DE2655429A1

DE2655429A1 - Selbstsicherndes befestigungselement sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2655429A1
Application number: DE19762655429
Authority: DE
Inventors: James W Cadwallader
Original assignee: Standard Pressed Steel Co
Current assignee: SPS Technologies LLC
Priority date: 1975-12-10
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1977-06-16
Also published as: GB1563268A; US4132815A

Description

PATENTANWALTS

26b5429

Λ. '3RUNECKER

H. KINKELDEY

Oft-ING.

W. STOCKMAIR

K. SCHUMANN

DR. RER NAT. ■ OTL-PHYS

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

DH HBlNAT-

STAITDAED PEESSED STEEL CO.
Jenkintown, Pa. 19046, USA

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

7. Dez. 1976 P 11 064

Selbstsicherndes Befestigungselement sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung·

Die Erfindung betrifft generell das Gebiet der Muttern- und Bolzensicherung und insbesondere ein selbstsicherndes Befestigungselement mit auf die Gewindeoberfläche aufgebrachtem druckgewalztem elastischen und verformbaren Kunststoff Xe ck.

Selbstsichernde Schraubbefestigungseleraente, bei denen ein Sicherungsfleck aus thermoplastischem Kunststoff auf die

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TELEFON (OSB) QQ28 62

TELEX O8-aO38O

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Gewindeflächen aufgebracht ist, haben eine umfangreiche technische Anwendung gefunden. Die umfangreiche Nachfrage erfordert ein Herstellungsverfahren,mit dem bei Erhaltung hoher Qualitätsstandards eine Massenfertigung mit schneller und wirtschaftlicher Herstellung möglich ist. Einige wichtige Anforderungen an selbstsichernde Befestigungselemente der beschriebenen Art sind eine ausreichende Haftung zwischen dem Kunststoff-Fleck und der Gewindeoberfläche des Befestigungselementes, eine dichte Verteilung des Fleckmaterials und eine gesteuerte Fleckhöhe. Diese Eigenschaften führen zu dauerhafteren Drehmomenteigenschaften als dies bei Befestigungselementen der Fall ist, bei denen diese Parameter weniger genau gesteuert werden. Verknüpft mit den vorangehend genannten Bedingungen ist die Notwendigkeit der Steuerung der Abmessungseigenschaften des Kunststoff-Flecks, damit eine gleichmäßige Fleckgröße und Fleckgestalt zur wiederholbaren Drehmomentwirkung des Befestigungselementes hergestellt wird. Bisherige Versuche bei der Formung eines formfreien flüssigen Auftrags aus geschmolzenem thermoplastischem Kunststoff auf der Gewindefläche eines Befestigungselementes, wie sie in den US-Patentschri^-^n 3 2^o/t und 3 ^98 352 offenbart sind, zeigen verschiedene Nachteile. Zu diesen Nachteilen gehören Schwierigkeiten bei der Begrenzung des Kunststoff-Flecks auf eine festgelegte und bestimmbare Form, der örtliche Aufbau überschüssigen, leicht

abscherbaren Fleckmaterials und Schwierigkeiten bei der Schaffung einer ausreichenden und bestimmbaren Größe der Haftung zwischen dem Kunststoff-Fleck und der Gewindeoberfläche· Das Abscheren des Materials tritt auf_f wenn das Befestigungselement mit dem Kunst stoff-Fleck mit einem passenden Gewinde in Eingriff gebracht wird, wodurch lose anhaftende Teilchen von der Gewindeoberfläche getrennt werden und sich letzten Endes in dem Werkstück absetzen. Die Prüfung von Befestigungselementen, die nach den aus den obengenannten Patentschriften bekannten Verfahren unter tatsächlich gewerbsmäßigen Bedingungen hergestellt worden

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sind, zeigen große Unterschiede in Größe und Gestalt der Kunststoff-Flecken, wobei viele eine unebene, klumpige Oberfläche oder sogar ein "zerspritztes" Aussehen haben und Teile des Kunststoffs in Form kleiner Tröpfchen getrennt von dem Hauptteil des Kunststoffkörpers auftreten. Alle diese Abweichungen in den körperlichen Eigenschaften führen zu entsprechenden Abweichungen in der Wirkung wie beispielsweise zu unbestimmbaren Haltemoment-Werten, verringerter Wiederverwendbarkeit und durch das Abscheren überschüssigen Fleckmaterials zu einer möglichen Verschmutzung des Bereiches, in dem das selbstsichernde Befestigungselement verwendet ist.Es ist, wie die US-Patentschriften 3 63^ 577 und 3 787 222 offenbaren, bereits versucht worden, die Größe und Gestalt des Kunststoff-Sicherungsflecks zu begrenzen, jedoch sind die dort offenbarten Verfahren und die damit hergestellten selbstsichernden Befestigungselemente nicht vollständig zufriedenstellend. Entweder ist das Verfahren dabei verhältnismäßig kostenaufwendig, wie das in der US-Patentschrift 3 636 577 offenbarte Verfahren, das die Verwendung von angepaßten Formen oder Matrizen erfordert, die zur zwangsweisen Führung des freifließenden geschmolzenen Kunststoffmaterials in Berührung mit dem Gewinde-Befestigungselement gebracht werden müssen, da das selbstsichernde Befestigungselement andernfalls keine wiederholbare, bestimmbare und eine ausreichende Höhe aufweisende Halte-Drehkraft für alle Anwendungen zuläßt. Bei dem Verfahren nach der US-Patentschrift 3 63k 577 ist das Kunststoff-Fleckmaterial auf eine Höhe unterhalb der Gewindespitzen beschränkt, wodurch sich ein unterbrochener Fleck ergibt, der in Wirklichkeit eine Reihe von Einzelflecken zwischen den Gewindeflanken bildet. Bei dem Verfahren nach der US-Patentschrift 3 787 222 erstreckt sich demgegenüber das Fleckmaterial an der Mittellinie des Flecks mit einem unbestimmten Abstand über die Gewindespitzen.

