DE3430890A1

DE3430890A1 - Rostfreies befestigungselement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3430890A1
Application number: DE19843430890
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Hadano Kanagawa Akashi; Haruhiro Zama Kanagawa Itoh; Masashi Hadano Kanagawa Ohno
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Topura Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Topura Co Ltd
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1984-08-22
Publication date: 1985-03-21
Also published as: JPS6044613A; GB8421178D0; GB2147678A

Description

Beschreibung Rostfreies Befestigungselement und Verfahren

zu seiner Herstellung 5

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Befestigungselement und/oder eine Verbindung zwischen zwei metallischen Bauelementen. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Befestigungselement zum Verbinden von Me-

tallteilen, das erfolgreich die Rostbildung zwischen den aufeinanderliegenden Flächen von Befestigungselement und Me tallteilen verhindern kann.

Wenn hier von Befestigungselement gesprochen wird, dann be-

zieht sich dies auf beispielsweise einen Bolzen, eine Schraube, eine Mutter, einen Niet oder dergleichen. Solche Befestigungselemente bestehen gewöhnlich aus Metall, das ro stet, wenn seine Oberfläche Sauerstoff ausgesetzt ist. Das Befestigungselement muß jedoch nicht notwendigerweise aus

Metall bestehen, es kann auch aus anderen geeigneten Materialien, wie beispielsweise Kunstharzen bestehen. Das andere Wort "Teile" oder "Werkstücke", das in der Beschreibung auftritt, bezieht sich auf Lagen oder Teile aus steifem Material, die mit anderen Teilen oder Werkstücken mit Hilfe

des Befestigungselements verbunden werden sollen.

Um das Befestigungselement gegen Rost zu schützen, ist es bislang üblich, dieses zu galvanisieren oder auf seiner Oberfläche mit einer Beschichtung zu versehen. Säkulare

Veränderungen der Galvanisierung oder der Beschichtung kann jedoch möglicherweise doch dazu führen, daß das Befestigungselement rostet. Auch ist die Galvanisierung oder Beschichtung leicht der Gefahr einer Verletzung beim Festziehen der Befestigungseinrichtung ausgesetzt, so daß Oberflächenbereiche davon freigelegt werden, die mit Sauerstoff in Berührung kommen können und rosten. Während des Festziehens eines Befestigungselementes ist es auch mög-

lieh, daß die gegenüberliegende Oberfläche des Elementes so weit beschädigt wird, daß ihre Oberflächen dem Sauerstoff zugänglich werden, so daß gegebenenfalls Rosten möglich ist.
5

Speziell wenn das Befestigungselement oder die Verbindung bei Gegenständen, wie Kraftfahrzeugen verwendet werden, die normalerweise in Freiluft abgestellt und Regenwasser, Gischt (beim Seetransport) und dergleichen ausgesetzt sind, dann kann Rost die Lebensdauer sehr verkürzen. Sobald das Metall des Befestigungselementes oder des gegenüberstehenden Elementes zu rosten begonnen hat, setzt sich dieser Vorgang sehr schnell fort und der Rostbereich wird schnell

größer.
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Daher wird bei einer konventionellen Befestigungstechnik ein rostverhinderndes Wachs oder Öl in den Raum zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen von Befestigungselement und Bauelement oder in die Gewindegänge der Befe-

stigungsbolzen nach dem Anbringen derselben eingefüllt. Aber selbst nach einer solchen Behandlung ist ein Rostschutz nicht garantiert. Diese Extrabehandlung ist zudem kostenaufwendig.

Die Rostbildung beginnt grundsätzlich an einem Oberflächenpunkt, an dem die Galvanisierung beim Festziehen des Befestigungselementes vollständig entfernt worden ist. Wenn man daher die Galvanisierung auf den einander gegenüberstehenden Flächen von Befestigungselement und Bauelement

bzw. Werkstück und der ineinandergreifenden Gewindegänge der Befestigungselemente in irgendeiner Weise während des Befestigungsvorgangs schützt, dann kann man die Rostbildung erfolgreich bekämpfen. Selbst wenn einige Kratzer auf der Galvanisierung entstehen sollten, dann würde das Befestigungselement und/oder das Werkstück doch nicht rosten, wenn die zerkratzte galvanisierte Fläche mit einem anaero-

