Sicherheitsnadel

Hintergrund

Die moderne Sicherheitsnadel ist ein aufgewickeltes Stück Stahldraht, das an einem Ende angespitzt und am anderen mit einer Fangplatte versehen ist. Es handelt sich um ein Gerät, das um 1825 bis nach New York City zurückverfolgt werden kann. Ein verschuldeter Erfinder namens Walter Hunt suchte nach einer Möglichkeit, dies zurückzuzahlen eine 15-Dollar-Schuld. Er entwarf einen „sicheren Stift“ zum Sichern von Kleidung, der die Finger vor dem spitzen Ende schützte. Er ließ das Design 1849 patentieren und verkaufte seine Idee für 400 Dollar. Das Design ist seitdem praktisch gleich geblieben. Die Herstellung des am häufigsten verwendeten Materials Stahl hat sich jedoch stark verbessert, ebenso wie der mechanisierte Prozess, der zur Bildung der Stifte verwendet wird. Im Jahr 1864 wurde E. J. Manville erfand eine automatische Vierschiebermaschine, die der Vorläufer der heute verwendeten Maschinen war.

Auch wenn das aktuelle Design ein modernes ist, ist die Sicherheitsnadel ein uraltes Befestigungselement. In ägyptischen Gräbern wurden gewundene Bronzenadeln gefunden, die mit Gold verziert und mehrere Zentimeter lang waren. Die Griechen und Römer nannten sie Fibeln (lateinisch für Brosche) und verwendete einige zum Befestigen von Kleidungsstücken, während andere hauptsächlich Ornamente waren. Aus dem siebten Jahrhundert v.Chr. , kunstvoll verzierte Fibeln hatten entlang der Fangplatte oft Reihen von Löwen oder Sphinxen, die entweder in Reliefs geschnitzt oder gelötet waren. Eine iranische Nadel aus dieser Zeit war wie eine menschliche Hand geformt und mit zwei Löwen verziert, die Kopf an Schwanz platziert waren, während eine etruskische Fibel aus dem 8. Jahrhundert mit Enten verziert war. Die Fibel wurde in der gesamten antiken Welt weit verbreitet, als das Römische Reich expandierte. Im Mittelalter wurde das Design zu einem, das einem geraden Stift ähnelte. Diese wurden aus Holzspießen für gewöhnliche Leute oder aus Knochen, Elfenbein, Silber, Gold oder Messing für diejenigen, die reich und hochgestellt waren, gefertigt. Im 15. Jahrhundert wurden Anstecknadeln aus gezogenem Draht hergestellt, ein Verfahren, das auch heute noch bei der Herstellung moderner Sicherheitsnadeln existiert. Heutzutage ist der größte Verbraucher von Sicherheitsnadeln der Einzelhandelsmarkt für Nähartikel, während der größte gewerbliche Verbraucher die Wäscherei- und Reinigungsindustrie ist.

Rohstoffe

Die am häufigsten verwendeten Metalle für Sicherheitsnadeln sind Federstahl, Messing und Edelstahl. Die meisten Verbindungselemente ohne kritische Festigkeitsanforderungen bestehen aus Federstahl, einer Legierung aus Eisen das einen hohen Kohlenstoffgehalt hat (mehr als 0,5%). Durch Variation des dem Eisen zugesetzten Kohlenstoffanteils kann Federstahl eine hohe Zugfestigkeit und Elastizität aufweisen, die es ihm ermöglicht, sich zu biegen und in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.

Messing ist eine Legierung aus ungefähr zwei Dritteln Kupfer und einem Drittel Zink. Dieses Metall ist teurer als Federstahl und wird auf Hochglanz poliert. Es ist nicht magnetisch und lässt sich leicht in Form bringen. Die Festigkeit von Messing ist für die meisten Sicherheitsnadelanwendungen ausreichend.