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Dementsprechend liegt der generelle Zweck und das allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer neuen Vorrichtung und eines neuen Verfahrens zur schnellen, wirtschaftlichen, einfachen und betriebssicheren Herstellung eines Gewinde-Befestigungselements mit einem auf die Gewindeoberfläche aufgebrachten Sicherungsfleck aus thermoplastischem Kunststoff. Weiterhin ist Ziel der Erfindung die Schaffung eines Gewinde-Befestigungselementes, dem ein Sicherungsfleck mit variablen und dennoch begrenzten Maßen aufgeformt ist, durch den bestimmtere und wiederholbare Halte-Drehkräfte erreicht, eine verbesserte Wiederverwendbarkeit des selbstsichernden Befestxgungselementes ermöglicht und die Verschmutzung des Umgebungsbereichs durch das Abscheren überschüssigen Materials von dem Sicherungsfleck reduziert wird. Darüber hinaus ist es ein anderes Ziel der Erfindung, die maximale radiale Höhe des Kunststoff-Flecks gegenüber dem Nenn-Außendurchmesser des Befestigungselement-Gewindes durch die Ausübung eines Walzdrucks auf einen bestimmten Abstand von den Gewindespitzen zu begrenzen. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt ferner in der Schaffung einer dichteren Verteilung des Fleck-Materials durch die Ausübung eines Walzdrucks auf den Kunststoff-Fleck. Es ist schließlich weiterhin noch Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verstärkte Verklebung des thermoplastischen Kunststoffs auf 4er Gewindeoberfläche des Befestigungselementes durch die Ausübung eines Walzdrucks auf den Kunststoff-Fleck herbeizuführen.

Diese und weitere Ziele werden erfindungsgemäß von einem selbstsichernden Befestigungselement mit Außengewindegängen erreicht, die jeweils einen Fuß, eine Spitze und dazwischen eine Flanke aufweisen und die einen elastischen, verformbaren Fleck aus thermoplastischem Material besitzen, der in Pulverform aufgebracht und auf die Gewindeoberfläche über eine bestimmte, kleiner als l8o° gewählte Umfangsausdehnung aufgeschmolzen ist. Das thermoplastische Material

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- Jh-

wird dann einem Walzdruck ausgesetzt, durch den es zwangsweise in eine bestimmte radiale Höhe über den Gewindespitzen gebracht wird.

Ein Verfahren zur Herstellung solcher Befestigungselemente umfaßt die Verfahrensschritte des Erhitzens . der Außengewindefläche auf eine Temperatur, die wenigstens gleich der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials ist, ferner des Auftrags des Materials in Pulverform auf die erhitzte Außengewindefläche über eine bestimmte, kleiner als l8o gewählte Umfangsausdehnung bei zugleich erfolgender Schmelzklebung des Materials auf die Außengewindefläche, und des Aufbringens eines Walzdrucks auf das Material zur Verformung des Flecks, wobei das Material in eine bestimmte radiale Höhe über den Gewindespitzen gepreßt wird.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einem selbstsichernden Schraub-Befestigungselement mit auf die Gewindefläche aufgeklebtem elastischen Fleck aus thermoplastischem Kunststoff sowie in einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung solcher Befestigungselemente. Dabei wird das Befestigungselement durch eine Induktions-Heizspule auf eine Temperatur erwärmt, die über der Schmelztemperatur des Kunststoffes liegt, woraufhin auf die Gewindeoberfläche über einen bestimmten Bereich durch Schwerkraftzuführung Pulver aufgetragen wird. Danach wird zur Formung des Flecks ein Walzdruck auf das Kunststoffmaterial ausgeübt, der das Material zwischen den Gewindeflanken verdichtet und die Fleckhöhe auf eine bestimmte radiale Höhe über den Gewindespitzen begrenzt. Die gesteuerte radiale Höhe des Flecks liegt innerhalb des senkrechten Mantelbereichs des Haupt-Außengewindedurchmessersdes Befestigungselement-Gewindes.

