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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuseverbundteil
für ein
Kraftfahrzeugaggregat, insbesondere Zylinderkopfhaube oder Ölwanne,
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige
Zylinderkopfhauben sind aus
DE 101 19 892 A1 ,
DE 197 38 276 C1 und
EP 0 860 602 B1 , Ölwannen
aus
DE 101 33 353
A1 bekannt. Aufgrund des hohen Schallabstrahlungsanteils
von Zylinderkopfhaube und Ölwanne
an der Schallabstrahlung eines Kraftfahrzeugmotors besteht ein ständiges Bedürfnis nach
Entwicklung von Ventilhauben und Ölwannen mit hoher Schalldämpfung.
Insbesondere bei Ölwannen
wird die Schallentkopplung zu dem Motorgehäuse über eine Elastomerdichtung durch
schlagartige dynamische Beanspruchungen infolge schwappender Ölfüllung, zusätzlich zu
dem Eigengewicht von Ölwanne
mit Ölfüllung, erschwert. Eine
weitere Belastung kann bei Montage und Wartung auftreten, wenn der
Motor auf der Ölwanne
abgestellt wird. Diese Belastungen können zu vorzeitigem Verschleiß und schlimmstenfalls
zu einer Zerstörung
des Elastomerelements führen.
Die aus der
DE 101
33 353 A1 bekannte Ölwanne
umfasst eine Vielzahl von Teilen und ist daher aufwendig in der Fertigung.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfach und
kostengünstig
zu fertigendes schallentkoppeltes Gehäuseverbundteil mit hoher mechanischer
Belastbarkeit bereitzustellen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch 1. Durch die unlösbare Formüberdeckung
wird das Halteteil an dem Gehäuseteil
abgestützt.
Hierdurch wird erreicht, dass in der Bindefläche des Elastomerelements keine
unzulässig
hohen Schub- oder
Zugspannungen auftreten können,
die zu einer Beeinträchtigung
oder Zerstörung
der Bindung führen
können.
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Unlösbare Formüberdeckung
bedeutet insbesondere, dass das Halteteil so in dem Gehäuseteil gehalten
ist, dass nur aufgrund der Formung beider Bauteile bei vollständig entferntem
Elastomerelement (und etwaiger sonstiger lösbarer Verbindungsmittel) das
Halteteil nicht ohne Verformung von dem Gehäuseteil lösbar ist.
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Aufgrund
der unlösbaren
Formüberdeckung kann
das Halteteil auch nicht ohne Verformung in das Gehäuseteil
eingebracht werden. Aus diesem Grund ist das erfindungsgemäße Gehäuseverbundteil
mit herkömmlichen
Verfahren, bei denen eine vorgefertigte Haube aus thermoplastischem
Kunststoff und ein Träger
aus Metall in ein Spritzgieß- und Vulkanisationswerkzeug
eingelegt werden und anschließend zur
Bildung eines Elastomerteils Elastomermasse eingespritzt und vulkanisiert
wird, mit tragbarem Aufwand nicht herstellbar. Das erfindungsgemäße Gehäuseverbundteil
ist erst durch ein neuartiges Fertigungsverfahren mit geringem Aufwand
herstellbar, bei dem zuerst Elastomer auf das Halteteil gespritzt wird,
um das Elastomerelement herzustellen, und anschließend thermoplastischer
Kunststoff auf das 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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Dauerhafte
Verbindung des Elastomerelements mit dem Gehäuseelement 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:
eine Querschnittsansicht einer Ölwanne
im Ausschnitt im Bereich des Elastomerelements;
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2:
eine Querschnittsansicht einer Zylinderkopfhaube im Ausschnitt im
Bereich des Elastomerelements;
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3-7:
Querschnittsansichten eines Gehäuseverbundteils
im Ausschnitt im Bereich des Elastomerelements gemäß weiteren
Ausführungsformen
der Erfindung;
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8:
eine Querschnittsansicht eines Zwischenprodukts bei der Herstellung
des Gehäuseverbundteils
aus 9:
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9:
eine Querschnittsansicht eines Gehäuseverbundteils; und
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10:
ein Federkennliniendiagramm des Elastomerelements.
