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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil mit mindestens einer
Abdichtlinie, längs welcher das Bauteil in einem montierten
Zustand des Bauteils an einem anderen Bauteil anliegt.
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Solche
Bauteile, wie beispielsweise Gehäusedeckel, sind oftmals
unter Temperaturwechselbedingungen starken Durchbiegungen und Verzügen unterworfen,
so dass im Bereich zwischen den Befestigungsmitteln (insbesondere
Schrauben), mit welchen das Bauteil an dem anderen Bauteil anliegt, oftmals
die erforderliche Dichtpressung fehlt, da nur die Bereiche des Bauteils,
welche den Befestigungsmitteln unmittelbar benachbart sind, vollflächig
an dem anderen Bauteil anliegen. Daher ist die Erzielung einer ausreichenden
Abdichtung nur sehr schwer möglich.
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Deckel und Platten, die zur Abdichtung
von hydraulischen oder pneumatischen Steuerungseinheiten in Motoren oder
Getrieben dienen, benötigen zusätzlich zu den abzudichtenden
Bauteilen eine dazwischen angeordnete Lage aus einer Papier- oder
Elastomerdichtung, um eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten. Eine
solche zusätzliche Lage verursacht jedoch zusätzliche
Material- und Herstellungskosten und führt zu einer aufwendigeren
Montage der Bauteilgruppe, da eine größere Anzahl
von Teilen zunächst vorfixiert und dann zusammengeführt
werden muss.
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Ferner
sind aus dem Stand der Technik Deckel bekannt, welche eine Nut aufweisen,
die mit einem elastomeren Material gefüllt ist. Das elastomere Material
kann in Form von O-Ringen oder Dichtraupen vorliegen. Die Nut ist
in diesem Fall vergleichsweise tief (tiefer als 1 mm), um die elastomeren
Eigenschaften und Toleranzen des elastomeren Materials besser ausnutzen
zu können. Hierbei liegt das elastomere Material der O-Ringe
oder Dichtraupen im Krafthauptschluss der Dichtungsanordnung, so dass
bei hohen Temperaturen und Drücken häufig ein
zu starkes Setzverhalten und ein Ausweichen des elastomeren Materials
der Dichtung auftritt, was zum Ausfall der Dichtfunktion führt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der
eingangs genannten Art zu schaffen, welches längs der Abdichtlinie
auch unter schwierigen Bedingungen, insbesondere bei hohen Temperaturen
und Drücken und Temperaturwechselbelastungen, eine zuverlässige
Abdichtung gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Bauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Bauteil an seiner im montierten Zustand dem anderen Bauteil zugewandten
Oberfläche mindestens eine Stufe aufweist, deren oberer
Rand eine Dichtkante bildet, längs welcher mindestens eine
Abdichtlinie verläuft, wobei die Dichtkante entlang ihrer
Längsrichtung ein Höhenprofil aufweist.
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Durch
die schmale Pressungskante des erfindungsgemäßen
Bauteils am oberen Rand der Stufe wird die Dichtpressung längs
der Abdichtlinie deutlich erhöht, so dass eine ausreichende
Makroabdichtung gewährleistet ist.
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Aufgrund
des Höhenprofils weist die Dichtkante entlang ihrer Längsrichtung
keine konstante Höhe auf, sondern eine variable Höhe,
welche beispielsweise durch Berechnung mittels der Methode der finiten
Elemente (FE-Berechnung) so ermittelt worden ist, dass entlang der
Dichtkante im montierten Zustand des Bauteils eine möglichst
konstante lokale Dichtpressung erzielt wird.
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Wenn
das Bauteil Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen für
den Durchtritt von Befestigungsmitteln zum Anpressen des Bauteils
an das andere Bauteil aufweist und wenn die Dichtkante von der Nachbarschaft
einer ersten Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnung in die
Nachbarschaft einer zweiten Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnung
verläuft, so ist die Dichtkante vorzugsweise derart höhenprofiliert,
dass die Dichtkante im Bereich zwischen den Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen eine
größere Höhe aufweist als in der Nachbarschaft der
ersten Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnung oder der zweiten
Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnung.
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Auf
diese Weise wird eine hohe lokale Dichtpressung gerade im Bereich
zwischen den Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen erzielt,
wo die lokale Dichtpressung bei den bekannten Bauteilen oft nur ungenügend
ist.