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Im folgenden wird an Hand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schaubildliche Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Herstellung von mit einem Sicherungsfleck versehenen selbstsichernden Befestxgungselementen,

Fig. 2 zeigt eine Ansicht der bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendeten Magnethalterung,

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte schaubildliche Darstellung der bei der Vorrichtung in Fig. 1 verwendeten Heiz- und Pulverauftragseinrichtung,

Fig. k zeigt eine Draufsicht der Pulverauftragseinrichtung in drei verschiedenen, mit A, B und C gekennzeichneten Stellungen,

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte schaubildliche Darstellung der Wassersprüh- und Druckwalzvorricl. tiger ₄ Ie sie bei der Vorrichtung in Fig. 1 benutzt werden,

Fig. 6 zeigt eine Ansicht einer Walzeneinstelleinrichtung,

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Frontansicht der Druckwalzvorrichtung gemäß Fig. 1 und 5 einschließlich der elastischen Verbundauflage und mit Darstellung eines typischen Befestigungselementes mit auf seiner Oberfläche sitzendem Kunststoffmaterial vor, während und nach dem Walzen,

Fig. 8 zeigt eine schaubildliche Darstellung eines Befestigungselementes mit dem geformten Kunststoff-Fleck nach dem Druckwalzen und

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Fig. 9 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt entsprechend der Schnittlinie 9-9 in Fig. 7 mit Darstellung der Verteilung des Kunststoffraaterials auf den Befestigungselement-Gewindegängen etwa in der Mitte des Flecks.

Die Fig. 1 bis 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 8 und 9 zeigen das auf diese Weise hergestellte selbstsichernde Befestigungselement. Ein Befestigungselement Io, das einen mit einem Außengewinde versehenen Schaft 12 besitzt, ist auf einem Förderer Ik liegend dargestellt. Dazu ist anzumerken, daß das Verfahren unter Bezugnahme auf ein einzelnes Befestigungselement beschrieben wird, es sich jedoch versteht, daß die Vorrichtung aufeinanderfolgend eine große Anzahl von Befestigungselementen fließbandartig aufnimmt. Zur Vorbereitung des Auftrags eines thermoplastischen Kunststoffs in Pulverform wird das Befestigungselement zunächst zur Entfernung jeglichen Öls und Fetts aus den Gewindegängen und vom Elementenkörper entfettet und dann zur Schaffung einer weitgehend sauberen und von Fremdmaterial
freien Oberfläche mechanisch gereinigt, beispielsweise durch das sogenannte "wheelabrating". "Wheelabrating" ist ein bekanntes mechanisches Behandlungsverfahren, das allgemein in der gesamten Befestigungseleraenten-Industrie zur Entfernung von Fremdmaterial von den Befestigungselementen benutzt wird. Das Befestigungselement Io wird dann in geeigneter Weise, entweder manuell oder automatisch durch nicht näher dargestellte Mittel auf den Förderer 14 aufgelegt,
wobei es auf einer quer zur Längsachse des Förderers Ik
verlaufenden Reihe magnetischer Halterungen 16 angeordnet
wird. Wie die Fig. 2 erkennen läßt, umfaßt jeder Halter 16 ein Paar Glieder 18 und 2o, die an einer Basis 22 befestigt sind. Sowohl die Glieder als auch die Basis bestehen aus
magnetisierbarer!! Material wie Stahlblech. Zwischen den

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Gliedern l8 und 2o ist ein Dauermagnet 24 in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise durch den Bolzen 26 und die Mutter 28. Der Kopfbereich des Gliedes 2o ist so gestaltet, daß das Befestigungselement Io auf eine Art auf ihm aufliegen kann, daß es zum Transport durch die verschiedenen Stationen der Vorrichtung sicher an dem vertikalen Glied 18 anliegt. Das Glied 2o ist im Kopfbereich vorzugsweise horizontal ausgebildet, damit das Befestigungselement Io am Ende des Verfahrens mechanisch aus der Halterung ausgestoßen werden kann, was nachfolgend im einzelnen noch näher beschrieben wird. Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Befestigungselemente Io, die mit den Vorderenden des Gewindeschaftes 12 über den äußersten Halter l6 einer Halterreihe vorstehen, so daß sich das Befestigungselement in der richtigen Lage zum Aufbringen des Kunststoffpulvers auf seine Oberfläche befindet. Der Förderer 14 wird in einem veränderlichen Geschwindigkeitsbereich von etwa l,5m/min bis 7,5m/min (5-24 ft.p.min.) durch einen (nicht dargestellten) geeigneten konventionellen Antrieb bewegt.

Das Befestigungselement Io wird zunächst zur Heizeinrichtung 3o bewegt, durch die der Gewindeschaft 12, der das thermoplastische Material aufnehmen soll, beim Durchgang zwischen einer oberen Induktionsheizschleife 32 und einer unteren Induktionsheizschleife 34 erwärmt wird, wobei die Oberflächentemperatur auf einen Wert zwischen etwa 246 C (475°F) bis 274°C (525^OF) erhöht wird und diese Temperaturen über der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials liegen. Es versteht sich, daß die Temperatur des Innenmaterials des Bolzens in Abhängigkeit vom Bolzendurchmesser veränderlich ist, die Wärmeleitung von der Oberfläche zum Inneren jedoch dazu führt, daß das der Oberfläche benachbarte Material annähernd die gleiche Temperatur wie die Oberfläche hat. Bei der gewählten Erwärmungseinrichtung sind die Induktionsheizschleifen 32 und 34 etwa 45 cm (18 Zoll) lang, wobei sie durch ein Lapel-Hochfrequenzinduktionsheizgerät 36 mit

