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Die Erfindung betrifft ein Maskierelement zum Abdecken einer Öffnung, insbesondere einer Gewindebohrung, für die Maskierung bei der Oberflächenbehandlung von Bauteilen.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Abdeckelemente, die beispielsweise als Stopfen ausgebildet sind. Diese Stopfen sollen Öffnungen von Werkstücken bzw. Bauteilen abdichten, deren Oberfläche, beispielsweise durch Beschichten oder Lackieren, behandelt werden soll. Die Stopfen werden in die entsprechende Öffnung eingedrückt und sollen lösbar mit dem Werkstück verbunden sein, um nach der Oberflächenbehandlung entfernt werden zu können.
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Zu diesem Zweck sind unterschiedliche Ausbildungen von Stopfen bekannt. Es sind beispielsweise Stopfen mit Klebemittelschichten offenbart, die den Stopfen in seiner Lage halten sollen. Des weiteren sind Stopfen bekannt, die entsprechend ausgebildete Einsatzteile oder Paßstücke aufweisen, die eine sichere Fixierung des Stopfens ermöglichen. Die Stopfen sind häufig konisch oder zylindrisch ausgebildet. Die konischen oder zylindrischen Stopfen können beispielsweise einen Abziehgriff umfassen. Die abzudeckende Öffnung wird durch das Eindrücken des Abdeckelements verschlossen.
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Nachteilig an diesen bekannten Stopfen ist, dass sie häufig durch den bei der Oberflächenbehandlung entstehende Überdruck nicht in der Öffnung festhalten, sondern aus der Öffnung heraus gedrückt werden.
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Dies ist auch bei Stopfen der Fall, die parallele Einschnürungen aufweisen. Diese Ausformung kann beispielsweise eine Gewindebohrung nicht sicher vor dem Eindringen von Material schützen.
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Bei Sandstrahlvorgängen kann das Abdeckelement aus seiner Öffnung gezogen werden, insbesondere wenn bei einer Ausbildung des Abdeckelements mit einem Abziehgriff der Sandstrahl auf diesen Griff trifft.
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Zudem können die bekannten Abdeckelemente die entsprechende Öffnung wegen ihrer harten und unflexiblen Materialgestaltung oft nicht vollständig abdecken oder ausfüllen und vor dem Eindringen der Beschichtung odgl. schützen.
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Die Abdeckelemente können nicht vollständig aus Metall bzw. Stahl ausgebildet werden, da diese harten Ausbildungen das Gewinde der Gewindebohrung am Bauteil beschädigen könnten. Insbesondere ist dies bei Bauteilen aus einem weicheren Material als Stahl, beispielsweise Aluminium, oder aber auch bei Kunststoffbauteilen, ausgeschlossen.
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Es sind daher Stopfen bekannt, die aus thermoplastischem Harz ausgebildet sind, wobei das Harz beispielsweise mit einem anorganischen Füllmittel gemischt ist. Diese Abdeckelemente haben den Nachteil, dass die Wärmebeständigkeit bei höchstens 150 ° C liegt, selbst wenn die Stopfen mit einem anorganischen Füllmittel gemischt sind. Bei einem Oberflächenbehandlungsprozess, der eine höhere Temperatur erfordert als 150 ° C, werden diese Abdeckelemente verformt.
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Des weiteren sind Abdeckelemente bekannt, die aus einem Kunststoffwerkstoff, nämlich Polycarbonat, ausgebildet werden. Auch diese Abdeckelemente weisen zusätzlich ein Füllmittel oder Verstärkungsmaterial auf. Diese Abdeckelemente sind unflexibel und daher schwer beispielsweise in Gewindebohrungen einsetzbar. Im Bereich der Oberflächenbeschichtung verkleben die meisten derartigen Kunststoffstopfen am Bauteil.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abdeckelement für die Maskierung zur Verfügung zu stellen, das eine dichte und sichere Abdeckung der entsprechenden Öffnung des Bauteils ermöglicht, keine Beschädigung des zu bearbeitenden Bauteils hervorruft und dabei wärmebeständig ausgebildet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Maskierelement vorgeschlagen, das einerseits bei der Beschichtung und Lackierung von Oberflächen von Bauteilen, andererseits auch bei Arbeitsgängen wie Sandstrahlen, Eloxieren, Galvanisieren, Anodisieren odgl. der Oberflächen von Bauteilen oder Werkstücken eingesetzt wird.