Edelstahl ist teurer als Messing und eine Legierung, die Chrom und Nickel enthält (mangan wird manchmal anstelle von Nickel verwendet). Mit einer spiegelähnlichen Oberfläche wird Edelstahl verwendet, wenn es um Korrosion, Temperatur und Festigkeit geht. Für einige Sicherheitsnadelanwendungen wird jedoch eine Art kohlenstoffarmer Edelstahl – ferritischer Stahl, der weniger kostet als Edelstahl – verwendet.

Andere Rohstoffe umfassen eine Vielzahl von Beschichtungen und Beschichtungen. Das Üblichste Die Oberfläche der Federstahlstifte ist verchromt, gefolgt von einer abschließenden Wachsschicht. Wenn der Stift für längere Zeit einer feuchten Umgebung oder einem Tuch ausgesetzt werden soll, werden andere Behandlungen verwendet, um Flecken durch Korrosion des Stahls zu verhindern. Eine dieser Methoden besteht darin, den Stift mit dem chemischen Chromat zu beschichten, insbesondere bei Sicherheitsstiften aus Federstahl. Für Messing-Sicherheitsnadeln werden Nickelbeschichtungen verwendet, da sie einigen Chemikalien widerstehen und lange attraktiv bleiben. Eine teurere Behandlung für Messingstifte, vor allem zu dekorativen Zwecken, ist das Vergolden. Durch Trommeln der Stifte in einem Säurebad wird die oberste Messingschicht entfernt, wodurch eine glänzende, goldähnliche Oberfläche entsteht.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die moderne Herstellung von Sicherheitsnadeln erfolgt vollautomatisch. Spezialisierte Maschinen wurden entwickelt, um mehrere Schritte durchzuführen, viele Arbeiter zu ersetzen und die Effizienz des Herstellungsprozesses zu erhöhen. Über 3 Millionen Sicherheitsnadeln können an einem Tag von einer Fabrik hergestellt werden, fast 1 Milliarde pro Jahr. Es gibt nur zwei US-Unternehmen, die Sicherheitsnadeln herstellen, obwohl es im Ausland viel mehr Unternehmen gibt.

Den Draht herstellen

• 1 Stahldraht wird aus Roheisen veredelt, einem frühen Stadium der Eisenveredelung. Das Erz enthält zu diesem Zeitpunkt noch viele Verunreinigungen, darunter Kohlenstoff, der Eisen sehr spröde macht. In einem Konverter (einem Hochtemperaturofen) wird Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit in das geschmolzene Roheisen gepumpt, um den Kohlenstoff auszubrennen. Der geschmolzene Stahl wird dann durch ein Verfahren, das als Stranggießen bekannt ist, zu Brammen geformt. Das Metall wird in eine Form gegossen. Wasserstrahlen kühlen das Metall, während die Richtwalzen formen die Masse zu einem Barren namens Knüppel. Es wird dann in Säure gebeizt, um Oxidzunder zu entfernen, durch Walzen geführt, wärmebehandelt und dann langsam abgekühlt, ein Prozess, der als Glühen bekannt ist. Das kalte Metall wird dann zu Draht geformt, indem es durch mehrere Matrizen mit abnehmender Größe gezogen wird. Während dieser Phase wird das Metall häufig geglüht, um Sprödigkeit zu vermeiden. Beim Durchgang durch immer schmalere Matrizen erreicht der Draht die richtige Dicke (Dicke).

Den Draht durchschneiden

• 2 In der Stiftfabrik werden Spulen aus kohlenstoffreichem Federstahldraht auf Spulen geladen und der Rollenrichtmaschine zugeführt. Diese Maschine richtet und schneidet den Draht auf die richtige Länge, von einem Zoll bis zu einem Fuß lang. Die meisten Schneidemaschinen können an verschiedene Drahtdurchmesser angepasst werden.