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15 kw Leistung mit Energie versorgt werden. Die Geschwindigkeit des Förderers 14 und die den Induktionsschleifen 32 und 34 zugeführte Energie sind so gewählt, daß das Befestigungselement bis zum Kern erhitzt wird und das im Inneren erhitzte Metall einen Wärmespeicher bildet, von dem der Oberfläche des Befestigungselementes auch noch nach Verlassen der Induktionsheizschleifen Wärme zugeführt wird. Es wurde festgestellt, daß diese bleibende Wärmequelle das Aufschmelzen und die nachfolgende Schmelzverbindung des thermoplastischen Materials mit der Gewindeoberfläche des Befestigungselementes unterstützt. Nach der Erwärmung wird das Befestigungselement Io der Pulverauftrageinrichtung zugeführt. Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, umfaßt die Einrichtung 38 einen linearen Vibrationszuführer 4o, der eine an ihm angebrachte einstellbare Rinne 42, einen Pulvervorrat strichter 44 oberhalb der Rinne 42 und eine (nicht dargestellte) Rückführrinne unterhalb des Förderers 14 zum Auffangen des überschüssigen Pulvers aufweist. Auf jeder Seite der Rinne 42 ist eine Platte 46 bzw. 48 angeordnet, die in beiden Richtungen der Achse des Förderers 14 bewegbar sind und dadurch eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Breite der Rinne 42 ermöglichen, wie dies aus den Fig. 4a,.4B und 4C ersichtlich ist. Die Einrichtung ist in einer horizontalen Ebene drehbar angeordnet, so daß der Winkel zwischen der Vorderkante der Rinne 42 und der Längsachse des Förderers l4 eingestellt werden kann. Dieses Merkmal zusammen mit der Einstellbarkeit der Breite der Rinne 42 ermöglicht eine sorgfältige Steuerung der Abmessungen und der Gestalt des auf einem Befestigungselement Io auszubildenden Kunststoff-Flecks. Die Frequenz des Vibrationszuführers 4o ist zur Steuerung der auf das Befestigungselement Io aufzubringenden Pulvermenge einstellbar. Das auf den Gewindeschaft 12 aufgebrachte thermoplastische Material ist in Form feinen Puders in dem Trichter 44 gespeichert. Das thermoplastische Material kann aus einer Anzahl von Materialien ausgewählt sein, zu deren allgemeinen

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Eigenschaften eine hohe Zugfestigkeit und Dehnbarkeit im erstarrten Zustand gehören. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist als geeignetes Material ein Nylonpulver der Dumont Chemical Co· mit der Bezeichnung DURBEL-MA-12 als geeignet für die vorgesehene Verwendung ausgewählt. Das Pulver fällt durch die Öffnung 5o im Boden des Trichters 44 auf die Rinne 42, die eine bestimmte Pulvermenge auf dem Bolzenschaft verteilt.Dabei sollte wenigstens ein voller Gewindegang des Vorderendes des Befestigungselementes Io nicht mit thermoplastischem Material versehen werden, damit die Einführung des Befestigungselementes in ein mit einem passenden Gegengewinde versehenes Werkstück erleichtert wird. Die Rinne 42 ist von hinten nach vorn auf den Bolzenschaft 12 zu etwas aufwärts geneigt, wobei die Schwingungen eines Hochfrequenzvibrationsmotors (nicht dargestellt) das Pulver über die so aufwärts geneigte Rinne fördert, bis es durch die Schwerkraft auf den Gewindeschaft 12 des Befestigungselementes Io fällt, wenn dieser unter der Rinne 42 durchgeführt wird. An der Einrichtung 38 ist über dem Förderer l4 ein Mantel oder eine Abdeckung 52 zur Unterbindung von Fremdluftströmen angeordnet, die die Zuführung des Pt?^TTers auf den Bolzenschaft 12 beeinflussen können. Auf die Berührung mit dem Gewindeschaft 12 hin schmilzt das Pulver zunächst auf und beginnt anschließend von der Oberfläche nach innen zu dem Fuß des Gewindes hin sich zu verfestigen, sobald das Befestigungselement bei der Weiterbewegung auf dem Förderer 14 der Umgebungsluft ausgesetzt wird. Aufgrund des Verlaufs der Schwerkraftszuführung des Pulvers auf den Gewindeschaft 12 weist das aufgebrachte thermoplastische Material eine im wesentlichen gleichmäßige Kegelform mit minimaler Dicke an den Rändern zu einer maximalen Dicke in der Mitte auf, wie dies aus der Fig. 7 (A) ersichtlich ist. In diesem freien Forrazustand erstreckt sich das thermoplastische Material mit unbestimmter Distanz über die Gewindespitzen des Gewindeschaftes 12.

