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Schraubensicherungen:Ein Leitfaden für Schraubensicherungsklebstoffe

Vor mehr als 2.000 Jahren erfunden, sind Befestigungselemente mit Gewinde immer noch die wichtigsten lösbaren Teile, die bei der Konstruktion und Montage von Maschinen verwendet werden. Sie sind auf praktisch allen mechanischen Komponenten zu finden und halten häufig sehr kritische Teile zusammen.

Da in den USA jedes Jahr mehr als 300 Milliarden Befestigungselemente in Montageanwendungen von Automobilen und Flugzeugen bis hin zu Haushaltsgeräten verbraucht werden, ist es von entscheidender Bedeutung, dass diese Befestigungselemente eine vorhersehbare, gleichmäßige Leistung bieten, indem sie nach der Installation dicht bleiben.

Trotz jahrhundertelanger Verbesserung versagen Befestigungselemente mit Gewinde immer noch. Das Versagen von Befestigungselementen hat eine von zwei Ursachen. Spannungsrelaxation wird häufig durch Temperaturänderungen verursacht und beinhaltet die Ausdehnung und Kontraktion von Schrauben und Trägermaterialien, die die Schraubenspannung und Klemmkraft in der Baugruppe reduzieren.

Eine zweite Ursache für das Versagen von Befestigungselementen ist die Selbstlockerung, die durch eine seitliche Gleitbewegung zwischen den Kontaktflächen der Befestigungselemente verursacht wird. Während viele mechanische Verfahren wie Federringe, Drahthalter und Sicherungsbolzen entwickelt wurden, um ein unkontrolliertes Lösen von Befestigungselementen zu verhindern, erhöhen mechanische Sicherungsverfahren die Kosten der Befestigungselemente erheblich und können die Gleitbewegung, die das Selbstlockern verursacht, nicht verhindern .

Chemische Schraubensicherungsklebstoffe können das Versagen von Gewindebefestigungselementen kostengünstig und dauerhaft verhindern. Diese anaeroben Einkomponenten-Klebstoffe wurden vor fast 50 Jahren von der Loctite Corporation eingeführt und sind einzigartige flüssige Harze, die zu einem zähen Feststoff aushärten (oder aushärten), wenn sie Metallionen in Abwesenheit von Luft ausgesetzt werden.

Dieser anaerobe Aushärtungsmechanismus ermöglicht es dem Klebstoff, zu fließen und sich gleichmäßig abzusetzen, um die Nuten von Befestigungselementen mit Gewinde zu füllen, ohne vorzeitig auszuhärten. Überschüssiges Schraubensicherungsmittel, das beim Auftragen über die Fäden läuft, bleibt flüssig und kann daher leicht abgewischt werden.

Beim Aushärten eines flüssigen Schraubensicherungsmittels bildet es Polymerketten, die in jede winzige Unvollkommenheit der Fäden eindringen. Die Gewindereibung erhöht sich mit dem Auftragen von Schraubensicherungen aufgrund der Grenzflächenverbindungen, die für die Oberflächenrauheit des Metalls entscheidend sind.

Der Klebstoff füllt die mikroskopischen Lücken zwischen den aneinanderstoßenden Gewinden vollständig aus, um die Gewindebaugruppen formschlüssig zu verriegeln und abzudichten, wodurch seitliche Bewegungen verhindert und die Verbindung vor Korrosion durch Feuchtigkeit, Gase und Flüssigkeiten geschützt wird.

Nur wenige Tropfen flüssiger Schraubensicherungslack halten ein Befestigungselement in einer Baugruppe fest angezogen, bis der Benutzer möchte, dass es sich löst. Während Schraubensicherungen einen 100-prozentigen Kontakt zwischen Metallteilen bieten, kann eine typische Muttern-Schrauben-Baugruppe nur 15 Prozent Metall-zu-Metall-Kontakt aufweisen.

