Harzen und Kombinationen hiervon ausgewählt werden. Das Grundier- bzw. Bindemittel kann auf die Gewindefläche in einer flüchtigen Lösungsmittellösung aufgebracht werden. Z.B. führt eine 10%ige Feststofflösung von alkohollöslichem Nylon in denaturierten Alkohol gute Ergebnisse.

Die Sperrflächen werden aus einem zähen, elastischen, durch Wärme erweichbaren Harzmaterial gebildet. Als besondere geeignet haben sich Poliamid, Polyester- und Polyurethan-Harze erwiesen und ein bevorzugtes Polyamidharz ist Nylon 11. Die Harzmaterialien werden in Form von feinen Partikeln aufgebracht. Die Größe der verwendeten Partikel hängt in gewissem Grad von der Größe des Gewindeelements ab, auf das die Sperrfläche aufzubringen ist. Je kleiner das Gewindeelement ist, desto kleiner sind die gewünschten Partikel. Für ein 3/8"-(9,5 mm)-Gewindeelement ist ein zweckmäßiger Bereich der Partikelgrößen derart bemessen, daß nur etwa 2% in einem Nr. 140-Sieb (Sieböffnungsweite 0,105 mm) festgehalten werden.

Es wurde auch festgestellt, daß ein wirksames Grundiermittel zur Verbindung mit dem Harz der Sperrschichtablagerung durch Verwendung eines Pulvergemlschs erhalten werden kann, das aus einer Kombination eines geringeren Anteils, d.h. von etwa 5 bis 35 Gewichtsprozent-Partikeln eines Grundier- bzw. Bindemittels wie der oben erwähnten Harzmaterialien mit einem größeren Anteil, d.h. von etwa 95 bis 65 Gewichtsprozent-Partikeln des Harzmaterials, das den Hauptkörper der Sperrschichtablagerung bildet, besteht. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht des Pulvergemischs. Das Grundier- bzw. Bindemittelmaterial schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur als

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das Harzmat.erial und ist auch fließfähiger und eher in der Lage, die Gewindefläche zu benetzen, so daß die Wärme des Gewindeelements bewirkt, daß es schmilzt, über die Gewindefläche fließt und sie benetzt, um die gewünschte Grundier- und Bindewirkung hervorzurufen. .

Bei der Bildung von Sperrschichtablagerungen auf den Gewindeflächen wird die gewählte Temperatur von den Erweichungs- bzw. Schmelztemperaturen des Grundier- bzw. Bindemittelmaterial, das verwendet wird, und von dem Hauptharzmaterial abgeleitet. Wenn das pulverförmige Harz ein Polyamidharz wie Nylon 11 ist, das einen Schmelzpunkt von etwa 186 C hat, haben sich Temperaturen von etwa 232 bis 302 C als zufriedenstellend erwiesen. Es ist erwünscht, daß die Temperatur, auf die das Gewindeelement erhitzt wird, derart ist, daß die feststellbare Erhitzung ausreicht, um die Temperatur der Gewindeelemente wenigstens 5 Sekunden über etwa 2O5°C zu halten.

Bei der Erhitzung des Gewindeelements z.B. eines Bolzens 10 durch ein HF-Feld z.B. mit einer Frequenz von etwa 450 KHz kann ein Stah!gewindebolzen in etwa 2 bis 3 Sekunden auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Bei kontinuierlicher Durchführung des Verfahrens können die Gewindeelemente das Hochfrequenzfeld mit einer Geschwindigkeit durchlaufen, die die gewünschte Erhitzungszeit gewährleistet.

Die Gesamtdicke der Sperrschicht ist durch die Art und Geschwindigkeit der Partikelzuführung im Strom, die Temperatur des Gewindeelements und die Zeit, die das Gewindeelement in dem Partikelstrom verbleibt, steuerbar. Wie zuvor erwähnt wurde, ist die Dicke des zentralen Abschnitts der Hauptfaktor, der von Bedeutung ist, und es ist erwünscht, daß dieser Abschnitt eine an der zentralen Linie gemessene Dicke von wenigstens einem Drittel-und vorzugsweise nicht mehr als etwa die volle Tiefe des Fusses zwischen den Gängen hat.

