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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuseverbundteil
für ein
Kraftfahrzeugaggregat, insbesondere Zylinderkopfhaube, Ölwanne oder
Getriebedeckel, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei
derartigen Gehäuseverbundteilen
ist eine möglichst
dauerhafte und belastbare Verbindung zwischen dem Elastomerelement
und dem Gehäuseelement
aus thermoplastischem Kunststoff erwünscht. Aus
EP 0 860 602 B ist eine Zylinderkopfhaube
mit einer Klebeverbindung zwischen Elastomerelement und Gehäuseelement
bekannt. Zur Herstellung dieser Zylinderkopfhaube wird jedoch eine heizbare
Klebevorrichtung benötigt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfach und
kostengünstig
zu fertigendes Gehäuseverbundteil
mit einer dauerhaften und hochbelastbaren Verbindung zwischen dem
Elastomerelement und dem Gehäuseelement
bereitzustellen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch 1. Durch die Formschlussverbindung
zwischen dem Elastomerelements und dem Gehäuseelement, zusätzlich zu
der Kraftschluss- bzw. Haftbindung, ergibt sich insgesamt eine stabilere
und dauerhaftere Verbindung von Elastomerelement und Gehäuseelement.
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Erfindungsgemäß ist das
Elastomerelement so in dem Hohlraum des Gehäuseelements formschlüssig gehalten,
dass das Elastomerelement auch ohne Kraftschluss, d.h. bei hinweggedachtem
Kraftschluss, nur unter Verformung aus dem Hohlraum entfernbar ist.
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Aufgrund
der entsprechenden Formung des Hohlraums in dem Gehäuseelement
ist das erfindungsgemäße Gehäuseverbundteil
mit herkömmlichen
Verfahren nur mit erhöhtem
Aufwand herstellbar, da sich das Spritzwerkzeug für den thermoplastischen
Kunststoff nicht ohne weiteres aus dem Hohlraum entfernen lässt. Das
erfindungsgemäße Gehäu severbundteil
ist erst durch ein neuartiges Fertigungsverfahren mit geringem Aufwand
herstellbar, bei dem thermoplastischer Kunststoff auf das vorgefertigte
Elastomerelement zur Herstellung des Gehäuseelements gespritzt wird.
Gegenüber
herkömmlichen
Verfahren, bei denen Elastomermasse auf das Gehäuseelement aus thermoplastischem
Kunststoff gespritzt wird, liegt das die Erfindung ermöglichende Fertigungsverfahren
daher in einer Umkehr der Spritzgießschritte für den thermoplastischen Kunststoff
und das Elastomer. Weitere Einzelheiten und Vorzüge des die Erfindung ermöglichenden
Fertigungsverfahrens werden in einer zeitranggleichen Patentanmeldung „Verfahren
zum Herstellen eines Gehäuseverbundteils
für ein
Kraftfahrzeugaggregat" beschrieben,
deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Einseitig
geöffneter
Hohlraum bedeutet, dass der Hohlraum zu einer Seite hin geöffnet, ansonsten
jedoch im wesentlichen geschlossen ist, beispielsweise eine Nut
oder ein Sackloch. Der Begriff einseitig geöffneter Hohlraum ist dadurch
abgegrenzt von Durchgangsöffnungen
insbesondere für
Befestigungsschrauben zum Befestigen des Gehäuseverbundteils an dem Kraftfahrzeugaggregat.
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Dauerhafte
Verbindung des Elastomerelements mit dem Gehäuseelement insbesondere durch Vulkanisation
bedeutet, dass eine Trennung der Komponenten nicht vorgesehen bzw.
nur unter Zerstörung
des Elastomerelements möglich
ist. Das erfindungsgemäße Gehäuseverbundteil
ist damit beispielsweise abgegrenzt gegenüber Clipsverbindungen zwischen
Gehäuseelement
und Elastomerelement.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung
vorteilhafter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen hervor. Es zeigen:
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1-5:
Querschnittsansichten von ersten bis fünften Ausführungsformen eines Gehäuseverbundteils
im Ausschnitt im Bereich des Elastomerelements;
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6:
eine Querschnittsansicht eines Zwischenprodukts bei der Herstellung
des Gehäuseverbundteils
aus 7; und
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7:
eine Querschnittsansicht eines Gehäuseverbundteils.
