Nagel

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Hintergrund

Ein Nagel besteht aus einem Metallstab oder -schaft, der an einem Ende zugespitzt ist und am anderen normalerweise einen geformten Kopf hat, der in Holzstücke oder andere Materialien gehämmert werden kann, um sie miteinander zu verbinden. Ein Nagel besteht normalerweise aus Stahl, kann aber auch aus Aluminium, Messing oder vielen anderen Metallen bestehen. Die Oberfläche kann beschichtet oder plattiert werden, um ihre Korrosionsbeständigkeit, Griffigkeit oder ihr dekoratives Aussehen zu verbessern. Kopf, Schaft und Spitze können je nach der beabsichtigten Funktion des Nagels verschiedene Formen haben. Von den fast 300 Nageltypen, die heute in den USA hergestellt werden, werden die meisten im Wohnungsbau verwendet. Das durchschnittliche Holzrahmenhaus verwendet zwischen 20.000 und 30.000 Nägel verschiedener Arten und Größen.

Nägel werden nach ihrer Länge in drei große Kategorien eingeteilt. Im Allgemeinen werden Nägel mit einer Länge von weniger als 2,5 cm als Reißnägel oder Brads bezeichnet. Nägel mit einer Länge von 2,5 bis 10,2 cm werden als Nägel bezeichnet, während Nägel über 10,2 cm manchmal als Spikes bezeichnet werden. Diese Kategorien sind grob definiert, und es gibt erhebliche Überschneidungen zwischen ihnen.

Die Länge eines Nagels wird in einer Einheit namens Penny gemessen. Dieser Begriff stammt aus der Verwendung von Nägeln in England im späten 18. Jahrhundert, als er sich auf den Preis von hundert Nägeln dieser Größe bezog. Zum Beispiel hätte ein „Zehn-Penny-Nagel“ zehn Pfennige pro Hundert gekostet. Das Symbol für Penny ist "d", wie in 10d. Es wird angenommen, dass diese Bezeichnung auf die Zeit des Römischen Reiches zurückgeht, als eine ähnliche Form der Messung von handgeschmiedeten Nägeln eine gängige römische Münze mit dem Namen Denar umfasste. Heute definiert der Begriff Penny nur die Länge eines Nagels und hat nichts mit dem Preis zu tun. Der kürzeste Nagel ist 2d und 1 Zoll (2,5 cm) lang. Ein 10d Nagel ist 3 Zoll (7,6 cm) lang und ein 16d Nagel ist 3,5 Zoll (8,9 cm) lang. Zwischen 2d und 10d erhöht sich die Nagellänge um 0,25 Zoll (0,64 cm) für jede Penny-Bezeichnung. Jenseits von 10d gibt es keine logische Weiterentwicklung der Längen und Bezeichnungen.

Nägel könnten in Mesopotamien bereits 3500 v. Chr. verwendet worden sein. und waren wahrscheinlich aus Kupfer oder Bronze. Später Eisen wurde verwendet, um Nägel zu machen. Frühe Nägel wurden mit Hämmern geformt oder geschmiedet. Sie wurden normalerweise einzeln hergestellt und waren daher knapp und teuer. Um 1500 wurde eine Maschine entwickelt, die lange, abgeflachte Eisenstreifen, sogenannte Nagelstangen, herstellte. Diese Streifen könnten dann in Längen geschnitten, angespitzt und mit Kopf versehen werden. Nägel waren in den frühen amerikanischen Siedlungen so wertvoll, dass die gesetzgebende Körperschaft von Virginia 1646 eine Maßnahme erlassen musste, um Kolonisten daran zu hindern, ihre alten Häuser niederzubrennen, um die Nägel bei ihrem Umzug zurückzugewinnen. Zwei frühe Nagelherstellungsmaschinen wurden 1786 von Ezekial Reed aus den Vereinigten Staaten und 1790 von Thomas Clifford aus England patentiert. Diese Maschinen schnitten sich verjüngende Stücke aus flachem Eisenblech und glätteten dann den Kopf. Im ländlichen Raum stellten Schmiede bis ins 20. Jahrhundert Nägel aus Schmiedeeisen her. Die erste Maschine zur Herstellung von Nägeln aus Metalldraht wurde um 1850 in den Vereinigten Staaten eingeführt, und diese Technik wird heute zur Herstellung der meisten Nägel verwendet.