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Obwohl, wie oben beschrieben wurde, die Kunststoffpartikel dadurch aufgebracht werden, daß das erhitzte Gewindeelement durch einen einzigen Partikelstrom bewegt wird, kann die Sperrschicht auch dadurch gebildet werden, daß das Gewindeelement mit einer höheren Geschwindigkeit durch eine Reihe von Partikelströmen bewegt wird und daß diese Ströme aus Partikeln verschiedener Größenbereiche ode.r aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

Im folgenden wird zum besseren Verständnis der Erfindung ein Beispiel erläutert.

Beispiel

Bei diesem Beispiel bestanden die Schrauben aus Stahl mit einer schwarzen Oxydschicht und einer Gewindegröße von 0,8 cm (5/16")-18 UNC - 2 und die Muttern waren aus Stahl mit einer Cadmiumplattierung und einer Gewindegröße von 0,8 cm (5/16")-18 UNC - 3.

Die Schrauben wurden mit ihren Köpfen 32 auf den beiden Riemen 26 angeordnet, wobei sich die Gewindeteile 14 nach unten zwischen die Riemen erstreckten und die zu übersehenden Teile freilagen, wie Fig. 7 zeigt. Eine dünne Schicht einer Grundiermittellösung wurde auf den freiliegenden Teilen der Schrauben aufgetragen, auf denen Sperrschichten zu bilden waren. Das Grundiermittel war eine 10%ige Feststofflösung in Alkohol von in Alkohol löslichem Nylon und ein Expoxyharz in einem Verhältnis der Feststoffe von 1 : 2 Gewichtsteilen. Das aufgetragene Material auf den Schrauben wurde getrocknet, wobei sehr dünne, im wesentlichen zusammenhängende Grundiermitte lüber züge verblieben. Die Schrauben 10 wurden dann nahe an einer HF-Feldspule 34 vorbeigeführt, die mit

einer Frequenz von 450 KHz von einem Generator mit einer Leistung von 2 Kw betrieben wurde.

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Die Zeit, in der sich die Schrauben 10 in dem HF-Feld befanden wurde gesteuert, um die in der folgenden Tabelle gezeigten Temperaturen zu erzielen. Unmittelbar danach wurden die Schrauben von den Riemen 26 so bewegt,,, daß die mit dem "Grundiermittel überzogenen Bereiche der Schrauben durch einen seitlich gerichteten Strahl 40 von pulverisiertem Harz liefen. Die durch Wärme erweichbare Grundiermittelschicht auf der Oberfläche der Schrauben erfaßte und hielt die Pulverpartikel fest und diese wurden durch die Wärme der Schrauben geschmolzen und bildeten haftende Kunststoffsperrschichten«

Nach der Kühlung waren die Kunststoffsperrschichten glatt, hart und hafteten fest. Die Schrauben wurden mit Muttern zusammengefügt und Messungen des maximalen Einschraubdrehmoments und des minimalen Äusschraubdrehmoments wurden für den ersten, fünften und fünfzehnten Ausschraubvorgang der Schrauben aus den Muttern gemessen» Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben»

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	Temperatur der Schrauben beim Aufbrin gen von Harz	Material
O	2 8 8°C	Thermoplasti sches Polyure thanharz, Schmelzpunkt
cc co
NJ CO	3O4°C	Polyamid
Ό826	315°C	η
	2 88°C	π

Sperrschichtharzpartikel Größe in mm

Anfangseinschraubvorgang

Maximales Drehmoment
dyn-cm (Zoll-Pfund)

1.

Minimales Ausschraubdrehmoment dyn-cm (Zoll-Pfund) 5. 15.