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Das
in 7 gezeigte Gehäuseverbundteil für ein Kraftfahrzeugaggregat
ist eine Zylinderkopfhaube 11 aus einem Metall-Kunststoff-Elastomer-Verbund
mit einer Verschlusshaube 15 aus thermoplastischem Kunststoff
und einer integrierten Elastomerdichtung 12. Die Zylinderkopfhaube 11 wird
mittels des Halteteils 10, das zu diesem Zweck Bohrungen 13 aufweist,
an das Gehäuse
des nicht gezeigten Aggregats montiert. Das Halteteil 10 kann daher
auch als Befestigungsteil oder Rahmen bezeichnet werden. Das Elastomerelement 12 ist
unlösbar
mit dem Gehäuseelement 15 und
dem Halteteil 10 verbunden. Mit dem Gehäuseverbundteil 11 wird eine
entsprechende Öffnung
in dem Gehäuse
des Aggregats dichtend und schalldämpfend verschlossen.
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Das
Halteteil 10 weist in vielen Fällen vorzugsweise die Form
eines geschlossenen oder im wesentlichen geschlossenen Rahmens auf.
Im wesentlichen geschlossen bedeutet, dass der Rahmen abschnittweise
unterbrochen sein kann, wenn dies konstruktiv erforderlich oder
vorteilhaft ist. Das Halteteil 10 kann beispielsweise auch
aus einem oder mehreren Streifen bestehen. Zweckmäßigerweise weist
das Halteteil eine ausreichende Steifigkeit auf. Bevorzugt besteht
das Halteteil 10 daher aus einem ausreichend festen Material,
insbesondere Metall, festem oder verstärktem Kunststoff, oder dergleichen.
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4 zeigt
die Zylinderkopfhaube 11 aus 7 im Bereich
des Elastomerelements 12. Das rahmenförmige Halteteil 10 ist
umlaufend um die Zylinderkopföffnung
des Kraftfahrzeugaggregats ausgebildet. Der insbesondere metallische
Rahmen 10 kann beispielsweise als Zieh- oder Stanzteil
aus Stahlblech hergestellt werden. An dem Innenrand kann der Rahmen 10 durch
eine Abkröpfung 16,
an dem Außenrand
durch eine Abkröpfung 17 versteift sein.
An dem Außenrand
weist der Rahmen vorzugsweise eine weitere äußere Abkröpfung 18 auf.
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Das
Gehäuseelement 15 weist
eine Ausnehmung bzw. einen Hohlraum in Form einer umlaufenden Nut 20 auf,
die von Seitenwänden 21, 22 und
einer Bodenwand 23 des Gehäuseelements 15 gebildet
werden. An der der Bodenwand 23 gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 20 ist
die Öffnung 24 gebildet.
Abgesehen von der Öffnung 24 ist
die Nut geschlossen. Entlang der Längsseiten der Nut 20 verengen
Stege 25, 26 die Nutöffnung 24. Die Stege 25, 26 sind
Teil des Gehäuseelements 15.
Durch die Stege 25, 26 werden in dem Hohlraum 20,
von der Öffnungsrichtung
S aus betrachtet, Hinterschneidungen 27, 28 gebildet.
Die Öffnungsrichtung
bezeichnet dabei eine Richtung senkrecht zu der Öffnung 24 des Hohlraums 20 mit
Blick in den Hohlraum 20 hinein. Die Ausnehmung 20 ist
mindestens teilweise mit Elastomer ausgefüllt, so dass das Elastomerelement 12 aufgrund
der Hinterschneidungen 27, 28 formschlüssig in
dem Hohlraum 20 des Gehäuseelements 15 gehalten
wird und nur unter Verformung von dem Gehäuseelement 15 getrennt
werden kann.