Schraubensicherungsklebstoffe sind äußerst zuverlässige, kostengünstige Materialien, die die Drehmomentkontrolle verbessern, das Fressen reduzieren und Schmierfähigkeit bieten, um ein kontrolliertes Drehmoment während der Montage zu erreichen. Erhältlich in verschiedenen Stärken für unterschiedliche Anwendungen, halten Schraubensicherungen auch in den härtesten Umgebungen kritische Klemmkraftdrücke. Diese Klebstoffe bieten hohe Scherfestigkeit, gute Temperaturbeständigkeit, schnelle Aushärtung, einfaches Auftragen und gute Vibrationsbeständigkeit.

Zu berücksichtigende Faktoren bei der Auswahl von Schraubensicherungen

Um den richtigen Schraubensicherungsklebstoff für eine Anwendung auszuwählen, müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Bei bestimmten Anwendungen müssen die Bolzen für die laufende Wartung und Reparatur der Ausrüstung entfernbar und wiederverwendbar sein. Entgegen der landläufigen Meinung kann jede Schraube, die mit Schraubensicherungskleber gesichert wurde, wiederverwendet werden, indem der alte Kleber entfernt wird, bevor der neue aufgetragen und wieder zusammengebaut wird.

Schraubensicherungen sind in niedrigfesten Formulierungen für einfaches Entfernen, mittelfesten Typen, die mit üblichen Handwerkzeugen entfernt werden können, und hochfesten Formulierungen erhältlich, die höchste Haltefähigkeiten bieten. Jedoch sind keine Schraubensicherungen dauerhaft; selbst die stärksten Schraubensicherungen können mit Standard-Handwerkzeugen entfernt werden, wenn sie direkt Temperaturen von 450 Grad Fahrenheit ausgesetzt sind.

Die für eine Anwendung benötigte Festigkeit und Viskosität des Klebstoffs hängt direkt von der Größe des verwendeten Befestigungsmittels ab. Schraubensicherungen mit geringer Festigkeit werden für Schrauben mit einem Durchmesser von bis zu einem Viertel Zoll verwendet, wie Einstell- und Kalibrierschrauben, Messgeräte, Lehren und andere Befestigungselemente, die fortlaufend angepasst werden müssen.

Mittelfeste Materialien werden für Befestigungselemente bis zu einem Durchmesser von dreiviertel Zoll in Werkzeugmaschinen und Pressen, Pumpen, Kompressoren und als Befestigungsschrauben verwendet. Hochfeste Schraubensicherungen werden am besten für Befestigungselemente mit einem Durchmesser von bis zu einem Zoll verwendet, die in dauerhaften Montageanwendungen wie schweren Geräten und einer Vielzahl von Halterungen verwendet werden.

Es sind auch niedrigviskose, eindringende Schraubensicherungsformulierungen erhältlich, die leicht in vormontierte Befestigungselemente mit einem Durchmesser von bis zu einem halben Zoll eindringen.

Die Betriebsbedingungen der Endanwendungsumgebung bestimmen auch die zu wählende Schraubensicherungsformulierung. Die neuesten Schraubensicherungstechnologien bieten viele bisher nicht verfügbare Vorteile, darunter oberflächenunempfindliche Varianten, Hochtemperaturformulierungen, chemisch beständige Materialien und Formulierungen, die extremen Vibrationen standhalten.

Die Art des Metalls, das für das Befestigungselement verwendet wird, ist ebenfalls entscheidend für die Leistung des Klebstoffs. Wenn das Befestigungselement aus zwei inaktiven Metallen wie Edelstahl, Zink, Magnesium, Schwarzoxid, Cadmium, eloxiertem Aluminium oder passiviertem Titan besteht, kann eine Grundierung erforderlich sein, um das Aushärten zu erleichtern. Wenn jedoch nur ein inaktives Metall vorhanden ist, ist kein Primer erforderlich.

Auftragen von Schraubensicherungen

Beim Auftragen von Schraubensicherungsklebstoffen muss der Klebstoff die gesamte Länge des Gewindeeingriffsbereichs benetzen. Die richtige Benetzung ist abhängig von der Gewindegröße, der Viskosität des Klebstoffs und der Geometrie der Teile. Bei großen Teilen bietet die beidseitige Benetzung die nötige Sicherheit für einen adäquaten Klebstoffauftrag.