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Die
Dichtkante ist an dem erfindungsgemäßen Bauteil
vorzugsweise ringförmig geschlossen ausgebildet.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Dichtkante einen oberen Rand einer Außenfläche
des Bauteils bildet, welche im wesentlichen senkrecht zu einer dem
anderen Bauteil zugewandten Hauptfläche des Bauteils ausgerichtet
ist.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Dichtkante einen oberen
Rand einer Außenfläche des Bauteils bildet, welche
geneigt (beispielsweise unter einem Winkel von mindestens ungefähr 45°)
zu einer dem anderen Bauteil zugewandten Hauptfläche des
Bauteils verläuft.
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Eine
saubere Ausbildung der schmalen Dichtkante an dem erfindungsgemäßen
Bauteil ist besonders einfach, wenn die Dichtkante einen oberen
Rand einer an dem Bauteil ausgebildeten Nut bildet.
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Beim
Einprägen einer solchen Nut entsteht durch beim Prägen
verdrängtes Material ein schmaler metallischer Wulst am
oberen Nutrand, welcher dann durch einen weiteren Prägevorgang
mit einem Höhenprofil zur Erzeugung der höhenprofilierten Dichtkante
versehen werden kann.
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Dabei
wird vorzugsweise eine relative flache Nut verwendet, deren Nuttiefe
höchstens ungefähr 300 μm beträgt.
Vorzugsweise liegt die Nuttiefe im Bereich von ungefähr
40 μm bis ungefähr 200 μm.
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Eine
so geringe Nuttiefe bietet den Vorteil, dass Elastomermaterial in
einfacher Weise mittels eines Siebdruckverfahrens in die Nut eingebracht
werden kann.
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Wenn
die Nut einen einem Außenrand des Bauteils zugewandten äußeren
Rand und einen dem Außenrand des Bauteils abgewandten inneren
Rand aufweist, so ist die Dichtkante vorzugsweise am inneren Rand
der Nut ausgebildet.
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Es
ist aber auch denkbar, zwei Dichtkanten vorzusehen, die an den beiden
Rändern der Nut ausgebildet sind.
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Die
Nut kann beispielsweise einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
aufweisen.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Nut einen im wesentlichen
U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweist.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil
mindestens zwei Dichtkanten aufweist, welche einander gegenüberliegende
Ränder einer an dem Bauteil ausgebildeten Nut bilden.
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Statt
der Ausbildung der Dichtkante an einem Nutrand kann auch vorgesehen
sein, dass die Dichtkante einen oberen Rand eines an dem Bauteil ausgebildeten
Vorsprungs bildet.
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Ein
solcher Vorsprung kann insbesondere innerhalb einer an dem Bauteil
ausgebildeten Nut angeordnet sein.
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Die
Stufe, an der die Dichtkante des erfindungsgemäßen
Bauteils ausgebildet wird, kann in die dem im montierten Zustand
des Bauteils dem anderen Bauteil zugewandte Oberfläche
eingeprägt sein.
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Das
erfindungsgemäße Bauteil kann einen Grundkörper
aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Stahlmaterial umfassen.
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Ferner
kann das Bauteil mit mindestens einem Dichtelement versehen sein,
das mindestens ein von einem Grundmaterial des Bauteils verschiedenes
Dichtmaterial umfasst.
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Ein
solches Dichtmaterial kann dazu dienen, neben der Makroabdichtung
auch eine gute Mikroabdichtung zwischen den beiden Bauteilen zu
gewährleisten.
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Das
Dichtelement kann mindestens eine Dichtkante des Bauteils zumindest
teilweise überdecken. In diesem Fall liegt das Dichtelement
zusammen mit der Dichtkante im Krafthauptschluss der Dichtungsanordnung.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das
Dichtelement einen von der Dichtkante beabstandeten Dichtwulst umfasst, welcher
im ungepressten Zustand mit seiner Kuppe die Dichtkante zumindest
teilweise überragt. Ein solcher Dichtwulst liegt im Kraftnebenschluss
der Dichtanordnung, so dass ein zu starkes Setzen des Dichtmaterials
und ein Ausweichen des Dichtmaterials weitgehend ausgeschlossen
sind.
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Im
gepressten Zustand wird der Dichtwulst durch das andere Bauteil,
an welchem das erfindungsgemäße Bauteil montiert
wird, so verpresst, dass längs des Dichtwulstes eine weitere
Abdichtlinie entsteht, welche für die Mikroabdichtung zwischen den
beiden Bauteilen sorgt.