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In
der Ausführungsform
gemäß 1 sind die
die Hinterschneidungen 27 bis 30 bildenden Stege 25, 26, 31, 32 in
den Seitenwänden 21, 22 der
Nut 20 angeordnet. Zudem sind an jeder Seitenwand 21, 22 eine
Mehrzahl von Stegen 25, 31 bzw. 26, 32 beispielsweise
in Form einer Wellstruktur angeordnet, wodurch die Haltekraft des
Elastomerelements 12 in der Nut 20 noch erhöht wird.
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In
den Ausführungsformen
gemäß den 1 und 3 bis 7 ist
ein insbesondere metallisches rahmenförmiges Befestigungsteil 10 vorgesehen.
Vorzugsweise greifen nicht gezeigte Befestigungsmittel zum Befestigen
des Gehäuseverbundteils 11 an
dem Kraftfahrzeugaggregat ausschließlich an dem Befestigungsteil 10 an,
nicht jedoch an dem Gehäuseelement 15,
um die Entkoppelung des Körperschalls
zu verbessern. Das Befestigungsteil 10 weist daher Durchgangsbohrungen 13 für entsprechende
Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben auf, während das
Gehäuseelement 15 vorzugsweise frei
von Durchgangsbohrungen für
Befestigungsschrauben zum Befestigen des Gehäuseverbundteils 11 an
dem Kraftfahrzeugaggregat ist.
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In
den Ausführungsformen
gemäß den 1 und 4 bis 7 greift
das Halteteil 10 zur Verstärkung der Verbindung und gegebenenfalls
zum Abstützen
an dem Gehäuseelement 15 vorzugsweise
in den Hohlraum 20 ein. Die Ausführungsform 3 verdeutlicht,
dass dies jedoch keineswegs zwingend der Fall ist.
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Die
Ausführungsform
gemäß 2 verdeutlicht,
dass die Erfindung auch auf Gehäuseverbundteile
mit integriertem Elastomerelement 12 ohne Halte- bzw. Befestigungsteil 10 anwendbar
ist. In diesem Beispiel ist das Gehäuseelement 15 an dem
Kraftfahrzeug aggregat montiert und kann zu diesem Zweck nicht gezeigte
Durchgangsbohrungen für
Befestigungsmittel aufweisen.
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Die
Ausführungsform
gemäß 5 verdeutlicht,
dass eine Hinterschneidung 27 auch von einer die Nut 20 bildenden
Seitenwand 21 des Gehäuseelements 15 gebildet
sein kann.
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In
dem Hohlraum 20 können
vorzugsweise von dem Elastomerelement nicht eingenommene Freiräume 30, 31 vorgesehen
sein, um ein Nachgeben des Elastomerelements 12 zu ermöglichen.
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Im
allgemeinen kann das Gehäuseelement 15 insbesondere
die Form einer Haube, eines Deckels, einer Wanne oder dergleichen
aufweisen.
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Wie
aus den 1 und 3 bis 7 ersichtlich
ist das Gehäuseelement 15 zur
Entkopplung des Körperschalls
nur über
das Elastomerelement 12 mit dem Halteteil 10 verbunden,
steht also mit dem Halteteil 10 an keiner Stelle direkt
in Kontakt.
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Zur
Fertigung des erfindungsgemäßen Gehäuseverbundteils 11 wird
ein neuartiges Verfahren durchgeführt. Nach einem bevorzugten
Verfahren wird in einem ersten Schritt auf das vorgefertigte Halteteil 10 eine
haftvermittelnde Zwischenschicht aufgebracht, um eine hochbelastbare
Bindung zwischen dem Elastomer und dem Halteteil 10 zu
erreichen. Im nächsten
Schritt wird das Halteteil 10 in das Werkzeug einer ersten
Spritzgießmaschine
eingelegt und eine Elastomerschicht auf das Halteteil 10 gespritzt und
vulkanisiert, um die Elastomerdichtung 12 zu bilden.
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Das
nach diesem Schritt vorliegende rahmenförmige Zwischenteil 14,
bestehend aus der an das Halteteil 10 angespritzten umlaufenden
Elastomerdichtung 12, ist in 8 gezeigt.
