-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Isolierung eines Oberflächenbereichs
eines Werkstücks
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 203 20 846 U1 bekannt. Diese Vorrichtung
wird im Bereich der Oberflächenbehandlung
von Werkstücken eingesetzt.
Durch die Oberflächenbehandlung
erfolgt generell eine Veredelung des Werkstücks, in dem dessen Oberfläche einem
fluiden Medium ausgesetzt wird. Derartige Veredelungsprozesse können das Aufbringen
von Schutzschichten durch Verchromen, Verzinken umfassen. Insbesondere
kann die Oberflächenbehandlung
der Werkstücke
durch Nitrieren, Nitrocarburieren und Aufkohlen in Gasen, schmelzflüssigen Salzen
oder in einem Plasma erfolgen. Derartige Verfahren dienen dazu,
Werkstücke
in Form von Stahlbauteilen zu härten
und so gegen Verschleiß zu schützen.
-
Bei
derartigen Prozessen kann es generell wünschenswert beziehungsweise
erforderlich sein, bestimmte Werkstückbereiche von der Oberflächenbehandlung
auszunehmen.
-
Dies
ist bei Werkstücken,
insbesondere Stahlbauteilen der Fall, die ein oder mehrere Gewinde
aufweisen. Hier kann eine Oberflächenbehandlung,
insbesondere eine thermochemische Behandlung in Form von Nitrieren
oder Nitrocarburieren nachteilig sein, da durch diese Oberflächenbehandlung
die Spitzen der Gewindegänge
des Werkstücks verspröden können, wodurch
ein mehrfaches Ein- und Ausbauen des Werkstücks nicht mehr möglich ist.
-
Um
derartige Werkstückbereiche
vor der Oberflächenbehandlung
mit dem fluiden Medium zu schützen,
wird in der
DE 203
20 846 U1 vorgeschlagen, eine Vorrichtung mit einem Hohlraum
einzusetzen, wobei der zu schützende
Werkstückbereich
in diesen Hohlraum eingeführt
wird. Um den innerhalb des Hohlraums liegenden Werkstückbereich
vor dem fluiden Medium zu schützen,
ist an dem den Hohlraum begrenzenden Rand der Vorrichtung ein Dichtmittel
in Form eines Dichtringes vorgesehen. Der Dichtring kann in unterschiedlichen
mechanischen Ausführungen
ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines O-Rings.
-
Damit
der verbleibende Hohlraum zwischen der Vorrichtung und dem eingeführten Werkstück vollständig gegen
das Eindringen von fluidem Medium gesichert ist, ist es erforderlich,
dass die Dichtmittel am Rand des Hohlraums eine möglichst
vollständige
Abdichtung zwischen dem Werkstück
und dem Rand der Vorrichtung bewirken.
-
Da
die mechanischen Dichtungen hierfür nur eine unzureichende Dichtwirkung
entfalten, wird in der
DE
203 20 846 U1 vorgeschlagen, Zusatzeinrichtungen zur Unterstützung der
Dichtwirkung einzusetzen. Diese Zusatzeinrichtungen können wiederum mechanische
Einrichtungen wie Spannringe sein. Weiterhin können pneumatische oder hydraulische Zusatzeinrichtungen
vorgesehen sein. Diese weisen einen dehnbaren Ringkörper auf,
der am Rand des Hohlraums der Vorrichtung in deren Umfangsrichtung
umlaufend angeordnet ist. Durch Einleiten von Flüssigkeit oder Luft wird der
Ringkörper
aufgeblasen, so dass dieser im Randbereich der Vorrichtung am Werkstück mit Druck
anliegt und so die Nahtstelle zum Hohlraum zwischen Werkstück und Vorrichtung sicher
abdichtet.