/3 ^

bischen Material, wie beispielsweise einem Rostschutzmittel bedeckt wird, um diesen Oberflächenbereich gegen Sauerstoff zu schützen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung anzugeben, die eine Rostschutzschicht zwischen den miteinander zu verbindenden Oberflächen eines Befestigungselementes und damit zu verbindenden Werkstückes während des Festziehens der Verbindung sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und ein Verfahren zum Herstellen einer rostgeschützten Verbindung zwischen Metallteilen mit Weiterbil-15

düngen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Von der Erfindung wird ein Befestigungselement angegeben, das einen Rostschutzmittelbehälter enthält, der während

des Festziehens der Verbindung zerstört wird und es dem 20

darin enthaltenen Rostschutzmittel erlaubt, zu entweichen und eine Rostschutzschicht zwischen das Befestigungselement und die Werkstücke zu legen. Dieser Rostschutzmittelbehälter besteht zweckmäßigerweise aus einer Vielzahl von

kleinen Rostschutzmittelbehältern, die auf der Oberfläche 25

des Befestigungselements angebracht sind. Jeder Rostschutzmittelbehälter besteht aus einer äußeren Schale, die während des Festziehens des Befestigungselementes zerstört wird, und einer kleinen Menge eines Rostschutzmittels, das von dieser Schale umschlossen wird.

Vorzugsweise besteht jeder Rostschutzmittelbehälter aus einer Mikrokapsel.

Eine Verbindung zwischen zwei Werkstücken enthält ein Be-

festigungselement mit einer Fläche, die einer Fläche wenigstens eines der Werkstücke gegenübersteht, und einer

ar γ ι

Cf

Vielzahl von Flüssigkeitsbehältern, die zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen von Befestigungselement und erstem Werkstück angeordnet sind. Diese bestehen aus

einer festen äußeren Schale, die ein Tröpfchen eines Rost-5

Schutzmittels umschließen. Die äußere Schale ist jeweils solcher Dicke und so stark, daß sie erst beim Festziehen des Befestigungselementes zerstört wird.

Ein rostgeschützter Gewindebolzen weist eine Oberfläche 10

auf, die dazu bestimmt ist, sich auf die Oberfläche wenigstens eines Werkstücks, das mit einem andern Werkstück zu verbinden ist, aufzulegen, und eine Vielzahl von Mikrokapseln, die jeweils aus einer äußeren Kunstharzschale bestehen, die einen Hohlraum umschließt, das mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, das dazu geeignet ist, als Schmiermittel und als Rostschutzmittel zu wirken. Die Mikrokapseln sind jeweils auf die Oberfläche des Gewindebolzens geklebt und die Schale ist dazu eingerichtet, beim Auflegen der Anlagefläche des Gewindebolzens auf das Werkstück

zu zerbrechen, um eine Fluidschicht zwischen dem Gewindebolzen und dem Werkstück zu legen.

Gemäß einem Verfahren zur Herstellung eines rostgeschützten Befestigungselementes, das eine Fläche aufweist, die sich

auf eine zugehörige Fläche eines ersten Bauelements auflegen soll, das mit einem zweiten Bauelement verbunden werden soll, sind eine Vielzahl von Behältern auf der Oberfläche des Befestigungselementes angeordnet, die ein Rostschutzmittel enthalten, das sich als Schicht zwischen die aufeinanderliegenden Flächen von Befestigungselement und erstem Bauelement legt, wenn die Behälter beim Anziehen des Befestigungselementes zum Verbinden der Bauelemente zerbrochen werden. Bei dem Verfahren werden Mikrokapseln aus einer steifen, zerbrechlichen äußeren Schale, die ein Tröpfchen eines Rostschutzmittels umschließt, gebildet und diese werden auf die Oberfläche des Befestigungselementes mittels eines Klebstoffs aufgeklebt.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, ohne dadurch den Schutzbereich der Erfin

_ dung einzuschränken. Es zeigt:
b

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gewindebolzens mit einer Vielzahl von Mikrokapseln als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Befestigungselementes nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils des Bolzens nach Fig. 1, an den eine Vielzahl von Mikrokapseln angeklebt sind;

Fig. 2A eine noch weiter vergrößerte Schnittdarstellung, die Details der Mikrokapseln zeigt;

Fig. 3 eine mikroskopische Darstellung eines BoI-20

zens, der mit Mikrokapseln auf seiner Oberfläche versehen ist;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer Verbindung

zwischen Metallteilen mittels Gewindebolzen 25

und Mutter, und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Mutter mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Gewindebolzen 10 mit Sechskantkopf Der Kopf 12 weist eine Unterseite 14 auf, die zur Anlage an die gegenüberliegende Oberfläche eines anzuschließenden Werkstücks bestimmt ist. In üblicher Weise weist der Gewindebolzen einen Gewindeschaft 16 auf, der sich von einem

gewindelosen Abschnitt 18 erstreckt und ein Gewinde 20 trägt.