Falls erforderlich kann das Zwischenteil 14 in einem nachfolgenden
Schritt in einem Ofen getempert werden (Oven Post Cure-Verfahren),
um die erforderliche Ausbildung der thermischen und chemischen Widerstandsfähigkeit
und mechanischen Belastbarkeit der Elastomerdichtung zu erreichen.
Wie aus einem Vergleich der 8 und 9 ersichtlich, ist das Zwischenteil 14 erheblich
kleinvolumiger als das Endprodukt 11.
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Es
kann daher im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem zum Tempern
der Elastomerdichtung das gesamte Endprodukt in den Ofen gebracht werden
muss, eine wesentlich höhere
Füllung
des Ofens und daher eine signifikante Kostenersparnis erreicht werden.
Da das Zwischenteil 14 keine Komponente aus thermoplastischem
Kunststoff aufweist, wird eine Deformation des Zwischenteils 14 beim Tempern
vermieden.
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Für eine Verbesserung
der Bindung zwischen dem aufzuspritzenden thermoplastischem Kunststoff
und der Elastomerdichtung 12 kann diese in einem optionalen
Schritt bindungsvorbehandelt werden.
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In
einem nachfolgenden Schritt wird das Zwischenteil 14 in
ein zweites Formwerkzeug einer zweiten Spritzgießmaschine eingelegt und eine
thermoplastische Kunststoffmasse zur Bildung des Haubenteils 15 und
damit des Verbundteils 11 eingespritzt. Anschließend wird
das Haubenteil 15 entformt.
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Die
erste und die zweite Spritzgießmaschine können konventionelle
Spritzgießmaschinen
mit konventionellen Formwerkzeugen sein. Die Erfindung ist aber
nicht darauf beschränkt.
Es kann auch eine Sonder-Spritzgussmaschine mit zwei Spritzstationen,
bzw. zwei verkettete Spritzgussmaschinen, Verwendung finden. Dabei
wird in einem ersten Schritt das gegebenenfalls mit einer eine haftvermittelnden Zwischenschicht
versehene Halteteil 10 in das Unterteil eines speziellen
Formwerkzeugs eingelegt und danach die Form durch ein erstes Oberteil
verschlossen. Anschließend
wird in der ersten Spritzgießstation
der Spritzgießmaschine
die verbindende Elastomerschicht eingespritzt und vulkanisiert,
um die Elastomerdichtung 12 zu bilden. Sodann wird das Form-Unterteil
mit dem Halteteil 10 und der darauf gebundenen Elastomerschicht 12 von
der ersten Spritzgießstation
der zu der zweiten Spritzgießstation
verfahren und sodann das Werkzeug-Unterteil durch Aufsetzen eines
zweiten Oberteils verschlossen.
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Alternativ
besteht auch die Möglichkeit
der Verwendung einer Spritzgießmaschine
mit nur einer Schließstation
für das
Werkzeug und zwei getrennten Spritzeinheiten für Elastomer und Kunststoff.
Dann bleibt das Unterteil der Form in derselben Station, es wird
dann das Oberteil des Werkzeugs und die Spritzeinheit getauscht.
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Anschließend wird
in einem nachfolgenden Schritt in der zweiten Spritzgießstation
thermoplastischer Kunststoff zur Formung des Gehäuseelements 15 eingespritzt
und das fertige Verbundteil 11 entformt.
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Das
Einspritzen von thermoplastischem Kunststoff zur Formung des Gehäuseelements 15 kann
vorzugsweise mittels eines Thermoplastischen Schaum-Gieß-Verfahrens
durchgeführt
werden.
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Zur
Herstellung eines Gehäuseverbundteils ohne
Halteteil 10, wie beispielsweise in 2 gezeigt,
wird das vorgeformte, gegebenenfalls getemperte und/oder bindungsvorbehandelte
Elastomerelement 12 in ein Formwerkzeug einer Spritzgießmaschine
eingelegt und eine thermoplastische Kunststoffmasse zur Bildung
des Haubenteils 15 und damit des Gehäuseverbundteils eingespritzt.
Anschließend wird
das Haubenteil 15 entformt.