DE3829033A1 - Werkzeug mit rutschfester oberflaeche und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und dessen Herstellung, bei dem die in ein Werkstück eingreifenden Oberflächen des Werkzeugs mit einem festen Reibmittelüberzug oder rutsch­ festen Überzug versehen sind. Die Erfindung ist besonders nützlich bei Werkzeugen, die in die Oberfläche eines Gegen­ standes eingreifen oder eine solche Oberfläche ergreifen, beispielsweise bei Schraubendrehern, Schraubenschlüsseln, Muffen, Zangen, Zwingen und dergleichen. Der Anwendungsbe­ reich erstreckt sich somit auf Werkzeuge zum Drehen von Be­ festigungselementen wie Schrauben, Muttern und Bolzen, aber auch darauf, Reibkräfte für das Ergreifen oder Festhalten eines Gegenstandes bereitzustellen.

Bei den Schraubendrehern, beispielsweise, gibt es die Schrau­ bendreher mit gewöhnlicher Klinge und die Kreuzschlitz­ Schraubendreher. Das spitze Ende des Werkzeugs wird in eine entsprechende Aufnahme in der Schraube unter Bildung einer Mitnahmeverbindung eingesetzt und der Griff des Schrauben­ drehers wird gedreht, um die Schraube in das Werkstück ein­ zuschrauben. Je weiter der Schaft des Befestigungselements in das Material oder das Werkstück eindringt, um so größer werden der Widerstand und das für den Vorgang erforderliche Drehmoment. Dies führt häufig dazu, daß der Kopf des Schrau­ bendrehers aus dem Schraubenschlitz austritt bzw. heraus­ rutscht, was gewöhnlich zur Beschädigung der Schraube und manchmal auch des Schraubendrehers führt. Dieser Vorgang wird gewöhnlich als "Abgleiten" bezeichnet. Um die Schwere und Häufigkeit des Auftretens dieses Vorgangs zu vermindern, ist es notwendig, eine zusätzliche Axialkraft auf den Schrau­ bendreher auszuüben, um ihn in treibendem Eingriff zu halten, doch wird ggf. ein Punkt erreicht, bei dem das Abrutschen oder Abgleiten passiert. Ähnliche Probleme bei Greif- und treibenden bzw. Mitnehmerwerkzeugen sind allgemein bekannt und brauchen nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Es wurde bereits verschiedentlich vorgeschlagen, Schrauben­ dreher mit rutschfesten Oberflächen zu versehen. Aus der US-PS 31 33 568 ist ein Schraubendreher bekannt, dessen Spitze gestrahlt oder gehämmert und mit Kerben oder Rillen versehen wird. Aus der US-PS 18 99 489 ist ein Schrauben­ dreher mit einer zur Vermeidung des Abgleitens gerändelten Spitze bekannt.

Bei beiden genannten Patenten wird die metallische Arbeits­ fläche des Werkzeugs gerauht. Bei der Verwendung des Werk­ zeugs werden die erhabenen Bereiche der gerauhten Oberfläche zusätzlichem Druck ausgesetzt. Aus diesem Grunde wird die Oberfläche abgerieben und verliert ihre Wirksamkeit, und die Klinge des Werkzeugs wird zu dünn bzw. verschlissen.

Eine andere Art eines rutschfesten Schraubendrehers ist in der US-PS 36 56 522 beschrieben. Dort ist eine Reibflüssig­ keit im Griff des Schraubendrehers enthalten, die durch den Schaft zur Spitze geleitet wird, um die Reibung zwischen der Schraubendreherspitze und dem Schraubenschlitz zu erhöhen. Die Herstellung eines solchen Werkzeugs ist jedoch teuer, seine Handhabung schwierig, und das Werkzeug hinterläßt einen Rest an Reibmittel auf dem Befestigungselement.