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Das
Dichtelement kann beispielsweise eine Beschichtung aus mindestens
einem Dichtmaterial umfassen.
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Insbesondere
dann, wenn diese Beschichtung zumindest teilweise im Krafthauptschluss
liegt, ist es ausreichend, wenn die mittlere Schichtdicke der Beschichtung
höchstens ungefähr 30 μm beträgt.
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Wenn
das Bauteil eine Nut aufweist, so kann vorgesehen sein, dass die
Beschichtung sich über die gesamte Breite der Nut hinweg
erstreckt.
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Wenn
das Bauteil einen Vorsprung aufweist, so kann vorgesehen sein, dass
die Beschichtung sich über die gesamte Breite des Vorsprungs
hinweg erstreckt.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass das Dichtelement zusätzlich zu der Beschichtung einen
Dichtwulst aus einem vom Dichtmaterial der Beschichtung verschiedenen
Dichtmaterial umfasst. So können insbesondere für
die Mikroabdichtung im Kraftnebenschluss und im Krafthauptschluss
unterschiedliche, jeweils optimal angepasste Materialien verwendet werden.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass der Dichtwulst zumindest teilweise auf
der Beschichtung angeordnet ist.
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Die
im montierten Zustand des Bauteils dem anderen Bauteil zugewandte
Oberfläche kann im wesentlichen vollflächig mit
der Beschichtung versehen sein.
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Bei
einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Dichtelement einen Dichtungswulst aufweist, der im montierten
Zustand des Bauteils an dem anderen Bauteil durch Verdrängung
von Dichtmaterial des Dichtelements gebildet worden ist.
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Das
Dichtelement kann stoffschlüssig mit einem Grundmaterial
des Bauteils verbunden sein.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement zumindest teilweise
mittels Siebdrucks auf das Bauteil aufgebracht ist.
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Das
Dichtelement kann ein Polymermaterial umfassen.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass das Dichtelement ein elastomeres Material
umfasst.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das
Dichtelement ein Fluorpolymer-Material umfasst.
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Geeignete
Fluorpolymer-Materialien sind beispielsweise Perfluoralkoxy-Copolymer
(PFA) oder ein thermoplastisch verarbeitbares Polytetrafluorethylen-Material
(PTFE).
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Dabei
ist das thermoplastische PTFE-Material vorzugsweise ein TFE-Copolymer,
wobei der Co-Monomer-Anteil vorzugsweise 3,5 Mol-% oder weniger
beträgt, insbesondere weniger als 3 Mol-%, weiter bevorzugt
weniger als 1 Mol-%.
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Das
Co-Monomer kann insbesondere ausgewählt sein aus Hexafluoropropylen,
Perfluoro(alkylvinylether), Perfluoro-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und
Chlorotrifluoroethylen.
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Ferner
kann das verwendete PTFE-Material eine Polymermischung sein, welche
PTFE und einen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff umfasst.
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Das
erfindungsgemäße Bauteil ist vorzugsweise im wesentlichen
plattenförmig oder im wesentlichen wannenförmig
ausgebildet.