Bei Montagen von Schrauben und Muttern mit Durchgangsbohrung sollte Schraubensicherung nur dort aufgetragen werden, wo sich Mutter und Schraube treffen, wenn die Baugruppe vollständig angezogen ist, da nur der Klebstoff zwischen den Gewinden aushärtet. Bei Sackloch-Baugruppen wie Kopfschrauben sollten Schraubensicherungen sowohl auf die Schraube als auch auf die Gegengewinde aufgetragen werden. Wenn Klebstoff nur auf die Schraube aufgetragen wird, wird die flüssige Schraubensicherung durch den Luftdruck beim Anziehen der Schraube entweichen, was zu einer unvollständigen Aushärtung und möglichen Montagefehlern führt.

Flüssige Schraubensicherungsklebstoffe können mit manuellen, halbautomatischen oder automatischen Dosiersystemen aufgetragen werden. Vorab aufgetragene Beschichtungen für Befestigungselemente werden jedoch als Alternative zu manuellen oder automatischen Klebstoffabgabeverfahren immer beliebter. Vorbeschichtete Beschichtungen enthalten Mikrokapseln mit Klebstoff, der als Trockenfilm auf das Gewinde einer Baugruppe aufgetragen wird.

Beim Zusammenbau des Befestigungselements werden die Kapseln zerdrückt, wodurch die anhaftende Schraubensicherung freigesetzt wird. Neben Kosten- und Logistikvorteilen bietet die Verwendung von vorbeschichteten Schrauben auch Vorteile für die Qualitätssicherung, da die Klebstoffmenge für die Beschichtung sehr konstant ist.

Anaerobe Schraubensicherungen fixieren in Minuten bei Raumtemperatur und härten innerhalb von 24 Stunden vollständig aus. Durch kurzzeitige Wärmeeinwirkung (z. B. 30 Minuten bei 120 Grad Celsius) kann eine vollständige Aushärtung anaerober Klebstoffe schneller erreicht werden. Bei Baugruppen, bei denen ein flüssiger Primer oder Aktivator erforderlich ist, um das Aushärten zu beschleunigen, wird der Primer auf eine oder beide Befestigungsoberflächen aufgetragen, bevor der Klebstoff aufgetragen wird. Es ist kein Mischen der Komponenten erforderlich.

Als allgemeine Regel sollten anaerobe Schraubensicherungsklebstoffe auf Kunststoff-Gewindeverbindungen nicht verwendet werden, da das Substrat erweichen oder Spannungsrisse auftreten können.

Neue Entwicklungen

Die größten Herausforderungen, denen herkömmliche anaerobe Klebstoffe gegenüberstanden, waren:1) Förderung der Aushärtung auf einer Vielzahl von metallischen und nichtmetallischen Substraten, die mit Fett oder Öl verunreinigt sein können, 2) langfristige Einwirkung von erhöhten Temperaturen über 300 °F, und 3) langfristige Exposition gegenüber hohen mechanischen Belastungen.

Bestimmte Materialien, wie Öle, können das Aushärten von Schraubensicherungsklebstoffen durch anaerobe Reaktion erschweren oder sogar vollständig verhindern, so dass die Baugruppen vor dem Auftragen des Klebstoffs gründlich gereinigt werden müssen. Auch passive Substrate wie Zinkdichromat/Phosphat-beschichteter Stahl, Magnesium, Cadmium, Edelstahl, Aluminium und Duroplaste konnten vor dem Auftragen von anaeroben Klebstoffen nur durch Behandlung der Materialien mit lösemittelhaltigen Primern verklebt werden.

Neue oberflächenunempfindliche Schraubensicherungsformulierungen wurden entwickelt, um öligen und verschmutzten Oberflächen zu widerstehen und trotz Rückständen auszuhärten, die die Härtung herkömmlicher Schraubensicherungsklebstoffe verhindern würden. Darüber hinaus sind diese Schraubensicherungen auch so konzipiert, dass sie auf inaktiven Oberflächen leichter aushärten, wodurch Anwendungen reduziert werden, bei denen Grundierungen erforderlich sind.