0,01

50,9x10
(45)

0,1-0,6	56,5x10 (50)
π	84,7x10 (75)
0,05-0,2	101,7x10 (90)

39,5xlO⁶ 28,2xlO⁶ 26,OxIO⁶

(35)

(25)

(50)

(35)

(75)

(60)

(23)

28,2xlO⁶ 28,2xlO⁶ 22,6xlO⁶

(20)

56,5xlO⁶ 31,5xlO⁶ 39,5xlO⁶

(35)

84,7xlO⁶ 67,8xlO⁶ 62,IxIO⁶

(55)

Es wurde festgestellt, daß, wenn die Temperatur der Schrauben auf 315 C erhöht wurden, bevor die Schrauben: an dem Harzpartikelstrahl vorbeiliefen, eine Schicht mit einer Dicke von etwa 0,01 cm längs ihrer Mittellinie gebildet wurde, die gleichmäßig zu den axial verlaufenden Rändern der Sperrschicht abnahmen. Bei Verwendung von Polyamidharzpartikeln und einer Erhitzung der Schrauben auf 3O5°C wurden sehr dünne Schichten an den seitlichen Abschnitten gebildet, jedoch erhielt der zentrale Bereich eine Rippe, deren Oberfläche von der Oberfläche der Schicht an den seitlichen Abschnitten plötzlich anstieg, so daß eine solche Dicke an den Füßen längs der Mittellinie erreicht wurde, daß die Füße bis zu etwa drei Viertel der Fußtiefe gefüllt waren. ^;

Wenn Harz mit einer sehr feinen Partikelgröße verwendet wurde und die Temperatur der Schrauben nur 304 C zum Zeitpunkt der Berührung mit dem Harzpartikelstrom betrug, wurde eine dünne Schicht an den seitlichen Abschnitten und eine zentrale Rippe gebildet, die noch ausgeprägter war als die durch das Polyamidharz gebildete. Es ist zu beachten, daß bei umso' feineren Partikeln trotz des etwas höheren Einschraubdrehmoments als bei aus etwas gröberem Harz gebildeten Sperrschichten das Ausschraubdrehmoment sehr hoch war und nur bei folgenden Ausschraubvorgängeη etwas abfiel.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung einer Sperrfläche an einem Gewindeteil eines Gegenstands, die aus einem normalerweise harten, zähen, elastischen thermoplastischen Harz besteht, bei welchem der Gewindeteil auf eine Temperatur über dem Erweichungspunkt des Harzes erhitzt wird, danach ein Strom feiner Harzpartikel auf einen ausgewählten Teil des Gewindebereichs gerichtet wird, der eine Temperatur über dem Erweichungspunkt hat, die Harzpartikel aus dem Strom aufnimmt und sie erweicht, so daß sie aufgrund der Wärme des Gewindeteils haften und sich fortschreitend eine Harζablagerung aufbaut, die haftenden Partikel geschmolzen werden, um eine im wesentlichen zusammenhängende Harzschicht zu bilden, und daß die Harzschicht abgekühlt wird, um sie zu der Sperrschicht zu erhärten, die aus einem festen, gegen Verschiebung widerstandsfähigen.Körper besteht und die eine Sperrwirkung erzeugt, wenn ein komplementäres Gewindeteil mit diesem Gewindeteil zusammengefügt wir<5> dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeteil, wenn er dem Harzpartikelstrom bei einer Temperatur unter der minimalen Temperatur ausgesetzt wird, die eine kontinuierliche konvexe Harζablagerung aus dem Partikelstrom bildet, eine niedrige Aufbaugeschwindigkeit der Harzablagerung an den schraubenlinienformigen Flanken (1.8). und den Spitzen (16) des Gewindes (14) bezüglich derjenigen an der Basis der Füße (16) in Bereichen nahe der zentralen Linie des Gewindeteils, gesehen in Richtung des Partikelstroms, hat, so daß das abgelagerte Harz eine Sperrschicht mit dünnen seitlichen Abschnitten (22) und dickeren Abschnitten (24) an den Füßen in Bereichen nahe der zentralen Linie, bildet, wobei die Oberflächen der dickeren Abschnitte über Linien, die aus der Krümmung der Harzoberfläche an den seitlichen Abschnitten interpoliert sind,