-
Nachteilig
hierbei ist generell, dass ein hoher Aufwand zur Ausbildung der
Dichtmittel erforderlich ist, damit mit diesen eine möglichst
vollständige Dichtwirkung
erzielt wird, die ein Eindringen des Fluids in den Hohlraum zwischen
Werkstück
und der Innenwand der Vorrichtung verhindert.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so auszubilden, dass mit geringem konstruktivem Aufwand eine
sichere Isolierung eines Oberflächenbereichs
eines Werkstücks
von einem fluiden Medium ermöglicht
wird.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient zur Isolierung eines Oberflächenbereichs eines Werkstücks von
einem fluiden Medium. Der zu isolierende Oberflächenbereich des Werkstücks ist
Bestandteil eines Gewindes, welcher zur Isolierung mit einem Gegengewinde
der Vorrichtung abgedeckt ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann somit generell für
Werkstücke
eingesetzt werden, bei welchen ein Gewinde bei der Oberflächenbehandlung
mit einem fluiden Medium ganz oder teilweise gegen den Kontakt mit
diesem fluiden Medium geschützt
werden soll.
-
Der
Grundgedanke der Erfindung liegt darin, das Gewinde durch Aufschrauben
eines Gegengewindes an der Vorrichtung gegen das fluide Medium zu
schützen.
Die so ausgebildete Vorrichtung kann einfach und schnell ohne Justageprozesse
oder sonstige zusätzliche
Arbeitsvorgänge
auf dem Gewinde des Werkstücks
aufgebracht werden.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
dass deren Gegengewinde über
die gesamte zu schützende
Oberfläche im
Bereich des Gewindes des Werkstücks
anliegt. Im Gegensatz zu bekannten derartigen Vorrichtungen verbleibt
somit zwischen der zu schützenden
Werkstückoberfläche und
der Innenwand der Vorrichtung kein Hohlraum mehr, der mittels zusätzlicher
Dichtmittel gegen das Eindringen des fluiden Mediums abgedichtet
werden muss. Die Dichtwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung stellt sich
dabei durch den mechanischen Kontakt zwischen Gewinde und Gegengewinde
ein. Da dieser Kontakt über
die gesamte zu schützende
Oberfläche
des Werkstücks
gegeben ist, wird ein erheblich verbesserter Schutz gegen das Eindringen
des fluiden Mediums erzielt. Selbst wenn durch den mechanischen
Kontakt zwischen Gewinde des Werkstücks und Gegengewinde der Vorrichtung
lokal keine vollständige
Abdichtung gegen das fluide Medium erreicht wird, dringt dies allenfalls
nur im äußersten
Randbereich der zu schützenden
Werkstückoberfläche zwischen
Gewinde und Gegengewinde ein. Da der mechanische Kontakt zum Gegengewinde über die
gesamte Fläche
des zu schützenden
Gewindes gegeben ist, wird jedoch ein weiteres Eindringen des fluiden
Mediums effektiv verhindert. Durch den großflächigen Kontakt zwischen Werkstück und Vorrichtung
im Bereich von Gewinde und Gegengewinde wird somit auch bei unvollständiger lokaler
Dichtwirkung ein effizienter und ausreichender Schutz der Werkstückoberfläche gegen
das fluide Medium erzielt.
-
Im
Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen kann daher auf im Randbereich
der Vorrichtung angeordnete lokale Dichtmittel, die eine sehr hohe Dichtwirkung
aufweisen müssen
und dementsprechend aufwändig
sind, verzichtet werden.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann durch Aufschrauben
der Vorrichtung an einem Anschlag am Werkstück mit einem bestimmten Mindestanzugsmoment
eine erhöhte
Dichtwirkung zwischen Gewinde und Gegengewinde erzielt werden, da
durch das Mindestanzugsmoment ein Anpressdruck zwischen Gewinde
und Gegengewinde erhalten wird, der den mechanischen Kontakt zwischen
Gewinde und Gegengewinde verbessert und so das Eindringen von fluiden
Medium auch in den Randbereichen von Gewinde und Gegengewinde verhindert.
-
Das
Gegengewinde ist vorteilhaft an die zu schützende Werkstückoberfläche im Bereich
des Gewindes angepasst. Gemäß einer
ersten Variante kann das Gegengewinde so ausgebildet sein, dass die
gesamte Oberfläche
des Gewindes von diesem umschlossen wird und so gegen das fluide
Medium geschützt
wird.