Design

Die meisten der 300 verschiedenen Nageltypen, die heute in den USA hergestellt werden, erfordern keine neuen Designarbeiten. Nachdem ein Nagel entworfen wurde, werden Formwerkzeuge und Verfahren zu seiner Herstellung entwickelt und der Nagel wird in Serie produziert.

Die meisten Nägel haben einen breiten, runden Kopf. Finishing-Nägel haben einen schmalen, sich verjüngenden Kopf, der es ermöglicht, sie unter die Oberfläche des Materials zu versenken und zu überdecken, um ein glattes Finish zu erzielen. Polsternägel haben dekorative Köpfe. Doppelkopfnägel werden verwendet, um Holzformen zu befestigen, die beim Betonieren verwendet werden. Der Nagel wird bis zum ersten Kopf eingetrieben, wobei der zweite Kopf herausragt. Der vorstehende Kopf ermöglicht ein einfaches Entfernen der Nägel und eine schnelle Demontage der Schalung nach dem Aushärten des Betons.

Der Schaft ist in der Regel rund und glatt ausgeführt. Schäfte mit Verzahnung, Ringnuten, Spiralnuten oder spiralförmigen Gewinden werden verwendet, wenn eine stärkere, dauerhaftere Haftung erforderlich ist. Die Welle kann auch mit thermoplastischen Beschichtungen versehen werden. Diese Beschichtungen erhitzen sich beim Eintreiben des Nagels durch Reibung, kühlen dann schnell ab und fixieren den Nagel. Der Durchmesser des Schaftes wird durch die Art des Nagels bestimmt. Die meisten Nägel, auch normale Nägel genannt, haben einen relativ großen Durchmesser. Kastennägel, die ursprünglich zur Herstellung dünnwandiger Kästen verwendet wurden, haben einen kleineren Schaftdurchmesser als herkömmliche Nägel. Finishing-Nägel haben einen sehr kleinen Schaftdurchmesser, um ein möglichst kleines Loch zu ermöglichen.

Die typischste Nagelspitze ist ein vierseitig zulaufender Schnitt, der als Diamantspitze bezeichnet wird. Andere Nägel können eine stumpfere Spitze haben, um das Spalten bestimmter Hölzer zu verhindern. Meißelspitzen, Widerhakenspitzen, Nadelspitzen und viele andere werden manchmal für Spezialnägel verwendet.

Da neue Baumaterialien verfügbar werden, arbeiten Nagelhersteller daran, neue Nägel zu entwickeln. Es gibt Spezialnägel für Ziegeldächer, Parkett, Schindeln, Regenrinnen, Wandplatten, Bleche und Beton. Einige neue Nägel sind so konzipiert, dass sie eher mit druckluftbetriebenen Nagelpistolen als mit einem Hammer getrieben werden. Es gibt sogar neue Nägel, die für spezielle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt wurden.

Diese massive Nagelschneidemaschine aus der Mitte des 19. Jahrhunderts nutzte eine Scherfunktion, um Nägel aus Stangen zu schneiden Eisen. (Aus den Sammlungen des Henry Ford Museum &Green-field Village.)

Nägel sind für den Bau von Gebäuden mit Holzrahmen unverzichtbar. Dies war jedoch nicht immer der Fall. Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts bauten die Amerikaner Holzgebäude mit schweren Holzrahmen. An Stellen, an denen diese massiven Hölzer zusammenhalten mussten, wurde ein Ende eines Pfostens oder Balkens zu einer Zunge ("Zapfen") abgeschnitten und in ein Loch ("Einsteckloch") in den angrenzenden Balken eingepasst. Zusätzliche Festigkeit könnte hinzugefügt werden, indem Holzstifte durch Bohrlöcher in den verbundenen Hölzern getrieben werden. Das Geschick und die Arbeit, die mit einem solchen Bau verbunden waren, waren beträchtlich; Zimmerleute mussten hochqualifizierte Personen sein und erzielten als solche im kolonialen Amerika hohe Preise.