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Nach dem Auftrag des Pulvers wird das Befestigungselement Io durch den Förderer l4 über eine bestimmte Strecke weitertransportiert, damit dasthermoplastische Material sich an und im Bereich der Oberfläche verfestigen kann. Zur Beschleunigung des Erstarrungsvorgangs kann hinter der Einrichtung 38 ein einen Wassernebel versprühendes Sprührohr 5^t beispielsweise in verschiebbarer Anordnung auf einer Schiene 55 angeordnet sein, wie dies die Fig. 5 zeigt. Es ist jedoch zu betonen, daß das Sprührohr ^h grundsätzlich wahlweise verwendet werden kann, falls der Förderer lA verkürzt werden soll.

In den Fig. 5,6 und 7 ist die Druckwalzenvorrichtung 56 zur Formung des Flecks dargestellt. Die Fig. 7 zeigt einen vorrückenden Vorschub des Befestigungselementes Io durch ein Rollenpaar hindurch, zwischen dem das thermoplastische Material in einen Fleck 58 der vorgesehenen Gestalt umgeformt wird. In der ersten Position (A) ist das Befestigungselement Io vor dem Eintritt in die Vorrichtung 56 mit teilweise erstarrtem Kunststoff-Fleck auf dem Gewindeschaft 12 dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Material vor dem Walzen eine im wesentlichen unebene Gestalt aufweist und sich mit unregelmäßigem Abstand über die Gewindegänge des Befestigungselementes erhebt, wobei die Materialdicke in der Nähe des Zentrums am größten ist. Die Vorrichtung 56 umfaßt eine obere Walze 60 und eine untere Walze 62. Jede der Walzen ist in Form einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet, die im wesentlichen aus Metall oder einem anderen festen Werkstoff besteht und bei der dargestellten Ausführungsform einen Durchmesser von etwa 17,5 cm (6-7/8 Zoll) besitzt. Es versteht sich, daß die Walzen 60 und 62 jede Größe haben können , die zur Erzeugung einer ausreichenden Kraft geeignet sind, mit der der Fleck 58 genau formbar ist, wobei die Walzengröße in Abhängigkeit von der Schraubengröße verändert werden kann.

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Auf den Umfang der oberen Walze 60 ist ein ringförmiges elastisches Element 64 aufgebracht, während ein entsprechendes ringförmiges elastisches Element 66 um den Umfang der unteren Walze 62 gelegt ist. Die elastischen Elemente 6k und 66 sind jeweils durch das Aufbringen eines o,24 cm (3/32 Zoll) dicken Streifens aus Cohrlastic 4oo-Silikongummi auf die Oberseite eines l,27cra (1/2 Zoll) dicken Streifens aus Cohrlastic R-lo^o-Schwamragummi mit mittlerem Silikongehalt hergestellt. Das Schwammgummi ermöglicht eine der Gewindeform folgenden Elastizität, während das Plattengummi für eine glatte Oberfläche mit geschlossenen Poren und damit für ein gleichmäßigeres Aussehen des Flecks sorgt. Silikongummi wird wegen seiner allgemeinen Wärmewiderstandsfähigkeit bevorzugt. Es versteht sich jedoch, daß auch andere generell elastische Materialien für die Elemente 6k und 66 in gleich erfolgreichem Maße verwendet werden können. Die Walzen 60 und 62 sind anfänglich mit einem bestimmten festen Abstand voneinander getrennt, damit das Befestigungselement durch sie hindurchgelangen kann, ohne daß diese aus den Halterungen l6 herausgedrängt werden. Eine typische Anfangstrennung der Oberflächen 68 und 7 ο der jeweiligen Elemente 6k und 66 für ein Befestigungselement mit nominal o,95 cm (3/8 Zoll) Innendurchmesser liegt beispielsweise in der Größenordnung von o_to8 cm (1/32 Zoll). Die Walzen 60 und 62 werden mit einer solchen Rotationsgeschwindigkeit angetrieben, daß die Tangentialgeschwindigkeit der Oberflächen 68 und 7o etwa gleich der Lineargeschwindigkeit des Förderers Ik ist. Die Rotationsgeschwindigkeit und der Anfangs ab stand der Walzen kann durch eine noch zu beschreibende Einrichtung eingestellt werden. Wie die Fig. 7 in der Position (B) zeigt, gelangt das Befestigungselement Io zwischen die Walzen 60 und 62, wobei die Oberfläche 68 des oberen elastischen Elementes 6k sich der oberen Hälfte des Gewindeschaftes 12 anlegt und eine im wesentlichen vertikal abwärts gerichtete Kraft auf das