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Um die Anforderungen bei der Oberflächenbehandlung von Bauteilen zum Abdichten insbesondere von Gewindebohrungen zu erfüllen, weist das Maskierelement ein Gewinde aus einem thermoplastische Kunststoff, vorzugsweise aus dem Kunststoff Polyphenylensulfid (PPS) auf. PPS ist dauerhaft bis ca. 240° hochhitzebeständig und elektrisch nicht leitfähig. Dadurch eignet sich diese Ausbildung für den Einsatz in den Bereichen der Hochtemperatureinbrennverfahren wie der Pulverbeschichtung von Werkstücken, der KTL-Tauchlackierung sowie in den Niedertemperaturbereichen der Galvanik sowie der Nasslackierung.
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PPS ist ein teilkristalliner Hochleistungskunststoff. Er wird auch als Poly(thio-p-phenylen) bezeichnet und hat die allgemeine Formel (SC6H4)n. Die Herstellung erfolgt üblicherweise durch Polykondensation von 1,4-Dichlorbenzol mit Natriumsulfid in aprotischen Lösemitteln. Durch die Verbindung von aromatischen Monomereinheiten über Schwefelatome entstehen widerstandsfähige Polymere. Diese Polymere weisen gute mechanische Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen von weit über 200° C auf. Je nach Belastung ist ein Dauereinsatz bis 240° C gewährleistet. Kurzzeitig ist auch die Verwendung bei Temperaturen bis zu 270° C möglich. PPS weist eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber nahezu allen Lösemitteln, vielen Säuren und Laugen auf. Er wirkt als Isolator, ist für die meisten Flüssigkeiten und Gase impermeabel und ist insbesondere für lange, schmale Formteile und komplexe Werkzeuggeometrien geeignet.
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Das Gewinde kann beispielsweise als ein metrisches Gewinde, ein Zollgewinde, ein Trapezgewinde oder jedes andere geeignete Gewinde ausgebildet sein. Das Gewinde kann als gegossenes Gewinde ausgebildet sein.
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Die erfindungsgemäße Maskierelement hat dabei den Vorteil, dass die zu verschließende Öffnung, also die Gewindebohrung, insbesondere ausgeführt als Sacklochbohrung, die vor der Lackierung vor Lack- und Flüssigkeitseintritt geschützt werden muss, durch einfaches Eindrehen zuverlässig abgedeckt werden kann und keine Materialien eindringen können. Diese Ausbildung eignet sich insbesondere für kleinere Gewindedurchmesser.
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Das Maskierelement ist in wenigen Herstellungsschritten kostengünstig herzustellen. Die Ausbildung aus PPS erlaubt einen Einsatz bei weitaus höheren Temperaturen als die Stopfen gemäß dem Stand der Technik.
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Der thermoplastische Kunststoff PPS wird in die entsprechende Gewindeform gegossen. Dazu wird für das Gewinde der abzudichtenden Gewindebohrung ein 3-D-Modell erstellt. Hierzu wird vom Gewinde ein Gewindezahn gezeichnet und für das Gießen vorbereitet. Das Gewinde ist anfangs als Spirale ausgebildet, die den Wert des Außendurchmessers und die notwendige Steigung aufweist.
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Bei dieser Steigung unterschieden sich Regelgewinde von Feingewinden oder weiteren Sonderformen. Bei der Ausbildung des Gewindes muss beachtet werden, wie viele Drehungen beim Einsatz benötigt werden. Bei kleineren Gewindegrößen müssen beispielsweise mehr Drehungen eingeplant werden als bei metrischen Regelgewinden, da bei kleineren Größen die Gefahr höher ist, das Maskierelement verkantet einzudrehen.
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Als Sicherung gegen ein schräges Ansetzen des Maskierelements an der Gewindebohrung ist als vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor dem Gewinde am Maskierelement ein Einführbolzen beispielsweise in Zylinderform vorgesehen, der als Führung zum sicheren Einsetzen dienen soll.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das erfindungsgemäße Maskierelement zweiteilig ausgebildet sein. Dabei kann ein in seiner Form der Ausbildung eines Einsatzes aus PPS angepasstes flexibles, aus einem hitzebeständigen Elastomer ausgebildetes zweites Teil um den Schaft des PPS-Einsatzteils eingesteckt und wieder abgezogen werden.
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Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass die Eigenschaften von hitzebeständigem Kunststoff mit denen eines elastischen und wechselbaren Elastomerelementes kombiniert werden. Das Elastomer ist bevorzugt ein Silikon. In der chemiefreien Entlackung kann das Silikonelement im separatem Zustand kostengünstig gereinigt und nach der Reinigung verbunden mit dem Einsatzteil aus PPS wieder eingesetzt werden. An seiner Außenseite weist das Elastomerelement beispielsweise eine Riffelung auf, um gut gegriffen werden zu können und das Aufstecken bzw. Abziehen zu erleichtern.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Maskierelement einstufig verstellbar ausgebildet sein. Dies erfolgt durch die Einbringung einer Zacke bzw. einer Nut am Einsatzteil. In diese Nut greift ein Vorsprung des Elastomerelements ein.