Erfindungsgemäß wird eine dauerhafte Reibschicht auf die Arbeitsfläche des Werkzeugs aufgetragen bzw. mit ihr ver­ bunden, beispielsweise auf die Klinge oder die Spitze eines Schraubendrehers. Die Reibstoffe sind Teilchen eines Mate­ rials, das härter ist, als der Härte des zu bewegenden Befe­ stigungselements entspricht. Das zum Binden des Reibstoffes an das Werkzeug verwendete Material ist vorzugsweise eine harte feuerfeste Legierung. Auf diese Weise erhält die Ar­ beitsfläche des Werkzeugs eine verlängerte Lebensdauer ohne vorzeitigen Verlust der Reibfläche. Während des Gebrauchs greifen die Reibteilchen die Oberfläche des Werkstücks ohne übermäßigen Abrieb an den Teilchen oder an der Beschichtung.

Da die Werkzeuge Industrienormen oder gesetzlichen Normen hinsichtlich ihrer Abmessungen und Toleranzen unterliegen, besitzt das hier eingesetzte Werkzeug ursprünglich geringere Abmessungen, als der Norm entspricht. Dann wird ein fester, Reibteilchen enthaltender Überzug auf das Werkzeug aufgetra­ gen oder aufgelötet, und zwar in einer ausreichenden Dicke, so daß die genormte Abmessung erreicht wird.

Der Binder für die Reibstoffteilchen ist vorzugsweise ein Metall oder eine Legierung, und der Reibstoff kann aus Teil­ chen eines Diamantersatzes bestehen. Größe und Form bzw. Profil der Teilchen und die relative Dicke der Beschichtung werden so gewählt, daß übermäßiges Schneiden in das Werk­ stück vermieden wird, während für eine gute Verankerung der Teilchen gesorgt wird und die Reibung mit dem Werkstück stark erhöht wird. Auf diese Weise wird der zum Gebrauch des Werk­ zeugs erforderliche Betrag an Axialkraft verringert und gleichzeitig die Möglichkeit des Abrutschens oder Abgleitens erheblich vermindert.

Obschon eine Reihe verschiedener Bindeverfahren zur Verfü­ gung steht, besteht das bevorzugte Verfahren darin, die Reibteilchen an das Werkzeug mittels einer Lötlegierung zu binden. Die Lötlegierung wird zusammen mit den Teilchen auf das Werkzeug aufgetragen und auf die Löttemperatur erhitzt. Dies führt zu einer dauerhaften, verschleißfesten, reibmit­ telbeschichteten Oberfläche mit langer Haltbarkeit bei ge­ wöhnlichem Gebrauch des Werkzeugs.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines üblichen Schrauben­ drehers mit einem erfindungsgemäßen Reibmittel­ überzug an der Klingenspitze;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Klingen­ spitze eines erfindungsgemäß behandelten Schrau­ bendrehers;

Fig. 3a ist eine vergrößerte Seitenansicht und

Fig. 3b eine vergrößerte Draufsicht auf die Spitze eines Kreuzschlitz-Schraubendrehers, jeweils mit einem Reibmittelüberzug auf den Arbeitsflächen;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines verstellbaren Schrau­ benschlüssels mit einem reibfesten Überzug auf den Arbeitsflächen.

Das Wesen der Erfindung wird im Zusammenhang mit den bei­ spielhaft in der Zeichnung dargestellten Werkzeugen im fol­ genden erläutert werden, wobei jedoch dabei hingewiesen wird, daß die Erfindung bei jedem Werkzeug bzw. jedem Teil, das rutschfest ausgerüstet werden soll, angewandt werden kann. Die für die erfindungsgemäße Ausrüstung verwendeten Werkzeuge können, mit Ausnahme der Eigenschaften, auf die nachfolgend besonders hingewiesen wird, von herkömmlicher Art und Form sein. Die meisten Werkzeuge besitzen Arbeits­ flächen aus Stahl. Wenn die Oberflächen normal wärmebehan­ delt werden, setzt man das Werkzeug für die erfindungsgemä­ ßen Zwecke vorzugsweise in nichtbehandeltem Zustand ein, da die Wärmebehandlung nach dem Auftragen des rutschfesten Überzugs durchgeführt werden kann. Vorzugsweise besteht das Werkzeug aus wärmebehandelbarem legiertem Stahl, um die not­ wendigen Festigkeitseigenschaften zu gewährleisten.