Bis Ende des 18. Jahrhunderts wurden Nägel aus England importiert oder von lokalen Schmieden hergestellt. Der Schmied, oder oft sein Lehrling, nahm ein Stück Stabeisen mit einer Länge von etwa 1,80 m und einem Durchmesser von 0,06 bis 0,25 Zoll. Er hielt ein Ende fest, erhitzte das andere, legte es auf den Amboss und verjüngte mit der flachen Seite seines Hammers alle vier Seiten auf etwa einen Zoll vom Ende. Dann benutzte er den Stift oder das geschärfte Ende seines Hammers oder eine robuste, keilförmige Befestigung an seinem Amboss, um eine Kerbe in die Stange zu schneiden. Er stieß das angespitzte Ende der Stange in ein sich verjüngendes Loch in seinem Amboss und brach den kurzen Nagel ab. Dann drückte er das Nagelende mit vier oder fünf schnellen Schlägen des Hammers flach und stieß es mit einem schnellen, nach oben gerichteten Schlag an der Spitze aus dem Ambossloch.

Zwischen 1790 und 1830 wurden in Europa und den Vereinigten Staaten mehrere mechanische Geräte entwickelt, um die Produktion zu beschleunigen und die Kosten für Nägel zu senken. Es ist daher kein Zufall, dass das ballongerahmte Haus, das auf zwei mal vier von Nägeln zusammengehaltenen Häusern beruhte, in den frühen 1830er Jahren in Chicago erfunden wurde. Das Ballonrahmensystem erforderte viel weniger Geschick und Arbeit in der Tischlerei und verwendete Massennägel.

William S. Pretzer

Rohstoffe

Die meisten Nägel sind aus Stahl. Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Edelstahl, Nickel Silber, Monel, Zink, und Eisen werden ebenfalls verwendet. Verzinkte Nägel sind mit Zink beschichtet, um ihnen zusätzliche Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Gebläute Stahlnägel werden einer Flamme ausgesetzt, um ihnen ein bläuliches Oxid-Finish zu verleihen, das eine gewisse Korrosionsbeständigkeit bietet. Sogenannte zementbeschichtete Nägel werden eigentlich mit einem Kunstharz beschichtet, um ihre Griffigkeit zu verbessern. Einige Brads sind mit einer farbigen Emaille-Beschichtung versehen, die sich der Farbe des zu befestigenden Materials anpasst.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die meisten Nägel bestehen aus Metalldrahtspulen. Der Draht wird einer Nagelmaschine zugeführt, die bis zu 700 Nägel pro Minute herstellen kann. Die Nägel können dann weiter verdreht oder geformt, gereinigt, fertiggestellt und verpackt werden.

Formen

• 1 Draht wird von einer Spule gezogen und der Nagelmaschine zugeführt, wo er von einem Paar Greifbacken gegriffen wird. Die Form des Nagelkopfes wurde in das Ende der Matrizen eingearbeitet.
• 2 Während die Matrizen den Draht festklemmen, wird das freie Drahtende mit einem mechanischen Hammer geschlagen. Dies verformt das Ende des Drahtes in den Formhohlraum, um den Kopf des Nagels zu bilden.
• 3 Während der Draht noch in den Matrizen festgeklemmt ist, schlägt ein Satz geformter Schneider auf das gegenüberliegende Ende des Nagels, bildet die Spitze und schneidet den Nagel vom Rest des Drahtes, der von der Spule kommt, frei.
• 4 Die Matrizen öffnen sich und ein Ausstoßmechanismus schlägt den Nagel in eine Auffangwanne unter der Maschine. Das freie Drahtende wird von der Spule abgezogen und der Maschine zugeführt. Danach beginnt der Zyklus von neuem.