Eine Vielzahl von Mikrokapseln 22, die ein Rostschutzmittel, einen Schmierstoff, ein Wachs oder dergleichen umschließen, kleben an der Unterseite 14 und an einem Teil _c des Gewindeabschnitts 20. Jede Mikrokapsel 22 besteht aus einer äußeren, festen Schale 24, die ein Tröpfchen eines wasserfreien Rostschutzmittels, wie beispielsweise einem Schmieröl, Wachs oder einem handelsüblichen Rostschutzmittel umschließt, wie am besten aus Fig. 2A ersichtlich ist. Die Mikrokapseln 22 kleben auf den verschiedenen Flächen des Bolzens, wie man in Fig. 2 erkennt, so daß die äußeren Schalen 24 zerbrochen werden, wenn der Bolzen festgezogen wird. Wenn die äußeren Schalen 24 zerbrochen werden, fließt das Rostschutzmittel, der Schmierstoff, das flüssige Wachs

oder dergleichen, das nachfolgend mit "Kapselfluid" be-15

zeichnet werden soll, aus der Kapsel und bildet eine Fluidschicht zwischen der Unterseite 14 und der gegenüberliegenden Fläche 28 eines der Werkstücke 30 und 32, die miteinander verbunden werden sollen, und zwischen die Gewindegänge 20, 34 des Bolzens und einer Mutter 36, wie Fig. 4 zeigt.

Die sich ergebende Fluidschicht dient als Schmierung für die zusammenwirkenden Gewindegänge des Bolzens 10 und der Mutter 36 für das sanfte Festziehen und für ein gleichmäßi-

ges Drehmoment. Außerdem hilft die Fluidschicht, ein Zerkratzen der zusammenwirkenden Oberflächen zu vermeiden und die Galvanisierung der Bolzen- und Mutternflächen zu schützen. Außerdem trennt die Fluidschicht die zusammenwirkenden Flächen von Bolzen und Muttern und die zusammenwirken-

den Flächen von Bolzenkopf und Werkstück vom Umgebungssauerstoff, Regenwasser und dergleichen, und die Säkularveränderung der Galvanisierung des Bolzens, der Mutter und/oder der Werkstücke wird sehr verzögert.

Jede Mikrokapsel 22 weist einen Durchmesser von einigen 10 μ bis einige 100 μ auf. Die äußere feste Schale 24 besteht aus einem Kunstharz, wie beispielsweise einem Epoxy-

harz, Nylon, Polyäthylen oder dergleichen. Das Kapselfluid ist so ausgewählt, daß es ausreichende Schmiereigenschaften aufweist und eine ausreichende Viskosität, um als

_c Schmiermittel und Isolierfluid zwischen den zusammenwirkenö

den Oberflächen zu wirken.

Die Mikrokapseln werden in der Weise hergestellt, daß das Kapselfluid in eine unmischbare Lösung gegossen wird, die das Kunstharz enthält, das später die Außenkapsel bildet. Das erhaltene Gemisch wird mit Hilfe eines Mischers beispielsweise gemischt. Nach genügender Bewegung erhält man eine kolloidale Tröpfchensuspension des Kapselfluides in der Lösung. Danach wird eine geeignete Behandlung, wie eine

Ionenaustauschung durchgeführt, um die Kunstharzkomponente 15

um jedes einzelne der suspendierten Fluidtröpfchen zu legen. Danach wird das Lösungsmittel durch konventionelle Maßnahmen, wie Spülung und Trocknung entfernt.

Die Mikrokapseln 22 werden auf den Flächen des Bolzens mit 20

Hilfe eines Klebstoffs 27 festgeklebt. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der Klebstoff aus zwei Komponenten, nämlich einem Binder und einem Härter, die unmittelbar vor dem Gebrauch miteinander vermischt werden. Die

Mikrokapseln werden mit der einen Komponente dieses Kleb-25

Stoffs vermischt und auf die vorgesehenen Flächenbereiche des Bolzens gesprüht. Die andere Komponente des Klebstoffes wird gleichzeitig auf dieselben Oberflächenbereiche gesprüht, um die Abbindereaktion auf den besprühten Flächen

des Bolzens auszulösen. Die Mikrokapsel kann man im ange-30

klebten Zustand in den Figuren 2 und 3 erkennen. Man sieht in diesen Figuren die Bedeckung sowohl der Bolzenfläche als auch der Mikrokapseln mit Klebstoff.