ThU_n/

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plötzlich ansteigen und der Radius der Krümmung der Oberfläche der dickeren Abschnitte in die "zentralen Linien der Basis der Gewindefüße nahezu einschließenden Ebenen kleiner als der Krümmungsradius in den Ebenen an der Gewindefläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gewindeteile, wenn es dem Harzpartikelström ausgesetzt wird, wenigstens 11 C unter der minimalen Temperatur liegt, und daß die Harzpartikel eine Größe von weniger als 0,6 irim haben.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeteil auf eine Temperatur erhöht wird, die wenigstens 5 Sekunden nach der ersten Berührung mit dem Harzpartikelström über etwa 96°C bleibt und daß ' die Harzpartikel eine Größe von weniger als Q76 mm haben. - ·> ~-

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzpartikel eine Größe von 0,01 bis 0,2 mm haben, und daß der Gewindeteil ausreichend lange in dem Harzpartikelström gehalten wird, um die Bereiche der Ftiße

(16) von etwa ein Drittel der Tiefe bis etwa zur vollen Tiefe zu füllen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Harzgrundiermitteltiberzug auf der Oberfläche des Gewindeteils vor der Erhitzung des Gewindeteils gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch· gekennzeichnet, daß der Strom ein Gemisch aus einem größeren Anteil feiner' Partikel des normalerweise harten'thermoplastischen Harzes und einem kleineren Anteil eines durch Wärme erweichbaren Bindemittels? feestöht, und daß das· Binde-

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mittel auf der Oberfläche des Gewindeteils (14) durch Wärme der Oberfläche des Gewindeteils (14) geschmolzen wird, um den Gewindeteil zu benetzen und den Aufbau und das Haften von Ablagerungen des normalerweise harten thermoplastischen Harzes auf der Oberfläche des Gewindeteils (14) zu unterstützen.

7. Selbstsperrendes Befestigungselement mit einer einstückigen zusammenhängenden, normalerweise harten, zähen elastischen, durch Wärme erweichbaren Sperrschicht aus Harz, die an einem ausgewählten Bereich der normalen Gewindefläche des Befestigungselements haftet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (12) aus dünnen seitlichen Abschnitten (22) an der Gewindefläche (14) und dickeren Abschnitten (24) an den Füßen (16) zwischen Gängen längs eines sich axial erstreckenden zentralen Teils der Sperrschicht besteht, daß die Oberflächen der dickeren Abschnitte (24) sich plötzlich über die gekrümmten Linien erheben, die aus der Krümmung der Oberfläche der Sperrschicht (12) an den seitlichen Abschnitten längs der zentralen Linie der Füße (16) interpoliert sind, und daß diese Flächen in Ebenen, die nahezu die »zentralen Linien einschließen, einen Krümmungsradius haben, der kleiner ist als der Krümmungsradius an der Gewindefläche (14) dieser Ebenen.

8. Befestigungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dickere Abschnitt (24) längs der zentralen Linie der Füße (16) die Füße (16) von etwa einem Drittel der Tiefe bis zu etwa der vollen Tiefe füllt.

9. Befestigungselement nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Harzgrundiermittelüberzug zwischen der Gewindefläche (14) und der Sperrschicht (12).

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10. Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (12) aus einem größeren Anteil normalerweisen harten thermoplastischen Harzes und einem kleineren Anteil eines durch Wärme erweichbaren Bindesmittels besteht, wobei Teile des Bindemittels auf die Gewindefläche (14) aufgeschmolzen sind, um die Verbindung zwischen der Gewindefläche (14) und der Sperrschicht (12) zu verbessern.

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