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Insbesondere
kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Bauteil
um einen Gehäusedeckel, eine Ölwanne oder um eine
Platte für eine hydraulische Steuerung oder eine andere
Zwischenplatte handeln, welche zwischen anderen Bauteilen angeordnet
ist.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße
Bauteil auf zwei voneinander abgewandten Seiten jeweils mindestens
eine Stufe aufweist, deren oberer Rand eine Dichtkante bildet, längs
welcher mindestens eine Abdichtlinie verläuft, wobei die
Dichtkante entlang ihrer Längsrichtung vorzugsweise ein
Höhenprofil aufweist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein plattenförmiges Bauteil, und zwar auf
dessen im montierten Zustand des Bauteils einem anderen Bauteil
zugewandte Oberfläche;
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2 einen
schematischen Längsschnitt längs einer höhenprofilierten
Dichtkante des Bauteils;
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3 einen
schematischen, ausschnittsweisen Querschnitt durch das Bauteil aus 1,
längs der Linie 3-3 in 1, bei einer
ersten Ausführungsform des Bauteils, bei welcher die Dichtkante
als ein innerer oberer Rand einer an dem Bauteil ausgebildeten Nut
ausgebildet ist;
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4 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine zweite Ausführungsform des Bauteils, bei welcher in
der Nut ein Dichtwulst angeordnet ist;
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5 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine dritte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher die
Dichtkante mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen
ist;
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6 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine vierte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher die
Dichtkante und die Nut über ihre ganze Breite hinweg mit
einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen sind;
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7 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine fünfte Ausführungsform des Bauteils, bei
welcher die im montierten Zustand des Bauteils einem anderen Bauteil
zugewandte Oberfläche im wesentlichen vollflächig
mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen ist;
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8 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine sechste Ausführungsform des Bauteils, wobei die Dichtkante
und die Nut über ihre ganze Breite hinweg mit einer Beschichtung
aus einem Dichtmaterial versehen sind und innerhalb der Nut auf
der Beschichtung ein Dichtwulst aus einem anderen Dichtmaterial
angeordnet ist;
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9 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine siebte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher die
im montierten Zustand des Bauteils dem anderen Bauteil zugewandte
Oberfläche des Bauteils im wesentlichen vollflächig
mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen ist und
innerhalb der Nut ein Dichtwulst aus einem anderen Dichtmaterial
auf der Beschichtung angeordnet ist;
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10 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine achte Ausführungsform des Bauteils, bei der die Dichtkante
mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen ist und
neben der Beschichtung innerhalb der Nut ein Dichtwulst aus einem
anderen Dichtmaterial angeordnet ist;
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11 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine neunte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher zwei
Dichtkanten als die einander gegenüberliegenden oberen Ränder
einer im Querschnitt ungefähr V-förmigen Nut ausgebildet
sind;
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12 einen
der 11 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine zehnte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher die
beiden Dichtkanten und die Nut über ihre ganze Breite hinweg
mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen sind;
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13 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine elfte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher die
höhenprofilierte Dichtkante an einem inneren Rand einer
Nut ausgebildet ist und ein zwischen dem äußeren
Rand der Nut und einem Außenrand des Bauteils angeordneter
Bereich des Bauteils eine geringere Höhe über dem
Nutgrund aufweist als die sich an den inneren Nutrand anschließende
Innenfläche des Bauteils, wobei die Dichtkante noch nicht
mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen worden ist;
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14 einen
der 13 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
die elfte Ausführungsform des Bauteils, nachdem die Dichtkante
mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen worden ist
und bevor das andere Bauteil gegen die Oberfläche des Bauteils
gepresst wird;
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15 einen
der 14 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
das Bauteil, nachdem das andere Bauteil gegen die ihm zugewandte Oberfläche
des Bauteils gepresst worden ist und durch Verdrängung
von Dichtmaterial der Beschichtung ein zusätzlicher Dichtwulst
gebildet worden ist;
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16 einen
der 3 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine zwölfte Ausführungsform des Bauteils, bei
welcher zwei Dichtkanten als die seitlichen oberen Ränder
eines Vorsprungs ausgebildet sind, welcher sich vom Grund einer
an dem Bauteil ausgebildeten Nut nach oben über die Höhe
des inneren Nutrands und des äußeren Nutrands
hinaus erstreckt;
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17 einen
der 16 entsprechenden schematischen Querschnitt durch
eine dreizehnte Ausführungsform des Bauteils, bei welcher
die beiden Dichtkanten, die als die seitlichen Ränder des Vorsprungs
ausgebildet sind, und der Vorsprung selbst über ihre ganze
Breite hinweg mit einer Beschichtung aus einem Dichtmaterial versehen
sind; und
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18 eine
schematische Draufsicht auf ein alternatives plattenförmiges
Bauteil, welches eine kreisrunde Außenkontur aufweist.
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Gleiche
oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Die 1 bis 3 zeigen
ein plattenförmiges Bauteil 100, bei dem es sich
beispielsweise um eine Platte für eine hydraulische Steuerung
oder eine andere Zwischenplatte handeln kann, welche in einem anderen
Bauteil oder zwischen zwei anderen Bauteilen angeordnet wird, oder
auch um einen Gehäusedeckel.
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Der
Grundkörper des Bauteils 100 ist vorzugsweise
aus einem metallischen Material, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung,
insbesondere AlMg3, oder aus einem Stahlmaterial, hergestellt.