Es sei betont, daß die beschriebene Befestigungsart der 35

Mikrokapseln an den Bolzenflächen.nur beispielhaft angegeben ist, und daß es viele verschiedene Wege gibt, um die

Mikrokapseln an den Bolzenflächen zu befestigen. Beispielsweise können die Mikrokapseln an dem Bolzen auch durch Eintauchen des Bolzens in eine Mischung, die aus einem flüssigen Klebstoff und den Mikrokapseln besteht, befestigt werden. Nach dem Eintauchen des Bolzens in die Mischung werden die überschüssigen Mikrokapseln entfernt. In diesem Falle sind die Mikrokapseln über die gesamte Oberfläche des Bolzens verteilt. Bei einem anderen Ver-

-^q fahren wird ein Klebstoff auf jene Oberflächenbereiche des Bolzens aufgebracht, an denen Mikrokapseln festgeklebt werden sollen. Bevor der Klebstoff härtet, wird der Bolzen in einen Behälter, der mit Mikrokapseln gefüllt ist, hineingegeben. Überschüssige Mikrokapseln kann man von dem

,c Bolzen beispielsweise durch Zentrifugieren entfernen.

Obgleich als bevorzugtes Ausführungsbeispiel ein solches beschrieben worden ist, bei dem Mikrokapseln am Bolzen befestigt werden, ist es doch auch möglich, die Mikrokapseln

„_n an einer Mutter und/oder den entsprechenden Oberflächen der Werkstücke zu befestigen. Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem Mikrokapseln 26 an die Gewindegänge 34 einer Mutter angeklebt sind. Der gleiche Schmier- und Rostschutzeffekt läßt sich in diesem Fall erwarten. Außerdem können, wenn

„c es notwendig ist, die Mikrokapseln auch an den Flächenbereichen der Werkstücke angebracht werden, an denen der Bolzen und/oder die Mutter anliegt.

Es sei weiter betont, daß, obgleich die Beschreibung am „₀ Beispiel einer Befestigung mit Hilfe eines Bolzens und einer Mutter gegeben worden ist, die Erfindung auch an anderen Befestigungselementen angewendet werden kann, beispielsweise an Schrauben, Nägeln, Klammern, Nieten und dergleichen. Die Erfindung bezieht sich daher auf jede Art von Verbindung und Verbindungselemente, an denen die beschriebenen Mikrokapseln angebracht werden können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher ein Rostschutz durch eine Schicht eines Schmierstoffes oder Rostschutzmittels erzielt, die durch Aufbrechen von Mikrokapseln erzeugt wird. Da das Kapselfluid als Schmiermittel dienen kann, wird die Reibung zwischen den zusammenwirkenden Flächen von Bolzen, Mutter und/oder Werkstücken verringert und die Bemessung des Drehmoments beim Anziehen der Befestigung ist einfacher. Dies beschleunigt die Drehmomentkontrolle bei Herstellungsprozessen mit Schrauben und Mut-10

tern beispielsweise. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt in dem Klebstoff 27 und den Schalen 24. Nach dem Abschluß des Verbindungsvorganges können diese Restmaterialien an den zusammenwirkenden Flächen von Befestigungselement und Werkstück kleben bleiben und den Reibungs-

koeffizienten vergrößern. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit eines unbeabsichtigten Lösens der Verbindung vermieden, ohne daß das Drehmoment zum Herstellen der Verbindung vergrößert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Befestigungssystem zum Verbinden eines Werkstückes mit einem andern Werkstück mittels eines Befestigungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den

QQ zusammenwirkenden Flächen von Befestigungselement (10) und einem der Werkstücke (30) eine Vielzahl von Flüssigkeitsbehältern (22) angeordnet sind, die aus einer festen äußeren Schale (24) und einem davon umschlossenen Tröpfchen
eines flüssigen Rostschutzmittels (26) bestehen, wobei die

35 äußere Schale von solcher Dicke und Stärke ist, daß sie
beim Verbinden der Werkstücke mit Hilfe des Befestigungs-

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elementes bricht.

2. Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flüssigkeitsbehälter

(22) auf die Anlagefläche (14) des Befestigungselementes (10) mit einem Klebstoff festgeklebt ist.

3. Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Flüssigkeitsbehälter (22) die Form einer Mikrokapsel hat, die einen Durchmesser von einigen 10 bis einigen 100 u aufweist;

4. Befestigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit auch als Schmiermittel dient.

5. Befestigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit ein Flüssigwachs ist.

6. Befestigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Schale (27) aus einem Kunstharz besteht.

7. Befestigungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Kunstharz ein Epoxyharz, Nylon oder Polyäthylen ist.

8. Rostgeschütztes Gewindebefestigungselement mit einer

zur Anlage an die Oberfläche wenigstens eines der miteinander zu verbindenden Werkstücke bestimmten Anlagefläche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Mikrokapseln (22), die jeweils aus einer äußeren Kunstharzschicht (24) bestehen, die einen Hohlraum umschließen,

der mit einer Flüssigkeit (26) gefüllt ist, die in der Lage ist, als Schmiermittel und als Rostschutzmittel zu wirken, wobei jede Mikrokapsel (22) an die Anlagefläche (1*0

des Befestigungselementes angeklebt ist und die äußere Schicht (24) dazu geeignet ist, beim Aufeinanderlegen der zueinander passenden Oberflächen von Werkstück und Bec festigungselement zu zerbrechen, um eine Schicht der Flüssigkeit zwischen die zusammenwirkenden Flächen von Befestigungselement und Werkstück zu erzeugen.

9. Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch g e .^kennzeichnet , daß es ein Bolzen (10) ist, das

Gewindegänge aufweist, die in das Gewinde einer Mutter (36) einschraubbar sind, und daß die Mikrokapseln auf die Oberflächen der Gewindegänge des Bolzens aufgeklebt sind.

10. Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch g e 15

kennzeichnet , daß es einen Bolzen (10) und eine Mutter (36) enthält, die miteinander in Eingriff bringbar sind, wobei die Mutter (36) Gewindegänge (3¹O aufweist, auf die Mikrokapseln (22) mit Hilfe eines Kleb-Stoffs aufgeklebt sind.

11. Befestigungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrokapseln einige bis einige 100 μ Durchmesser haben.

12. Befestigungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit, die in den Mikrokapseln (22) enthalten ist, ein Rostschutzöl, ein Schmieröl oder Wachs ist.

13- Befestigungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Schale der Mikrokapseln (22) aus einem Kunstharz besteht.

14. Befestigungselement nach Anspruch 13, dadurch g e 35

kennzeichnet , daß das Kunstharz ein Epoxyharz, Nylon oder Polyäthylen ist.

15. Verfahren zum Herstellen eines rostgeschützten Befestigungselementes, bestehend aus einem befestigungselementen Körper mit einer Oberfläche, die zur Anlage an eine

_ entsprechende Oberfläche eines ersten Bauelementes bestimmt ο

ist, das mit einem weiteren Bauelement zu verbinden ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

Herstellen von Mikrokapseln aus einer festen, zerbrechlichen Außenschale, die ein Tröpfchen eines Rostschutzmittels enthalten, und Ankleben der Mikrokapseln auf die genannte Fläche des befestigungselementen Körpers mit Hilfe eines Klebstoffs.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrokapseln mit der einen Komponente eines Zweikomponentenklebstoffs beschichtet werden, daß die beschichteten Mikrokapseln auf die Oberfläche des Befestigungselementes gesprüht werden und daß

gleichzeitig die Oberfläche des Befestigungselementes mit der anderen Komponente des Klebstoffs besprüht wird.

17- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrokapseln mit einem flüssi-25

gen Klebstoff vermischt werden und daß das Befestigungselement in die erhaltene Mischung eingetaucht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung auch ein Lösungsmittel

enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Lösungsmittel Wasser ist.

20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß ein Klebstoff auf die Oberfläche des Befestigungselementes, auf die Mikrokapseln aufzukle-

ben sind, aufgebracht wird, und daß das so beschichtete Befestigungselement in einen Tank geworfen wird, der mit Mikrokapseln gefüllt ist.

21. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß Tröpfchen eines flüssigen Rostschutzmittels in einer ein Kunstharz enthaltenden Lösung dispergiert werden, daß das Kunstharz in der Lösung um die

Flüssigkeitströpfchen verfestigt wird und daß anschließend 10

die so erhaltenen Kapseln aus der übrigen Lösung abgeschieden werden.