-
Gemäß einer
zweiten Variante wird nur ein Teil des Gewindes vom Gegengewinde
der Vorrichtung überdeckt
und so gegen das fluide Medium geschützt. In diesem Fall kann das
Gegengewinde bevorzugt so dimensioniert sein, dass sich das Gegengewinde
in geringem Umfang über
die zu schützende Oberfläche der
Gegengewinde hinaus erstreckt, so dass der Randbereich der Kontaktfläche zwischen Gegengewinde
und Gewinde, in welchen das fluide Medium auch eindringen kann,
außerhalb
der zu schützenden
Werkstückoberfläche liegt.
Für den
Fall, dass das Gegengewinde mit dem vorgegebenen Mindestanzugsmoment
auf das Gewinde aufgeschraubt ist, wird auch ein Eindringen des
fluiden Mediums im Randbereich verhindert, so dass dann die Größe des Gegengewindes
genau an die Größe des zu
schützenden
Segments des Gewindes angepasst sein kann.
-
Die
Vorrichtung besteht besonders vorteilhaft aus einer Hülse mit
einem das Gegengewinde bildenden Innengewinde, wobei das Material
der Vorrichtung generell beständig
gegen das fluide Medium ist.
-
Die
Vorrichtung kann generell bei Oberflächenbehandlungen von Werkstücken unterschiedlicher
Bauart eingesetzt werden, wobei mit der Vorrichtung Gewinde am Werkstück gegen
fluide Medien verschiedener Ausprägung geschützt werden können. Das
zu schützende
Gewinde des Werkstücks kann
allgemein als Innengewinde oder Außengewinde ausgebildet sein.
In jedem Fall ist das Gegengewinde der Vorrichtung hierzu komplementär ausgebildet.
Beispiele für
derartige Oberflächenbehandlungen
sind das Verzinken und Verchromen von Werkstücken oder auch das Aufbringen
von Oxid-Keramikschichten oder dergleichen auf Bauteilen.
-
Besonders
vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Nitrieren,
Nitrocarburieren, Karbonitrieren und Aufkohlen in Gasen, schmelzflüssigen Salzen
oder in einem Plasma als fluidem Medium eingesetzt.
-
Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
-
1:
Erstes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Isolierung eines Oberflächenbereichs eines Werkstücks.
-
2:
Zweites Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Isolierung eines Oberflächenbereichs eines Werkstücks.
-
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung 1 zur Isolierung eines Oberflächenbereichs
eines Werkstücks 2.
Das Werkstück 2 ist
im vorliegenden Fall von einem aus Stahl bestehenden Kugelzapfen
gebildet, der im Kraftfahrzeug-Bereich, insbesondere in Fahrwerksystemen
von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.
-
Wie
aus 1 ersichtlich, besteht der das Werkstück 2 bildende
Kugelzapfen aus einem Kugelabschnitt 3, der auf einem Sockel 4 aufsitzt,
an dessen Unterseite ein zylindrischer Schaft 5 mit einem Gewinde 6 anschließt.
-
Zur
Veredelung der Oberfläche
des Werkstücks 2,
im vorliegenden Fall zur Oberflächenhärtung wird
dieses in einem nicht dargestellten Reaktionsgefäß mit einem gasförmigen oder
flüssigen
Fluid nitriert.
-
Von
dieser Oberflächenbehandlung
soll jedoch das Gewinde 6 des Kugelzapfens ausgespart werden,
da eine solche Oberflächenbehandlung
zu einer unerwünschten
Versprödung
der Gewindegänge
des Gewindes 6 führen
würde.
-
Hierzu
ist die Vorrichtung 1 zur Isolierung des entsprechenden
Oberflächenbereichs
des Werkstücks 2 vorgesehen,
wobei wie aus 1 ersichtlich die Vorrichtung 1 in
Form einer Hülse
ausgebildet ist. Die Hülse
weist eine im Wesentlichen hohlzylindrische Form auf, wobei die
Innenwand mit einem Innengewinde 7 versehen ist, welche
ein Gegengewinde zum Gewinde 6 des Werk stücks 2 bildet.
Die Unterseite der Hülse
ist mit einem Bodensegment 8 abgeschlossen, während die
Oberseite der Hülse
offen ist.