Im Falle von Werkzeugen wie Schraubendrehern, Schrauben­ schlüsseln und Muffen müssen die endgültigen Dimensionen darüber hinaus innerhalb eines kritischen Toleranzbereiches liegen, und es muß noch Spielraum für die zusätzliche Dicke des aufzutragenden Reibmittelüberzugs vorhanden sein. Bei einem Schraubendreher ist es deshalb notwendig, eine Klinge mit kleineren Abmessungen, als der Norm entspricht, zu ver­ wenden. Bei einem Schraubenschlüssel oder einer Muffe sind größere Dimensionen erforderlich, als der Norm entspricht.

Erfindungsgemäß wird ein Gemisch aus Bindemittel und Reib­ stoffteilchen gleichmäßig auf der Arbeitsoberfläche des Werkzeugs aus einer Stahllegierung aufgetragen, und die Oberfläche wird mit der aufgetragenen Reibschicht erhitzt, um das Bindemittel zu schmelzen und die Reibstoffteilchen dauerhaft an die Werkzeugoberfläche zu binden. Bei einer be­ vorzugten Ausführungsform sind die Reibstoffteilchen Diaman­ ten oder ein Diamantersatz, ist das die Bindung vermittelnde Material ein Metall oder eine Metallegierung, und die Reib­ stoffteilchen werden auf die Oberfläche des Werkzeugs aufge­ lötet, vorzugsweise hartgelötet.

Die Hartlot-Legierung kann aus weichen Metallen wie Kupfer oder Legierungen, die mehr als 50% Kupfer und im übrigen Zink, Zinn, Silber, Nickel, Kobalt oder Chrom enthalten, be­ stehen. Vorzugsweise werden jedoch härtere und verschleiß­ festere Hartlot-Legierungen verwendet. Im allgemeinen besit­ zen diese Legierungen einen Schmelzpunkt, der niedriger ist als derjenige des Stahlsubstrats bzw. in der Größenordnung von zwischen etwa 800°C und 1320°C liegt. Die Lötlegierung enthält vorzugsweise mindestens 40% Nickel oder Kobalt, wo­ bei der Rest aus Chrom, Bor, Eisen, Wolfram und/oder Sili­ cium besteht; solche Legierungen werden als harte, feuer­ feste Metallegierungen bezeichnet. Eine geeignete Legierung, "Stellit" genannt, enthält 5 bis 15% Chrom, 1 bis 3,5% Bor und 2 bis 5% Eisen, mit oder ohne Silicium in einer Menge von 5 bis 10%, wobei der Rest Nickel ist. Eine weitere ge­ eignete Legierung ist "LM Nicrobraz", welche etwa 13,5% Cr, 3,5% B, 4,5% Si, 2,5% Fe und zum Rest Nickel enthält. Weite­ re Legierungen sind in den US-PS 30 23 490 und 30 24 128 be­ schrieben.

Die Reibteilchen sind vorzugsweise Diamant-Ersatzstoffe wie feuerfeste Metallkarbide, Metallboride, Metallnitride oder Metallsilicide. Besonders geeignete Reibteilchen bestehen aus Wolframkarbid. Industriediamanten können ebenfalls ver­ wendet werden, sind aber teurer.

Zum Auftragen des Reibstoffüberzugs wird ein Gemisch aus der Lötlegierung, Reibstoffteilchen und gewöhnlich einem Fluß­ mittel in Form eines gleichmäßigen Überzugs auf die Arbeits­ oberflächen des Werkzeugs aufgetragen. Werkzeug und Überzug werden dann auf eine zum Schmelzen der Lötlegierung ausrei­ chende Temperatur erhitzt, worauf das beschichtete Werkzeug abgekühlt wird. Hierdurch werden die Reibstoffteilchen an das Werkzeug gebunden, wobei die Teilchen aus der Lötlegie­ rung herausragen oder hervorstehen und so eine rutschfeste Oberfläche bilden. Nach dem Abkühlen kann das Werkzeug nach üblichen Methoden wärmebehandelt werden. Vorzugsweise wird jedoch eine Stahllegierung von der Art verwendet, bei der das Tempern nach dem Beschichten durchgeführt wird.