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Alternativ
hierzu könnte auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper
des Bauteils 100 aus einem prägbaren Kunststoffmaterial
hergestellt ist.
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Die
dem Betrachter in 1 zugewandte Oberseite des Bauteils 100 bildet
eine Oberfläche 102 des Bauteils 100,
welche im montierten Zustand des Bauteils 100 dem jeweils
anderen Bauteil, an welches das Bauteil 100 montiert ist,
zugewandt ist.
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An
dieser Oberfläche 102 ist eine nahe des Außenrandes 104 des
Bauteils 100 ringförmig geschlossen umlaufende
Nut 106 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt
(siehe 3) ausgebildet.
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Außerhalb
der ringförmig umlaufenden Nut 106 sind an dem
Bauteil 100 ferner mehrere Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108 für
den Durchtritt von Befestigungsmitteln, beispielsweise Schrauben,
zum Anpressen des Bauteils 100 an das jeweils andere Bauteil
bei der Montage des Bauteils 100 vorgesehen; diese Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108 sind
längs des Umfangs des Bauteils 100 in unregelmäßigen
Abständen voneinander angeordnet.
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Wie
aus dem Querschnitt der 3 zu ersehen ist, weisen der
von der Nut 106 umschlossene innere Abschnitt 110 der
Oberfläche 102 und der zwischen der Nut 106 und
dem Außenrand 104 des Bauteils 100 liegende äußere
Abschnitt 112 der Oberfläche 102 im wesentlichen
dieselbe Höhe über dem Nutgrund 114 auf.
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Die
Nut 106 wird zum inneren Abschnitt 110 der Oberfläche 102 hin
durch eine innere Stufe 116 und zum äußeren
Abschnitt 112 der Oberfläche 102 hin
durch eine äußere Stufe 118 begrenzt;
beide Stufen 116 und 118 bilden Außenflächen 120 des
Bauteils 100, welche im wesentlichen senkrecht zu der eine
Hauptfläche 122 des Bauteils 100 bildenden Oberfläche 102 ausgerichtet
sind.
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Der
obere Rand der inneren Stufe 116 bildet eine Dichtkante 124,
welche in ihrer Längsrichtung ein Höhenprofil
aufweist.
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Wie
aus 2 zu ersehen ist, welche einen Längsschnitt
entlang der Dichtkante 124 darstellt, ist dieses Höhenprofil
so ausgebildet, dass die Dichtkante 124, welche von der
Nachbarschaft einer ersten Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnung 108a in
die Nachbarschaft einer zweiten Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnung 108b verläuft,
im Bereich zwischen den beiden Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108a und 108b an
einer Stelle 126 eine maximale Höhe aufweist und
dass die Höhe der Dichtkante 124 über
dem Nutgrund 114 von der Stelle 126 aus zu den
Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108a und 108b hin,
vorzugsweise kontinuierlich, abnimmt.
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Durch
diese Überhöhung der Dichtkante 124 im
Bereich zwischen jeweils zwei Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108 wird
der Effekt kompensiert, dass normalerweise die Pressungskräfte,
mit denen das Bauteil 100 im montierten Zustand gegen das
andere Bauteil gepresst wird, mit wachsendem Abstand von den Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108 abnehmen.
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Die
Dichtkante 124 bildet eine Abdichtlinie 128, längs
welcher das Bauteil 100 im montierten Zustand an dem anderen
Bauteil anliegt.
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Die
schmale Dichtkante 124 sorgt für eine Makroabdichtung
zwischen dem Bauteil 100 und dem anderen Bauteil, welche
ausreichend sein kann, wenn die das Bauteil 100 von dem
anderen Bauteil abhebenden Kräfte nicht allzu hoch sind.
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Das
Bauteil 100 kann beispielsweise aus einem metallischen
Material durch Ausstanzen und anschließendes Einprägen
der Nut 106 hergestellt werden.
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Der äußere
Abschnitt 112 der Oberfläche 102 des
Bauteils 100 wird beim Prägevorgang nach unten
gezogen, so dass die Dichtkante 124 am oberen Rand der
inneren Nutflanke (innere Stufe 116) alleine im Krafthauptschluss
liegt.