-
Zur
Isolierung des Gewindes 6 des Werkstücks 2 wird die Hülse mit
dem Innengewinde 7 auf das Gewinde 6 aufgeschraubt. 1 zeigt
die auf das Gewinde 6 aufgeschraubte Hülse in ihrer Sollposition zur
Isolierung des gewünschten
Oberflächensegments
des Werkstücks 2.
-
Wie
aus 1 ersichtlich, ist die Länge der Hülse und insbesondere die Länge des
Innengewindes 7 so dimensioniert, dass dieses Innengewinde 7 am
gesamten Gewinde 6 des Werkstücks 2 anliegt.
-
Der
unmittelbar an die Unterseite des Sockels 4 des Kugelzapfens
anschließende
Teil ist nicht mit einem Gewinde 6 versehen und bildet
ein zylindrisches Segment.
-
Das
Gewinde 6 erstreckt sich somit von diesem zylindrischen
Segment ausgehend zum unteren Rand des Schaftes 5, der
mit einem kegelstumpfförmigen
Abschlusssegment 9 abgeschlossen ist.
-
Die
Hülse ist
an diese Kontur des Schaftes 5 angepasst. In der Sollposition
der Hülse
liegt deren oberer Rand an der Unterseite des Sockels 4 des
Kugelzapfens an. Der Randbereich der Innenwand der Hülse, welcher
dem zylindrischen Segment des Schaftes 5 gegenüber liegt,
weist eine glatte Oberfläche
auf. Daran schließt
das am Gewinde 6 anliegende Innengewinde 7 an.
Die Innenwand des Bodensegments 8 ist trichterförmig ausgebildet
und somit an die Kontur der Unterseite des Schaftes 5 angepasst.
Das Zentrum des Bodensegments 8 wird von einer Entlüftungsbohrung 10 durchsetzt.
-
Zur
Isolierung des Gewindes 6 des Werkstückes 2 von dem Fluid
braucht die Hülse
lediglich mit dem Innengewinde 7 auf das Gewinde 6 aufgeschraubt
werden. Durch den mechanischen Kontakt des Gewindes 6 mit
dem Innenge winde 7 wird die gesamte Gewindeoberfläche von
der Hülse
abgedeckt und so gegen den Kontakt mit dem Fluid geschützt. Damit
während
der Oberflächenbehandlung
mit dem Fluid im Innenraum der Hülse
kein Überdruck
entsteht, sorgt die Entlüftungsbohrung 10 für einen Druckausgleich
zum Außenraum
außerhalb
der Hülse.
-
Die
Dichtwirkung der Hülse
wird durch den mechanischen Kontakt des Innengewindes 7 mit dem
Gewinde 6 des Werkstücks 2 erzielt.
Da dieser Kontakt über
die gesamte Fläche
des Gewindes 6 gegeben ist, wird eine über die gesamte Fläche gleichmäßige Dichtwirkung
erhalten.
-
Über die
Entlüftungsbohrung 10 kann
gegebenenfalls Fluid in den Innenraum der Hülse eindringen. Da durch den
mechanischen Kontakt mit dem Innengewinde 7 das Gewinde 6 geschützt ist,
wird jedoch ein Kontakt des Gewindes 6 mit dem Fluid vermieden.
Auch bei gasförmigen
Fluiden kann dieses allenfalls in die untersten Gewindegänge des
Innengewindes 7 vordringen und damit den untersten Randbereich
des Gewindes 6 kontaktieren. Dies ist in den meisten Fällen jedoch
als unkritisch einzustufen.
-
Um
ein derartiges lokales Eindringen des Fluids am unteren Gewinderand
zu vermeiden, wird vorzugsweise die Hülse mit einem Mindestanzugsmoment
gegen den Sockel 4 als Anschlag angezogen. Vorteilhafterweise
beträgt
das Mindestanzugsmoment etwa 1 Nm. Dadurch ist gewährleistet,
dass das Innengewinde 7 mit einem Anpressdruck am Gewinde 6 des
Werkstücks 2 anliegt,
wodurch die Dichtwirkung erheblich erhöht wird.