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Die zweiteilig ausgebildeten und einstufig verstellbaren Maskierelemente haben den Vorteil, dass sie zuverlässig haltend Gewindebohrungen abdecken. Dabei behalten die derartig ausgebildeten Maskierelemente selbst bei einem im Einbrennofen entstehenden Überdruck im Hohlraum ihren sicheren Sitz im abzudeckenden Gewinde. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Maskierelements sind selbst lehrdornfähige Gewindelöcher in sensiblen Bauteilen vor Beschädigung bei der Ein- und Ausbringung geschützt. Durch die flexible Ausbildung des Maskierelements ohne Metallanteile werden die Strukturen der Gewindebohrungen nicht verändert oder nachteilig beeinflusst.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Maskierelement zwei- oder mehrstufig in der Verbindung der beiden Elemente, dem Einsatzteil aus PPS und dem Elastomerelement, ausgebildet sein. Dabei kann die Einschraubtiefe zwei- oder mehrstufig gewählt werden. Somit können auch tiefer liegende Gewindegänge durch Herausziehen des Einsatzes verändert werden. Dazu sind zwei oder mehr Nuten ausgebildet, in die jeweils ein Vorsprung des Elastomerelements eingreift.
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Besonders vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen ein- oder mehrteiligen Ausbildungen ist, dass die während der Lackvernetzung in einem Einbrennofen bei einer Umluft-Temperatur von ca. 220° entstehende Hitze vom Kunststoffeinsatzteil kaum über das Silikonelement abgeleitet wird. Somit ist eine sehr lange Einsatzzeit des Maskierelements in zusammengefügtem Zustand möglich.
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Die beiden vorgenannten Ausbildungen mit den wechselbaren Elastomerelementen eignet sich insbesondere, aber nicht ausschließlich für größere Gewindedurchmesser von Gewindebohrungen.
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Das Elastomerelement kann in einem anderen Ausführungsbeispiel auch als Sechskant ausgebildet sein. Damit kann mittels einer Sechskantnuss das Einschrauben des Maskierelements automatisiert werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zwischen dem PPS-Einsatzelement und dem Silikonelement eine Abdeckscheibe positioniert. Dadurch können auch definierte Durchmesser der vor Lack zu schützenden Bohrung während der Lackierung abgedeckt werden. Dies verhindert beispielsweise bei Sandstrahlverfahren, die insbesondere als Vorbehandlung durchgeführt werden, dass das eingeschraubte Maskierelement durch den Strahlaufprall aus dem Gewinde gedrückt wird.
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Durch den festen Halt des Maskierelements im Gewinde ist ein sicherer Sitz in der Gewindebohrung des Werkstücks auch beim Transport gewährleistet.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 zeigt ein zusammengebautes Maskierelement in einer Schrägansicht von oben,
- 2 zeigt ein zweistufig verstellbares Thermoplastelement in einer Schrägansicht von oben,
- 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Silikonelement in Schrägansicht,
- 4 stellt ein Silikonelement in einer Draufsicht schräg von oben dar,
- 5 zeigt den Längsschnitt eines weiteren zusammengebauten Maskierelement in einer Schrägansicht von oben,
- 6 zeigt ein Thermoplastelement in einer Schrägansicht von oben und
- 7 stellt das Maskierelement nach 5 liegend in einer Draufsicht schräg von oben dar.
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In 1 ist ein zusammengebautes Maskierelement 10 dargestellt. Es weist ein Thermoplastelement 12 auf. Dieses Thermoplastelement 12 ist aus einem thermoplastische Kunststoff, vorzugsweise aus dem Kunststoff Polyphenylensulfid (PPS) ausgebildet. PPS ist dauerhaft bis ca. 240° hochhitzebeständig und elektrisch nicht leitfähig.
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Das Thermoplastelement 12 weist einen Einführbolzen 14 zum geraden Einstecken in eine Gewindebohrung, insbesondere eine Sacklochbohrung, eines Werkstücks auf. Dieser Einführbolzen 14 dient als Sicherung gegen ein schräges Ansetzen des Maskierelements 10 an der Öffnung bzw. Bohrung des Werkstücks und ist in diesem Ausführungsbeispiel in einer Zylinderform ausgebildet.
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Des weiteren ist am Thermoplastelement 12 ein Gewinde 16 ausgebildet. Der thermoplastische Kunststoff PPS wird in die entsprechende Gewindeform gegossen. Das Gewinde 16, beispielsweise ein metrisches Gewinde, ist anfangs als Spirale ausgebildet, die den Wert des Außendurchmessers und die notwendige Steigung aufweist.