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Anschließend
wird die Dichtkante 124 in einem weiteren Prägevorgang
mit der gewünschten Höhenprofilierung versehen,
welche beispielsweise durch Berechnung mittels der Methode der finiten Elemente
(FE-Berechnung) so ermittelt worden ist, dass entlang der Dichtkante 124 im
montierten Zustand des Bauteils 100 eine möglichst
konstante lokale Dichtpressung erzielt wird.
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Alternativ
hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Höhenprofil
der Dichtkante 124 bereits beim Einprägen der
Nut 106 in das Bauteil 100 erzeugt wird, so dass
bei dieser Variante ein zweiter Prägevorgang nach dem Einprägen
der Nut 106 entfallen kann.
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Die
Tiefe der Nut 106 beträgt vorzugsweise ungefähr
40 μm bis ungefähr 200 μm; es handelt
sich also um eine sehr flache Nut.
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Wird
das Bauteil 100 aus einem prägbaren Kunststoffmaterial
hergestellt, so wird zunächst der Grundkörper
des Bauteils 100 beispielsweise durch ein Spritzgießverfahren
hergestellt und anschließend die Nut 106 und die
höhenprofilierte Dichtkante 124 mittels eines
Prägevorgangs oder mittels zweier Prägevorgänge
an dem Bauteil 100 erzeugt.
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Eine
in 4 dargestellte zweite Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der vorstehend
beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, dass innerhalb
der Nut 106 ein Dichtelement 130 in Form eines
Dichtwulstes 132 angeordnet ist, dessen Kuppe 134 im
in 4 dargestellten ungepressten Zustand die Dichtkante 124 überragt.
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Der
Dichtwulst 132 ist aus einem Elastomermaterial gebildet,
welches beispielsweise im Siebdruckverfahren in die Nut 106 eingebracht
worden ist.
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Der
Dichtwulst 132 liegt nach der Montage des Bauteils 100 an
dem anderen Bauteil und nach der Beaufschlagung beider Bauteile
mit Druck und erhöhter Temperatur weitgehend im Kraftnebenschluss,
da die Dichtpressung sich auf die Bereiche um die Befestigungsmittel-Durchtrittsöffnungen 108 und
auf die Dichtkante 124 konzentriert.
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Der
durch das andere Bauteil bis auf die Höhe der Dichtkante 124 heruntergepresste
Dichtwulst 132 gewährleistet jedoch durch sein
Anliegen an dem anderen Bauteil die bei höheren Drücken
und Temperaturen erforderliche Mikroabdichtung zwischen den beiden
Bauteilen.
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Das
Dichtelement 130 in Form des Dichtwulstes 132 erstreckt
sich über die gesamte Länge der Nut 106 und
ist ebenso wie die Nut 106 ringförmig geschlossen.
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Im übrigen
stimmt die in 4 dargestellte zweite Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 5 dargestellte dritte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform
dadurch, dass die Dichtkante 124 zum Zwecke der Mikroabdichtung
mit einer Beschichtung 136 aus einem Dichtmaterial versehen ist,
welche ein Dichtelement 130 bildet, das sich längs
der Dichtkante 124 erstreckt und ebenso wie die Dichtkante 124 ringförmig
geschlossen ist.
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Bei
dieser Ausführungsform liegt das Dichtelement 130,
welches sich über die Dichtkante 124 hinweg erstreckt,
im Krafthauptschluss.
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Zur
Erzielung einer sehr guten Mikroabdichtung reicht es in diesem Fall
daher aus, wenn eine nur geringe Schichtdicke von beispielsweise
ungefähr 30 μm verwendet wird.
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Bei
geeigneter Materialauswahl des Dichtmaterials ist nach der Montage
des Bauteils 100 praktisch kein Setzen des Dichtmaterials
im Bereich der Dichtkante 124 und praktisch kein Setzen
der Befestigungsmittel festzustellen.
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Als
Dichtmaterial für die Beschichtung 136 kann ein
Elastomermaterial, wie beispielsweise Silikon, Fluorkautschuk (FPM),
Nitrilbutadienkautschuk (NBR), Polyurethan (PU) oder Polyacrylat
verwendet werden.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu kann als Dichtmaterial für
die Beschichtung 136 auch ein Fluorpolymermaterial, wie
beispielsweise Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) oder ein thermoplastisch
verarbeitbares Polytetrafluorethylen-Material (PTFE) verwendet werden.