Die Gesamtdicke des Überzugs, die Zusammensetzung der ver­ wendeten Lötlegierung und die Teilchengröße der Reibstoff­ teilchen sind sehr wichtig für ein erfolgreiches Produkt. Im allgemeinen sollte die Beschichtung so dünn wie möglich sein. Dicke Überzüge erfordern eine entsprechende Dicke des Metalls, das vor dem Auftragen des Überzugs von dem Werkzeug entfernt werden muß, und dies kann das Werkzeug für dessen beabsichtigte Verwendung übermäßig schwächen. Die bevorzugte Dicke des Überzugs auf jeder Oberfläche bewegt sich vorzugs­ weise in der Größenordnung von etwa 0,1 bis 0,4 mm, wenn die Toleranzen kritisch sind. Eine dickere Beschichtung kann auf solche Werkzeugoberflächen aufgetragen werden, bei denen die Toleranzen nicht kritisch sind, beispielsweise bei verstell­ baren Schraubenschlüsseln und bei Zangen.

Die Dicke des metallischen Bindematerials relativ zur Größe der Reibstoffteilchen ist ebenfalls wichtig. Die Teilchen müssen aus dem Bindematerial hervorstehen bzw. herausragen, um die gewünschten rutschfesten Eigenschaften zu ergeben. Gleichzeitig müssen die Teilchen durch die Bindelegierung ausreichend gehalten werden, da die Teilchen beträchtlichen Dreh- und Bruchkräften unterworfen werden. Deshalb ist er­ findungsgemäß der Hauptteil der Teilchen zu mindestens 35% ihres Volumens, vorzugsweise zu mehr als 50% ihres Volumens, von der Bindelegierung umgeben und in der Legierung gehalten.

Schließlich ist auch die Teilchengröße des Reibmaterials wichtig, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Wenn die Teilchen zu groß sind, neigen sie zum Brechen und verur­ sachen eine übermäßige Beschädigung des Werkstücks. Außerdem erfordern grobe Teilchen dickere Bindeschichten. Vorzugswei­ se beträgt die Teilchengröße (mittlerer Durchmesser) weniger als 0,3 mm, und ein besonders bevorzugter Bereich liegt zwi­ schen etwa 0,07 mm und 0,25 mm. Eine im wesentlichen gleich­ förmige Größe wird außerdem bevorzugt.

In Ausführung der Erfindung wird ein Werkzeug, beispiels­ weise ein üblicher Schraubendreher 10 gemäß den Fig. 1 und 2, verwendet. Die Klingenspitze 12 besteht aus wärmebe­ handelter Stahllegierung und besitzt eine Dicke, die gerin­ ger ist, als der Normdicke entspricht, und ist damit der zu­ sätzlichen Dicke des Reibstoffüberzugs, wie aus Fig. 2 er­ sichtlich, angepaßt. Die Klinge umfaßt einander gegenüber­ liegende ebene oder geschliffene Oberflächen, die in Rich­ tung zur Spitze konisch aufeinander zulaufen.

Der nächste Schritt besteht darin, die Reibstoffteilchen und das pulverförmige Hartlot temporär an die einander gegen­ überliegenden Flächen der Schraubendreherklinge zu binden. Bei einer Methode werden hierzu die Karbidteilchen, pulver­ förmiges Hartlot und ein geeignetes Flußmittel miteinander vermischt, getrocknet und zu Karbid- oder Reibstoffkörnern vermahlen, die mit dem Gemisch aus Lotlegierung und Flußmit­ tel beschichtet sind. Um dies zu erreichen, verwendet man die Lotlegierung in Pulverform, wobei die Teilchengröße kleiner als diejenige des Reibstoffs ist. Geeignete Flußmit­ tel sind bekannt; sie umfassen Borfluorid-Flußmittel, das in einer Menge von etwa 20 bis 40 Gew.%, bezogen auf das Lötme­ tall, zugegeben wird.