Formen

• 3 Die geschnittenen Drahtstücke werden mit Förderbändern oder mit Karren zu den Schleifmaschinen transportiert. Die Drahtstücke werden über einen Trichter zugeführt und gegen Schleifscheiben gepresst. Ein Ende des Drahtes wird zu einem Punkt geschliffen. Im Schleifer werden auch die Metallteile poliert und Kerben und Grate von den sich verjüngenden Kanten entfernt.
• 4 Der Umformprozess erfolgt durch eine Vierschlittenmaschine, die eine Vielzahl von Bewegungen in vier Richtungen ermöglicht. Die Maschine ist maßgefertigt, um die Sicherheitsnadel zu formen. Die Drahtstifte werden der Maschine über einen Trichter zugeführt, wo sie an einer Kette aufgenommen werden. Sie werden dann um eine Welle oder Spindel gewickelt. Das ungespitzte Ende wird zu einem Haken gebogen, der die Kappe hält.
• 5 Währenddessen werden von der anderen Seite Stahlbleche in die Maschine eingezogen. Die Metallbleche werden auf einer Matrize gestanzt, wodurch seltsam geformte Stücke entstehen, die die krapfenförmige Kappe bilden.
• 6 Ein Stanzvorgang formt die zweidimensional gestanzten Stahlteile zu dreidimensionalen Kappen.
• 7 Im Inneren der Maschine trifft der geschärfte, hakenförmige und aufgewickelte Draht auf die Kappe. Die Kappe wird dann um das Hakenende des Drahtes gekrimpt. An dieser Stelle ist die Sicherheitsnadel vollständig geformt und die Schließe geschlossen.
• 8 Für Benutzer, die die Sicherheitsnadeln mit geöffneter Spitze und gebrauchsfertig kaufen, sind die Kosten höher. Eine mechanische Vorrichtung am Ende der Ketten öffnet die Stifte, und die Endbearbeitung muss in kleineren Chargen erfolgen, da die Stifte ineinander greifen und sich verheddern.

Veredelung und Verpackung

• 9 Die Stifte werden in perforierte Kunststoffkörbe geladen. Wenn eine Beschichtung erforderlich ist, werden Stahlstifte im Allgemeinen verchromt, während Messingstifte vernickelt werden. Beim Galvanisieren werden die geformten Stifte in einen Tank mit der Beschichtungslösung gegeben. Der Tank wird elektrisch aufgeladen, wodurch die Chemikalien in der Lösung gezwungen werden, an den Stiften in einer feinen Schicht zu haften. Die galvanisierten Stifte werden durch den rotierenden Tank geschüttelt, um eine gleichmäßige Beschichtung zu gewährleisten.
• 10 Die Pins werden mit Wasser abgespült und anschließend in einen weiteren Tank gegeben, wo ihnen ein chemisches Bad den letzten Schliff verleiht.
• 11 Die Stifte werden in einer Waschmittellösung gewaschen und mit einem Wachsfinish versehen.
• 12 Die geformten und fertigen Pins werden dann verpackt. Lose von 10 brutto pro Karton sind die Standard-Groß- oder Industriepackungen. Die meisten Verbraucher kaufen Sicherheitsnadeln in Polybeuteln oder Blisterpackungen.

Die Zukunft

Obwohl im 20. Jahrhundert modernere Verschlüsse wie Klettverschlüsse eingeführt wurden, haben sie die Sicherheitsnadel nicht ersetzt. Seine Einfachheit und Nützlichkeit scheinen seine Zukunft im nächsten Jahrhundert zu garantieren. In den weniger industrialisierten Ländern gibt es noch einen großen Markt für Sicherheitsnadeln. In Indien zum Beispiel werden Stecknadeln und Nähnadeln über Generationen aufbewahrt und verwendet, von der Mutter an die Tochter weitergegeben. In einer Wirtschaft wie dieser haben die Menschen keinen einfachen Zugang zu alternativen Befestigungselementen, und es wird viel Wert darauf gelegt, was viele von uns als Gebrauchsgegenstand wahrnehmen.