-
Wie
aus 1 ersichtlich, weist die Hülse im vorliegenden Fall eine
zylindrische Außenkontur
auf, die an die Kontur des Werkstücks 2 angepasst ist. Diese
Formgebung ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr kann die Außenkontur
der Hülse
auch andersartig ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass die Hülse im Bereich
des zu schützenden
Gewindes 6 von einem Massivteil ausgebildet ist und so
undurchlässig für das Fluid
ist. Weiterhin ist wesentlich, dass die Hülse aus einem gegen das Fluid
beständigen
Material gebildet ist. Bei Fluiden in Form von Gasen, geschmolzenen
Salzen oder Plasmas zur Nitrierung und Nitrocarburierung von Werkstückoberflächen besteht
die Hülse
bevorzugt Stahl, insbesondere Edelstahl. Weiterhin kann die Hülse aus
Stahl bestehen, der mit Kupfer, Aluminium oder Nickel beschichtet
ist. Schließlich
kann die Hülse
aus Kupfer, Titan, Aluminium oder Nickel beziehungsweise aus deren
Basislegierungen bestehen.
-
2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung 1 zur Isolierung eines Oberflächenbereiches
eines Werkstücks 2.
Das Werkstück 2 ist wiederum
von einem Kugelzapfen gebildet und entspricht der Ausführungsform
gemäß 1.
-
In
weiterer Übereinstimmung
mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 besteht
die Vorrichtung 1 gemäß 2 aus
einer Hülse
mit einem Innengewinde 7, welches auf das Gewinde 6 des Werkstücks 2 aufgeschraubt
werden kann. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 soll bei
der Ausführungsform
gemäß 2 nur
der obere Teil des Gewindes 6 des Werkstücks 2 gegen
das Fluid geschützt
werden. Der zu schützende
Bereich des Gewindes 6 ist in 2 mit A
bezeichnet. Die Form der Hülse
ist wiederum an die Form der zu schützenden Werkstückoberfläche angepasst.
Wie aus dem Vergleich der 1 und 2 ersichtlich, entspricht
die Hülse
gemäß 2 dem
oberen Teil der Hülse
gemäß 1.
Dementsprechend weist die Hülse
gemäß 2 eine
hohlzylindrische Form mit einem Innengewinde 7 als Gegengewinde
zum Gewinde 6 des Werkstücks 2 auf. Die Öffnungen
an der oberen und unteren Stirnseite der Hülse werden bei Aufschrauben
auf das Werkstück 2 vom
Schaft 5 durchsetzt. Dabei wird die Hülse wieder derart auf den Schaft 5 aufgeschraubt,
bis der obere Rand der Hülse
am Sockel 4 des Kugelzapfens als Anschlag anliegt. Die
Länge der
Hülse ist
so dimensioniert, dass deren Innengewinde 7 nicht nur den
zu schützenden
Abschnitt A des Gewindes 6 abdeckt sondern auch noch einen
daran anschließenden
Abschnitt B, der erheblich kleiner ist als der Abschnitt A.
-
Bei
der Oberflächenbehandlung
des Werkstücks 2 mit
dem Fluid wird nur der über
die Hülse hervorstehende
untere Teil des Gewindes 6 dem Fluid ausgesetzt. Der zu
schützende
Abschnitt A und der Abschnitt B des Gewindes 6 sind von
dem Innengewinde 7 der Hülse abgedeckt. Insbesondere
für den Fall,
dass die Hülse
nicht mit dem Mindestanzugsmoment gegen den vom Sockel 4 gebildeten
Anschlag angeschraubt ist, kann das Fluid im unteren Randbereich
der Hülse
zwischen Gewinde 6 und Innengewinde 7 eindringen.
Der Abschnitt B ist dabei so gewählt,
dass dieser größer ist
als die Eindringfläche des
Fluids. Dadurch ist gewährleistet,
dass das Fluid nicht in dem zu schützenden Abschnitt A des Gewindes 6 vordringt.
Für den
Fall, dass die Hülse
wenigstens mit dem Mindestanzugsmoment am Werkstück 2 angeschraubt
ist, kann der Abschnitt B sehr klein gewählt werden. Gegebenenfalls
kann auf diesen auch vollständig
verzichtet werden.
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Kugelabschnitt
- 4
- Sockel
- 5
- Schaft
- 6
- Gewinde
- 7
- Innengewinde
- 8
- Bodensegment
- 9
- Abschlusssegment
- 10
- Entlüftungsbohrung