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Auf das Thermoplastelement 12 kann ein Silikonelement 18 aufgesetzt sein. Insbesondere für größere Gewindedurchmesser kann eine zusammengesetzte Ausbildung des Maskierelements 10 sinnvoll sein. Das Silikonelement 18 weist an seiner Außenseite eine Riffelung 20 auf. Dies erleichtert das Greifen beim Aufstecken oder Abziehen des Silikonelements 18.
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Das Silikonelement 18 weist in dieser Ausbildung einen Wulst 22 zur Abdeckung des ersten Gewindegangs auf.
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2 zeigt ein zweistufig verstellbares Thermoplastelement 12 mit einem Einführbolzen 14 sowie einem Gewinde 16, wie in 1 beschrieben. An das Gewinde 16 angesetzt ist ein kreuzförmig ausgebildeter Schaft 24 des Thermoplastelements 12 ausgebildet, der das Einsetzen in das Silikonelement 18, wie in den folgenden Figuren dargestellt, ermöglicht.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist der Schaft 24 an seinen jeweiligen Armen 26 Nuten 28 und Zacken 30 auf.
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In 3 ist ein Silikonelement 18 in einem Längsschnitt dargestellt. Es weist einen Wulst 22 auf. Des weiteren ist der Einführschlitz 32 dargestellt. Dieser Einführschlitz 32 dient der Aufnahme eines Armes 26 des Schafts 24 des Thermoplastelements 12, wie in 2 dargestellt, wenn das Silikonelement 18 auf das Thermoplastelement 12 aufgeschoben bzw. aufgesteckt wird.
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Im Silikonelement 18 sind Vorsprünge 34 ausgebildet, die in die Nuten 28 einrasten können. Je nachdem, wie weit das Silikonelement 18 auf das Thermoplastelement 12 der 2 aufgeschoben wird, ist die absolute Länge des Maskierelements 10, wie in 1 dargestellt, variabel. In diesem Längsschnitt sind die Riffeln 20 sichtbar.
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Die 4 zeigt das Silikonelement 18 einzeln ohne das Thermoplastelement 12 aus 2. Das Silikonelement 18 weist dabei einen Wulst 22 sowie Riffeln 20 und den Einführschlitz 32 auf. Durch die kreuzförmige Anordnung der vier Einführschlitze 32 lassen sich die vier Arme 26 am Schaft 24 des Thermoplastelements 12 aus 2 in das Silikonelement 18 einschieben bzw. lässt sich das Silikonelement 18 auf das Thermoplastelement 12 aufsetzen.
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In 5 ist ein zusammengesetztes Maskierelement 10 im Längsschnitt dargestellt. Dabei weist das Thermoplastelement 12 einen Einführbolzen 12, ein Gewinde 16 sowie Nuten 28 und Zacken 30 auf. Das Silikonelement 18 weist einen Wulst 22, Vorsprünge 34 und Rillen 20 auf.
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In 6 ist das Thermoplastelement 12 zum Maskierelement 10 der 5 dargestellt. Dieses Thermoplastelement 12 hat den Einführbolzen 12, das Gewinde 16 und den Schaft 24. Ausgebildet sind Nuten 28 sowie Zacken 30. Der Schaft 24 weist vier Arme 26 auf.
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7 zeigt das zusammengebaute Maskierelement 10 nach 5 in einer Ansicht von der Seite von außen. Für kleinere Durchmesser von Gewindebohrungen können fest zusammengebaute Maskierelemente 10 verwendet werden.
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Es können in verschiedenen Ausführungen Maskierelemente 10 aus einem Thermoplastelement 12 alleine, aus einer fest zusammengefügten Kombination aus Thermoplastelement 12 und Elastomerelement 18 oder aus in einer oder mehreren Stufen verstellbar, auseinandernehmbar und wechselbar mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildete Maskierelemente 10 aus jeweils einem Thermoplastelement 12 und einem Elastomerelement 18 ausgebildet sein.
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Die Einschraubtiefe des Maskierelements 10 kann in einer in Stufen verstellbaren, zusammensetzbaren Variante durch die Art der Verbindung der beiden Komponenten Thermoplastelement 12 und Elastomerelement 18 verändert werden. Dies erfolgt durch Herausziehen des Thermoplastelements 12, das als „Einsatz“ für das Elastomerelement 12 ausgebildet ist. Damit können auch tiefer liegende Gewindegänge durch Einschrauben sicher abgedeckt werden.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Maskierelement
- 12
- Thermoplastelement
- 14
- Einführbolzen
- 16
- Gewinde
- 18
- Silikonelement
- 20
- Riffelung
- 22
- Wulst
- 24
- Schaft
- 26
- Arm
- 28
- Nut
- 30
- Zacken
- 32
- Einführschlitz
- 34
- Vorsprung