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teilweise verfestigte thermoplastische Material ausübt. Die Oberfläche 7o des unteren elastischen Elementes 66 liegt in gleicher Weise der unteren Hälfte des Gewindeschaftes 12 an und übt auf diesen eine Reaktionskraft in der- gleichen Größe aus. Die Oberfläche 68 berührt den Gewindeschaft 12 zunächst in der Nähe eines verjüngten Randbereiches des thermoplastischen Materials und rollt dann über die Oberfläche ab, wobei sie einen radial nach innen gerichteten Druck auf das Material ausübt, dieses dadurch verdichtet und in den Fußbereich der Gewindegänge sowie gegen die Schaftoberfläche 12 drückt und so den Fleck 58 formt. Die Walzen verlagern dabei überschüssiges thermoplastisches Material oberhalb der Gewindespitzen und drücken dieses in die Fußbereiche des Gewindes sowie gegen den Umfang der Gewindeflanken, wodurch die Höhe des geformten Flecks 58 festgelegt und begrenzt wird, wie dies aus der Position (C) der Fig. 7 ersichtlich ist. Dieser Formvorgang vermittelt dem Fleck 58 eine im wesentlichen rechteckige Gestalt. Es wurde ermittelt, daß die radial am weitesten außen liegende Fläche des so durch die Walzen 60 und 62 geformten Flecks 58 einen dem theoretischen oder Nenn· Außendurchmesser des Befestigungselementen-Gewindes ent-" sprechenden Wert nicht überschreitet. Die Fig. 9 zeigt, daß der wirkliche Durchmesser der Spitzen 6l des Befestigungselement-Gewindes kleiner ist als der Nenn-Außendurchmesser des Gewindes. So besitzt beispielsweise ein nominell 3/8-l6-ZoIl Bolzen einen Nennaußendurchmesser von o,953 cm (o,375 Zoll), während der tatsächliche Außendurchraesser typisch etwa zwischen o,93 cm (0,366 Zoll) und o,935 cm (0,368 Zoll) liegt. Das Druckwalzen des. thermoplastischen Materials reduziert die maximale radiale Ausdehnung der Flächen 63 des Flecks 58 auf eine Höhe, die den theoretischen oder Nenn-Außendurchmesser des Befestigungselement-Gewindes, der o,953 cm (o,375 Zoll) beträgt, nicht überschreitet.

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Typische maximale Durchmesser im Bereich der Flächen 63 lagen bei einer Anzahl von nominal 3/8-I6-Z0II Bolzen zwischen etwa o,932 cm (0,367 Zoll) und o,9*t2 cm (o,371 Zoll). Es ist darauf hinzuweisen, daß der radia-le Abstand zwischen der Längsachse des Befestigungselementes bis zu den Oberflächen 63 größer ist als der entsprechende radiale Abstand zwischen der Achse und den Gewindespitzen an einem Punkt, der den Flächen 63 diametral gegenüberliegt. Der Hinweis auf diesen Punkt soll zeigen, daß die periphere Gestalt des Befestigungselementes an dem Fleck 58 nicht vollständig kreisförmig ist und daher die an den Oberflächen 63 ermittelten, vorangehend genannten Maximaldurchmesser die tatsächlichen Durchmesser im Vergleich mit dem theoretischen Nenn-Außendurchmesser sind. Es wurde festgestellt, daß die Gleichmäßigkeit der Fleckabmessungen einschließlich der Begrenzung des Flecks auf eine bestimmte Höhe, die im wesentlichen gleich der Mantelfläche des Nenn-Außendurchmesser s ist, zu einer größeren Gleichmäßigkeit der Testergebnisse bei der Ermittlung des Sicherungs-Drehmoments wie auch zu annehmbaren Sicherungs-Drehmomentwerten führten, und zwar sowohl nach der ersten Befestigung als auch nach der ersten und fünften Entfernung. Dieses Testveric^ren ist ein in der Industrie weitgehend gebräuchliches Standardverfahren zur Messung der Wirksamkeit selbstsichernder Befestigungselemente. Der beim Formvorgang erzeugt« Druck führt zur Bildung eines verdichteten Flecks und zwingt das aufgeschmolzene Material zugleich in einen engeren Kontakt mit der erhitzten Oberfläche des Befestigungselementes, wodurch die Haftung des Flecks verbessert wird. Es ist dazu anzumerken, daß auf die Oberfläche des Befestigungselementes keine Grundierung aufgetragen wird, wie dies beispielsweise bei den in den eingangs erwähnten US-Patentschriften 3 ^98 352 und 3 787 222 offenbarten Lösungen der Fall ist.

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Die Fig. 6 zeigt den Einstell- und Antriebsmechanismus für die Walzen 60 und 62. Die untere Walze 62 ist über eine Achse 74 mit einem Zahnrad 72 vereinigt und drehbar in der Vorrichtung 56 gelagert. Die obere Walze 60 ist durch eine Achse 78 mit einem Zahnrad 76 vereinigt und drehbar in einer Platte 80 gelagert. Die Platte 80 ist in vertikaler Richtung in Bezug auf die Vorrichtung 56 bewegbar und zwar mit Hilfe der Längsschlitze 82, 84 und 86 und der Stellbolzen 88, 9o und 92. Durch die vertikale Einstellung der Platte 80 kann der erwünschte Betrag des ursprünglichen Abstandes zwischen den Flächen 68 und 7o der elastischen Elemente 64 und 66 hergestellt werden. Es versteht sich dabei, daß die untere Walze 62 zu einer noch genaueren Steuerung und Einstellung des Ausgangsab Standes der Walzen gleichermaßen vertikal einstellbar angeordnet sein kann. Der Ausgangsabstand zwischen den Elementen 64 und 66 sollte im Idealfall für einen 3/8-I6 Zoll-Bolzen so gewählt werden, daß diese Elemente beim Durchgang des Bolzens jeweils auf eine Dicke von etwa o,l6 cm bis o,24 cm (I/16-3/32 Zoll) zusammengedrückt werden. Die Größe des Ausgangsabstandes zwischen den Elementen 64 und 66 verändert sich mit der Bolzengröße, jedoch führt die letztliche Zusammendrückung der Elemente auf den genannten Dickenbereich zu akzeptablen Ergebnissen für alle Bolzengrößen. Über eine Welle 96 ist ein Getreibezahnrad 94 mit einem nicht dargestellten Motor mit regelbarer Drehzahl verbunden, wobei die Welle 96 drehbar in einer Platte 98 gelagert ist, in der Schlitze loo, Io2, Io4 und I06 ausgebildet sind. Die Drehzahl des Motors ist so eingestellt, daß die Walzen 60 und 62 mit einer Tangentialgeschwindigkeit angetrieben werden, die genau auf die Lineargeschwindigkeit des Förderers l4 abgestimmt ist. Mit den genannten Schlitzen wirken die Stellbolzen I08, Ho, 112 und Il4 so zusammen, daß eine lineare Bewegung der Platte 98 möglich ist. Das Zahnrad 94 ist so ausge-