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Dabei
ist das thermoplastische PTFE-Material vorzugsweise ein TFE-Copolymer,
wobei der Co-Monomer-Anteil vorzugsweise 3,5 Mol-% oder weniger
beträgt, insbesondere weniger als 3 Mol-%, weiter bevorzugt
weniger als 1 Mol-%.
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Das
Co-Monomer kann insbesondere ausgewählt sein aus Hexafluoropropylen,
Perfluoro(alkylvinylether), Perfluoro-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und
Chlorotrifluoroethylen.
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Beispiele
solcher geeigneter thermoplastischer PTFE-Materialien sind in der
WO 00/08071 und der
WO 01/60911 offenbart,
auf welche in dieser Hinsicht Bezug genommen wird.
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Das
verwendete PTFE-Material kann eine Polymermischung sein, welche
PTFE und einen thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff umfasst.
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Ferner
kann das für die Beschichtung 136 verwendete Dichtmaterial
als Füllstoff ein Polymermaterial, beispielsweise Polyimid,
Polyamidimid, PPS, PEEK, PPSO2, aromatische
Polyester und/oder Aramid oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser
Materialien enthalten.
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Das
Dichtmaterial der Beschichtung 136 kann beispielsweise
durch ein Siebdruckverfahren auf das Bauteil 100 mit der
eingeprägten Nut 106 und der höhenprofilierten
Dichtkante 124 aufgebracht und durch das Aushärten
des Dichtmaterials stoffschlüssig mit dem Grundmaterial
des Bauteils 100 verbunden werden.
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Im übrigen
stimmt die in 5 dargestellte dritte Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 6 dargestellte vierte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der vorstehend
beschriebenen dritten Ausführungsform lediglich dadurch,
dass sich die Beschichtung 136 aus dem Dichtmaterial nicht
nur über die Dichtkante 124, die innere Nutflanke
(innere Stufe 116) und den an die innere Nutflanke angrenzenden
Abschnitt des Nutgrundes 114 sowie den an die Dichtkante 124 angrenzenden
Bereich des inneren Abschnitts 110 der Oberfläche 102 des
Bauteils 100 erstreckt, sondern sich zusätzlich über
den gesamten Nutgrund 114, die äußere
Nutflanke (äußere Stufe 118) und den
angrenzenden Bereich des äußeren Abschnitts 112 der
Oberfläche 102 des Bauteils 100 erstreckt,
so dass sich das Dichtelement 130 in Form der Beschichtung 136 über
die gesamte Breite der Nut 106 und der Dichtkante 124 hinweg
erstreckt.
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Im übrigen
stimmt die in 6 dargestellte vierte Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform überein, auf
deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 7 dargestellte fünfte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten
vierten Ausführungsform lediglich dadurch, dass sich die
Beschichtung 136 nicht nur über die gesamte Breite
der Nut 106 und der Dichtkante 124 hinweg, sondern
im wesentlichen vollflächig über die gesamte im
montierten Zustand des Bauteils 100 dem anderen Bauteil
zugewandte Oberfläche 102 des Bauteils 100 erstreckt.
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Im übrigen
stimmt die in 7 dargestellte fünfte
Ausführungsform hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in 6 dargestellten vierten Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 8 dargestellte sechste Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in 6 dargestellten
vierten Ausführungsform lediglich dadurch, dass das Dichtelement 130 zusätzlich
zu der Beschichtung 136, welche sich über die gesamte
Breite der Nut 106 und der Dichtkante 124 erstreckt,
einen Dichtwulst 132 umfasst, welcher innerhalb der Nut 106 auf
der Beschichtung 136 angeordnet ist und vorzugsweise aus
einem anderen Dichtmaterial besteht als die Beschichtung 136.
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Der
Dichtwulst 132 überragt mit seiner Kuppe 134 im
in 8 dargestellten ungepressten Zustand des Bauteils 100 die
mit der Beschichtung 136 versehene Dichtkante 124 und
bildet somit eine im Kraftnebenschluss liegende zweite Abdichtlinie,
welche eine zusätzliche Mikroabdichtung gewährleistet.
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Der
Dichtwulst 132 der sechsten Ausführungsform kann
ebenso ausgebildet und hergestellt sein wie der Dichtwulst 132 der
in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform.