Zusätzliches Umformen

• 5 Nägel mit spiralförmigen Drehungen, Verzahnungen oder anderen Oberflächenkonfigurationen werden anderen Maschinen zugeführt, die die erforderlichen Formen rollen, drehen, stanzen oder schneiden. Dies kann ein rein mechanischer Prozess sein oder kann ein Erwärmen des Materials vor der Umformung erfordern.

Abschluss

• 6 Die Nägel werden in einem rotierenden Fass gereinigt, das mit heißer Natronlauge gefüllt ist. Dies entfernt jegliches Öl aus der Umformmaschine und entfernt alle kleinen Metallabfälle, die anhaften könnten die Nägel.
• 7 Viele Nägel erhalten vor dem Verpacken ein abschließendes Glanzfinish. Dies wird erreicht, indem die Nägel in eine rotierende Trommel mit heißem Sägemehl gelegt werden, um die Oberfläche der Nägel leicht zu polieren. Andere Nägel können in einem Ofen durch eine offene Flamme geführt werden, um ihnen ein gebläutes Finish zu verleihen. Verzinkte Nägel werden in einem Prozess namens Feuerverzinkung in einen Tank mit geschmolzenem Zink getaucht. Eine Zinkbeschichtung kann auch durch Erhitzen der Nägel auf etwa 570 °F (300 °C) in einem geschlossenen Behälter aufgebracht werden, der mit einem Pulver gefüllt ist, das aus Zinkstaub und Zinkoxid besteht. Andere beschichtete Nägel werden entweder getaucht oder besprüht, um ihr endgültiges Finish zu erhalten.
• 8 Abhängig von den gewünschten Toleranzen können einige Spezialnägel auch einen zusätzlichen Wärmebehandlungsschritt erfordern.

Verpackung

• 9 Magnetelevatoren befördern die fertigen Nägel zu Waagen, die sie in offene Kartons fallen lassen. Beim Einlegen werden sie durch ein magnetisches Feld so ausgerichtet, dass sie sich in sauberen Reihen stapeln. Nach dem Verpacken werden die Nägel entmagnetisiert. Nägel werden normalerweise in Kartons zu 1, 5, 10, 25 und 50 Pfund verkauft. Kleinere Nägel wie Brads werden in 2-Unzen- oder 4-Unzen-Boxen verkauft und ohne magnetische Ausrichtung verpackt.

Qualitätskontrolle

Rohstoffe müssen bestimmte Standards für chemische Zusammensetzung, Streckgrenze, Härte, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften erfüllen. Diese werden in der Regel vom Drahtlieferanten zertifiziert und können vom Nagelhersteller unabhängig überprüft werden.

Auch bei der Herstellung müssen Nägel bestimmte Vorgaben bezüglich Abmessungen und Eigenschaften erfüllen. Diese werden durch eine als statistische Prozesskontrolle bekannte Methode erreicht, die periodisch die Abmessungen und Eigenschaften der herzustellenden Nägel abtastet und etwaige Veränderungen durch statistische Analysetechniken bewertet.

Die Zukunft

Die Nachfrage nach Massenware-Nägeln ist abhängig von den konjunkturabhängigen Schwankungen auf dem Wohnungsmarkt. Die Nachfrage nach diesen Nägeln unterliegt auch der Konkurrenz durch ausländische Hersteller, was den Gewinn weiter schmälert.

Die Nachfrage nach Spezialnägeln soll hingegen weiter wachsen und profitabel sein. Neue Baumaterialien, wie z. B. Holzfaserverbund- und zementbasierte Verkleidungen und Dächer, erfordern neue Spezialnägel. Auch neue korrosionsbeständige Beschichtungen für Nägel werden entwickelt.

Ein einzigartiger neuer Nagelmarkt ist das Ergebnis der zunehmenden Bemühungen um Gebäuderestaurierung und -erhaltung im ganzen Land. Eine Nagelfabrik in Massachusetts stellt altmodische geschnittene Nägel her. Sie schätzen, dass 20 % ihrer Arbeit in der Herstellung einer Vielzahl dieser Nägel für die Verwendung in authentischen Gebäuderestaurierungsprojekten besteht.