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bildet, daß es mit den Zahnrädern 72 und 76 zum Antrieb der Walzen 60 und 62 in Eingriff gelangt. Sobald die Platte 80 zur Änderung des vertikalen Abstands der Oberflächen 68 und 70 vertikal bewegt wird_t muß die das antreibende Zahnrad 9^ tragende Platte ebenfalls verschoben werden, damit der Eingriff mit den Zahnrädern 72 und erhalten bleibt.

Die Fig. 1 zeigt wiederum, daß das Befestigungselement Iq nach dem Durchgang durch die Walzen 60 und 62 von dem Förderer 14 auf die Unterseite der Vorrichtung transportiert wird, wo es durch eine geeignete Einrichtung wie beispielsweise einen (nicht dargestellten) stationären Abstreifer von den Magnethaltern l6 gelöst wird und zur Abkühlung in einen Kühlbehälter II6 fällt.

Nach dieser Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind einige der vielfältigen Vorteile klar ersichtlich. Die offenbarte Vorrichtung und das offenbarte Verfahren bilden ein verhältnismäßig einfaches und wirtschaftliches Mittel zur Herstellung selbstsichernder Befestigungselemente mit auf der Gewindeoberfläche ■ ausgebildetem Fleck aus thermoplastischem Kunststoff. Durch das Druckwalzen werden bestimmte, gleichmäßige Abmessungen des Flecks voxi Befestigungselement zu Befestigungselement sichergestellt und zwar einschließlich der Fleckhöhe, wodurch gleichmäßige Wirkungseigenschaften sichergestellt werden. Mit den in der vorangehend beschriebenen Weise hergestellten Befestigungselementen lassen sich nach den in der Industrie gebräuchlichen Standards eine bessere Vorherbestimmbarkeit und eine verbesserte Gleichmäßigkeit der Hemmkraft-Testergebnisse erreichen. Hinzu kommt, daß das Druckwalzen eine bessere Haftung des thermoplastischen Fleckmaterials an dem Gew indeschaftteil des Befestigungselementes sicherstellt, wodurch durch Abrisse verursachte Fleck-Fehlstellen wesentlich verringert werden. Infolge des Fehlens von losem

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oder überflüssigem, durch das Gegengewinde abscherbarem Material wird auch eine Verschmutzung der Umgebung der Schraubeneinsatzstelle auf ein Minimum reduziert·

Im Rahmen der vorangehend beschriebenen Erfindung ist noch eine Vielzahl von Abänderungen und Modifikationen möglich. Es versteht sich daher, daß die Erfindung im Rahmen der anschließenden Ansprüche abweichend von der speziell beschriebenen Ausführungsform ausgeführt werden kann.

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Leerseite

Claims

A η s ρ r ii c h e :

1. Verfahren zur Herstellung eines selbstsichernden Befestigungselementes mit Außengewinde, bei dem ein elastischer, verformbarer Fleck aus thermoplastischem Material auf die Qewindeoberflache aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Gewindeaußenfläche

- auf eine wenigstens der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials entsprechende Temperatur erhitzt wird, dann das thermoplastische Material in Pulverform über einen gewählten Umfangsbereich, der kleiner ist als l8o , auf die erhitzte Gewindeaußenfläche aufgetragen und. das thermoplastische Material dabei durch Aufschmelzung mit der Gewindeaußenfläche verbunden wird, sowie schließlich zur Formung des Flecks (58) das thermoplastische Material einem Walzdruck unterworfen und dadurch auf eine bestimmte radiale Höhe über den Gewindespitzen (6l) gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingestellte radiale Höhe innerhalb der normalen Hüllfläche des Nenn-Außendurchmessers des Befestigungselementen-Gewindes liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,daß die Abmessung vom Außendurchmesser

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der Gewindespitzen (6l) des Befestigungselementes diametral gegenüber dem Fleck (58) zur radial am weitesten außen liegenden Fläche des Flecks einen Wert nicht überschreitet, der gleich dem Nenn-Außendurchmesser des Befestigungselement-Gewindes ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet , daß das Befestigungselement (lo) vor dem Auftrag des Kunststoffmaterials auf die Gewindeaußenfläche in eine Lage überführt wird, bei der seine Längsachse etwa horizontal verläuft.