Die Arbeitsflächen des Werkzeugs, z.B. die Spitze des Schrau­ bendrehers, werden mit einem organischen Material beschich­ tet, das zu einer zeitweilig klebrigen oder haftfähigen Oberfläche führt. Geeignete Materialien hierfür schließen alkoholische Lösungen von Schellack und Lösungen ungehärte­ ter synthetischer Harze sowie organische Kleber ein. Während die Oberflächen noch klebrig sind, werden sie unter einem Strom der beschichteten Reibstoffteilchenmischung hindurch­ geführt, so daß eine gleichmäßige Schicht auf den Oberflä­ chen abgeschieden wird und dort anhaftet. Die Spitze des Werkzeugs wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die aus­ reicht, um die Lötlegierung zu verflüssigen oder zu erwei­ chen, wobei diese Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Sub­ strats und der Reibstoffteilchen liegt. Zum Erhitzen kann ein Ofen oder eine Induktionsheizung verwendet werden. Typi­ sche Löttemperaturen liegen im Bereich von 900 bis 1200°C.

Bei einem anderen Verfahren werden das Flußmittel und die Lötlegierung mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung oder einer Paste vermischt. Ein Überzug aus diesem Gemisch wird auf die Arbeitsoberflächen des Werkzeugs aufgetragen, welcher klebrig gemacht wird. Die Reibstoffteilchen werden dann auf die klebrige Oberfläche gespritzt, und genügend viele Teilchen bleiben unter Bildung einer gleichmäßigen Be­ schichtung daran haften. Der beschichtete Bereich wird ge­ trocknet, um das Wasser vor dem Löten zu entfernen.

Es ist wünschenswert, eine Reibschicht mit einer Dicke zu schaffen, die so gleichmäßig wie möglich ist. Um dies zu erreichen, sind die Teilchengrößen der Reibstoffkorner so gleichmäßig wie möglich und werden vorzugsweise in einer einzigen Schicht auf den Hauptteil der Oberfläche aufgetra­ gen.

Durch das Erhitzen und nachfolgende Kühlen bildet die Lötle­ gierung eine metallurgische Bindung zwischen den Reibstoff­ teilchen und dem Stahlsubstrat bzw. den Arbeitsflächen des Werkzeugs.

Die Fig. 3a und 3b zeigen einen üblichen Kreuzschlitz- Schraubendreher 30, auf dessen Spitze ein Reibstoffüberzug 32 in gleicher Weise aufgetragen worden ist, wie im Zusammen­ hang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.

Fig. 4 zeigt einen verstellbaren Schraubenschlüssel 40, bei dem Reibstoffüberzüge auf die Oberflächen der Klauen 42 auf­ getragen sind. Bei verstellbaren Werkzeugen wie bestimmten Schraubenschlüsseln, Schraubstock-Klauen, Klammern, Zwingen und Zangen ist die Dicke des Reibstoffüberzugs nicht kri­ tisch.

Claims (9)

1. Werkzeug mit einer rutschfesten Oberfläche auf minde­ stens einer seiner Arbeitsflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die rutschfeste Oberfläche aus einem Reibstoffteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 0,07 bis 0,25 mm sowie eine metallische Lötlegierung enthaltenden Überzug besteht, wobei die Lötlegierung mehr als 40% Kobalt oder Nickel ent­ hält und die Reibstoffteilchen an die Arbeitsflächen des Werkzeugs bindet, und wobei mehr als 35 Vol.% der Reibstoff­ teilchen von der Lötlegierung umgeben und gehalten werden.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibstoffteilchen diamantähnliche Teilchen sind.

3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diamantähnlichen Teilchen aus Metallkarbiden bestehen.

4. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die diamantähnlichen Teilchen aus Wolframkarbid bestehen.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das die Arbeitsflächen tragende Element des Werkzeugs um die Dicke des Überzugs verminderte Abmes­ sungen besitzt.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen um etwa 0,1 bis 0,4 mm vermindert und so der Dicke des Überzugs angepaßt sind.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Werkzeug ein Schraubendreher und das die Arbeitsflächen aufweisende Element die Klingenspitze des Schraubendrehers ist.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arbeitsflächen durch einander gegen­ überliegende Klauen eines Schraubenschlüssels gebildet wer­ den.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Schraubendreher mit einer Klingenspitze geringerer Abmessungen, als der Norm entspricht, ist und der Überzug ausreichend dick ist, um der Klingenspitze die der Norm entsprechenden Abmessungen zu verleihen.