Herkömmliche Schraubensicherungsklebstoffe halten begrenzten Temperaturen (minus-65 bis plus-300 Grad F) ohne Fehler stand. Neue anaerobe Klebstoffe, die eine innovative neue proprietäre chemische Technologie beinhalten, wurden entwickelt, um ihre Integrität bei Temperaturen von bis zu 400 °F zu bewahren. Diese Produkte sind ideal für Anwendungen, die extremen Temperaturwechseln standhalten, wie z. B. Automobil- und Luft- und Raumfahrtbaugruppen.

Während herkömmliche hochfeste anaerobe Klebstoffe einem gewissen Vibrationsniveau standhalten können, erweist sich die Kombination aus erhöhten Betriebstemperaturen und starken anhaltenden Vibrationen in der Regel als zu viel für herkömmliche anaerobe Klebstoffe. Neue gehärtete Formulierungen wurden entwickelt, um eine bessere Gesamtleistung unter extremer thermischer und mechanischer Belastung zu bieten. Da diese Materialien widerstandsfähiger als herkömmliche anaerobe Mittel sind, sind sie weniger stoßempfindlich und können längerer Belastung durch starke Vibrationen, Rotations-, Scher- und Zugkräfte standhalten.

Eine Hochleistungsanwendung

Ryobi Outdoor Products, ein führender Hersteller von gasbetriebenen Rasentrimmern für die Rasenpflege für Privatanwender, entwickelte ein Hochleistungsgebläse, das Geschwindigkeiten von bis zu 210 mph erreichen und mit mehr als 8.000 U/min laufen kann. Unter diesen extremen Betriebsbedingungen wurden die Motorkomponenten Temperaturen von 500 bis 600 Grad F und hohen Vibrationskräften ausgesetzt.

Da sie wussten, dass konventionelle mechanische Lösungen ihre Montageherausforderung nicht lösen würden, untersuchten die Konstrukteure bei Ryobi die neuesten verfügbaren anaeroben Schraubensicherungen. Neu auf dem Markt war Loctite 266, ein oberflächenunempfindlicher, hochfester Hochtemperatur-Schraubensicherungslack, der in 40 Minuten fixiert und in drei Stunden vollständig ausgehärtet ist. Da der Klebstoff Öl und andere milde Oberflächenverunreinigungen verträgt, war das Auftragen schnell und einfach und erforderte keine Oberflächenvorbereitung.

Auf der Ryobi-Montagelinie wurde der Klebstoff auf verzinkte Stahlschrauben aufgetragen, die den Schalldämpfer mit dem Zylinderkopf und das Kurbelgehäuse mit dem Zylinder verbinden. Drei Stunden später wurde jede Baugruppe sechs Minuten lang bei 6.000 U/min bei Vollgas getestet, bevor sie für den Kundengebrauch freigegeben wurde.

„Die schnelle Aushärtung dieses Produkts hat es uns ermöglicht, unsere Motortests am Ende der Montagelinie durchzuführen“, sagt Bill Gest, Vice President of New Products bei Ryobi. „Dadurch konnten wir unser neues Gebläse rechtzeitig auf den Markt bringen, unsere Produkte schneller liefern und unsere prognostizierten In-Prozess-Lagerbestände verringern. Diese neue Gebläseeinheit hat uns geholfen, unseren Wettbewerbsvorteil in einem sehr wettbewerbsintensiven Markt zu behaupten.“

Über den Autor:
Mike Shannahan ist Manager des OEM-Marketings bei der Loctite Corporation, einem Unternehmen von Henkel. Henkel ist weltweit mit führenden Marken und Technologien in drei Geschäftsbereichen tätig:Wasch-/Reinigungsmittel, Kosmetik/Körperpflege und Adhesive Technologies. 1876 ​​gegründet, hält Henkel mit bekannten Marken wie Persil, Schwarzkopf und Loctite weltweit führende Marktpositionen sowohl im Konsum- als auch im Industriegeschäft. Henkel beschäftigt rund 50.000 Mitarbeiter und erzielte im Geschäftsjahr 2009 einen Umsatz von 18,86 Milliarden US-Dollar und einen bereinigten Betriebsgewinn von 1,84 Milliarden US-Dollar. Weitere Informationen finden Sie unter www.loctite.com.


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