5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Befestigungselementes auf eine Temperatur zwischen 246°C (475°F) und 274⁰C (525°F) erhitzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß als Kunststoffmaterial ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, der generell hohe Zugfestigkeits- und Dehnungseigenschaften im verfestigten Zustand besitzt.

7· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das thermoplastische Material zu einem Zeitpunkt dem Walzdruck ausgesetzt wird, in dem es an der und im Bereich der Oberfläche teilweise erstarrt ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ", , dadurch gekennzeichnet , daß der Druck auf das teilweise verfestigte thermoplastische Material zusr Bildung eines Flecks (58) von anem Paar Walzen (60,62) aufgebracht wird, die nebeneinander angeordnete Umfangsflachen besitzten und zwischen denen das Befestigungselement (Io ) hindurchgeführt wird, wobei das thermo-

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plastische Material auf der Gewindeaußenfläche mit einem der Umfangsflächen in Walzberührung kommt.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die mit dem thermoplastischen Material in Berührung kommende Umfangsflache elastisch ist,

Io» Selbstsicherndes Befestigungselement mit jeweils einen Fuß, eine Spitze und eine dazwischenliegende Flanke aufweisenden Außengewinde gangen, dadurch gekennzeichnet , daß auf einen vorbestimmten Umfangsbereich, der kleiner als l8o ist, ein elastischer, verformbarer Fleck {58) aus thermoplastischem Material in Pulverform aufgebracht und durch Aufschmelzung mit der Gewindeoberfläche verbunden ist, wobei das thermoplastische Material durch einen Walzdruck auf eine bestimmte radiale Höhe über den Gewindespitzen gepreßt ist.

11. Befestigungselement nach Anspruch Io, dadurch g e k e η nzeichnet , daß die gesteuerte radiale Höhe innerhalb der normalen Hüllfläche des Nenn-Außendurchmessers des Befestigungselement-Gewindes liegt.

12. Befestigungselement nach Anspruch Io oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Maß von dem Außendurchmesser der Spitzen (6l) des Befestigungselement-Gewindes diametral gegenüber dem Fleck zu der radial am weitesten außen liegenden Oberfläche des Flecks (58) einen Wert nicht übersteigt, der gleich dem Nenn-Außendurchmesser des Befestigungselement-Gewindes ist.

13. Befestigungselement insbesondere nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzielung der Selbstsicherungseigenschaft ein Fleck (58) aus thermoplastischem Material in Pulverform auf eine Mehr-

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zahl von Gewindegangen der unveränderten Gewindeflächen bis zu einer begrenzten Umfangsausdehnung aufgetragen, durch Wärme aufgeschmolzen und durch die Aufbringung eines Walzdrucks geformt ist, wodurch das thermoplastische Material auf eine bestimmte radiale Höhe innerhalb der normalen Hüllfläche des Nenn-Außendurchmessers des Befestigungselement-rGewindes gepreßt ist.

14. Vorrichtung zur Herstellung eines selbstsichernden Befestigungselements mit Außengewinde und einem elastischen, verformbaren Fleck aus thermoplastischem Material, der durch Aufschmelzung auf der Gewindeoberfläche festgelegt ist, gekennzeichnet -durch eine Einrichtung zum Erhitzen der Gewindeaußenfläche auf eine wenigstens der Schmelztemperatur des thermoplastischen Materials entsprechende Temperatur, ferner eine Einrichtung zum Aufbringen des thermoplastischen Materials in Pulverform

■ auf einen gewählten Umfangsbereich der erhitzten Gewindeaußenfläche, der kleiner als I8o° ist,sowie durch eine Einrichtung zum Ausüben eines Walzdrucks auf das thermoplastische Material zur Formung des Flecks (58) unter Pressung des thermoplastischen Materials auf eine bestimmte radiale Höhe über den Gewindespitzen (6l).

15. Vorrichtung-nach Anspruch i4, dadurch gekennzeichnet , daß die festgelegte radiale Höhe innerhalb der normalen Hüllfläche des Nenn-Außendurchmessers des Befestigungselement-Gewindes liegt.

16. Vorrichtung nach Anspruch l4 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Abmessung vom Außendurchmesser der Gewindespitzen des Befestigungselements diametral gegenüber dem Fleck zur radial am weL testen außen liegenden Fläche des Flecks (58) einen Wert nicht übersteigt, der gleich dem Nenn-Außendurchmesser des Befestigungselement-Gewindes ist.

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17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Halterung des Befestigungselemente (58) in einer Lage, in der seine Längsachse etwa horizontal verläuft.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17 f dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Aufbringen des Walzdruckes ein Paar von Walzen (60,62) umfaßt, die mit ihren Umfangsflächen nebeneinander liegen, wobei das Befestigungselement (lo) zwischen den Walzen (60,62) hindurchführbar und das thermoplastische Material mit seiner Außenfläche in Walzberührung mit einer der Walzenumfangsflächen bringbar ist.

19· Vorrichtung nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens die eine der Walzenumfangsflächen elastisch ausgebildet ist.

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