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Das
in 9 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. 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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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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An
dem Halteteil 10 können,
wie in den 1 und 2 gezeigt,
den Bohrungen 13 entsprechende elastomere Pufferelemente 22 vorgesehen sein,
die einstückig
mit dem Elastomerelement 12 geformt sein können.
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1 zeigt
eine Ölwanne
im Bereich des Elastomerelements 12. Die nicht vollständig gezeigte Ölwanne ist
analog zu der in 9 gezeigten Zylinderkopfhaube 11 aufgebaut.
Das rahmenförmige Halteteil 10 ist
umlaufend um die Öffnung
der Ölwanne
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 eine weitere äußere Abkröpfung 18 auf.
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Das
Gehäuseteil 15 weist
eine Ausnehmung bzw. einen Hohlraum 20 auf. Von der Hauptrichtung R
aus betrachtet bildet die Ausnehmung bzw. der Hohlraum 20 eine
Hinterschneidung 19. Die Hauptrichtung R bezeichnet dabei
eine Richtung senkrecht zu der gedachten Trennfläche zwischen dem Gehäuseverbundteil 11 und
dem Kraftfahrzeugaggregat. Der Rahmen 10 greift in die
Ausnehmung 20 ein, in 1 beispielsweise
mittels der horizontalen Abkröpfung 18.
Die Ausnehmung 20 ist im wesentlichen vollständig mit
Elastomer ausgefüllt.
Aufgrund der Hinterschneidung 19 ergibt sich eine positive Überdeckung
a zwischen dem Halteteil 10 und dem Gehäuseteil 15. Selbst
bei entferntem Elastomerelement 15 kann daher das Halteteil 10 nicht
ohne Verformung von dem Gehäuseelement 15 getrennt
werden. Aufgrund dieser unlösbaren
Formüberdeckung wird
das Halteteil 10 an der Hinterschneidung 19 des Gehäuseelements 15 sowie
zweckmäßigerweise
an der entgegengesetzten Wand 21 der Ausnehmung 20 abge stützt. Es
treten daher in dem Elastomerelement 12 keine übermäßig hohen
Schub- oder Zugspannungen auf, die zur Zerstörung der Elastomerbindung führen können. Zudem
bildet der Eingriff des Halteteils 10 hinter die Hinterschneidung 19 einen
Sicherheitsanschlag, so dass ein ungewolltes Lösen des Gehäuseelements 15 von
dem Aggregat verhindert wird.
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Der
prinzipielle Verlauf der Federsteifigkeit der durch das Elastomerelement 12 gebildeten
Gummifeder ist in 10 dargestellt. Die Federsteifigkeit verläuft demnach
vorzugsweise in Kraftrichtung progressiv, d.h. die Feder ist relativ
weich um den statischen Nullpunkt mit zunehmender Steifigkeit in
beiden Richtungen. Die gewünschte
Federsteifigkeit kann durch Variation geeigneter Abmessungen, insbesondere
der Abstände
des Halteteils 10 zu dem Gehäuseteil 15 im Bereich
der Ausnehmung 20 (Maße „b", „c" und „d" in 1)
beeinflusst werden. Um den statischen Nullpunkt wird die Federkennlinie
im wesentlichen durch eine Schubbeanspruchung gekennzeichnet, der
sich aufgrund der Abstützung
des Halteteils 10 an den Wänden 19, 21 mit
zunehmendem Weg eine Druckbeanspruchung überlagert, so dass auch bei
schlagartiger Belastung beispielsweise bei schwappender Ölfüllung keine Überlastung des
Elastomerelements 15 und der Bindung eintritt.
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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 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. 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.