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Im übrigen
stimmt die in 8 dargestellte sechste Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in 6 dargestellten vierten Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 9 dargestellte siebte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in 8 dargestellten
sechsten Ausführungsform lediglich dadurch, dass sich die
Beschichtung 136 nicht nur über die gesamte Breite
der Nut 106 und der Dichtkante 124, sondern im
wesentlichen vollflächig über die gesamte im montierten
Zustand des Bauteils 100 dem anderen Bauteil zugewandte
Oberfläche 102 des Bauteils 100 erstreckt.
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Im übrigen
stimmt die in 9 dargestellte siebte Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in 8 dargestellten sechsten Ausführungsform überein,
auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 10 dargestellte achte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in 5 dargestellten
dritten Ausführungsform dadurch, dass das Dichtelement 130 zusätzlich
zu der Beschichtung 136, welche sich über die
Dichtkante 124, die innere Nutflanke (innere Stufe 116) und
den an die innere Nutflanke angrenzenden Abschnitt des Nutgrunds 114 sowie über
den an die Dichtkante 124 angrenzenden Bereich des inneren Abschnitts 110 der
Oberfläche 102 des Bauteils 100 erstreckt,
zusätzlich einen Dichtwulst 132 umfasst, der innerhalb
der Nut 106 direkt auf dem Nutgrund 114 angeordnet
ist und dessen Kuppe 134 die mit der Beschichtung 136 versehende
Dichtkante 124 im ungepressten Zustand überragt,
so dass der Dichtwulst 132 im Kraftnebenschluss liegt und
eine zweite Abdichtlinie bildet, welche eine zusätzliche
Mikroabdichtung gewährleistet.
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Der
Dichtwulst 132 der achten Ausführungsform kann
in derselben Weise ausgebildet und hergestellt sein wie der Dichtwulst 132 der
in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform.
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Im übrigen
stimmt die in 10 dargestellte achte Ausführungsform
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 5 dargestellten dritten
Ausführungsform überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 11 dargestellte neunte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform dadurch, dass die Nut 106 keinen
im wesentlichen rechteckigen, sondern stattdessen einen im wesentlichen
V-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Außenflächen 120,
welche die innere und die äußere Nutflanke (innere
Stufe 116 und äußere Stufe 118)
bilden, unter einem Winkel von beispielsweise ungefähr
60° gegen die Oberfläche 102 des Bauteils 100 geneigt
sind.
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Ferner
sind bei dieser Ausführungsform sowohl der obere Rand der
inneren Nutflanke (innere Stufe 116) als auch der innere
Rand der äußeren Nutflanke (äußere
Stufe 118) als höhenprofilierte Dichtkanten 124 bzw. 124' ausgebildet.
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Bei
dieser Ausführungsform dienen somit beide, parallel zueinander
verlaufende Dichtkanten 124 und 124' als Abdichtlinien 128 zur
Makroabdichtung des Bauteils 100 gegenüber dem
anderen Bauteil.
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Im übrigen
stimmt die in 11 dargestellte neunte Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise
mit der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 12 dargestellte zehnte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in 11 dargestellten
neunten Ausführungsform dadurch, dass das Bauteil 100 zusätzlich
mit einem Dichtelement 130 versehen ist, welches durch eine
Beschichtung 136 gebildet ist, die sich über die beiden Dichtkanten 124 und 124',
die innere Nutflanke (innere Stufe 116), den Nutgrund 114,
die äußere Nutflanke (äußere
Stufe 118), den an die innere Dichtkante 124 angrenzenden
Bereich des inneren Abschnitts 110 der Oberfläche 102 des
Bauteils 100 und den an die äußere Dichtkante 124' angrenzenden
Bereich des äußeren Abschnitts 112 der
Oberfläche 102 des Bauteils 100 erstreckt.
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Die
Beschichtung 136 liegt somit im Bereich der beiden Dichtkanten 124, 124' jeweils
im Krafthauptschluss der Dichtungsanordnung.
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Ferner
erstreckt sich die Beschichtung 136 über die gesamte
Breite der Nut 106 und der beiden Dichtkanten 124, 124' hinweg.
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Durch
die Beschichtung 136, welche aus demselben Material bestehen
und in derselben Weise hergestellt werden kann wie die Beschichtung 136 der
in 5 dargestellten dritten Ausführungsform, wird
eine zuverlässige Mikroabdichtung auch bei erhöhten
Drücken und Temperaturen gewährleistet.
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Im übrigen
stimmt die in 12 dargestellte zehnte Ausführungsform
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 11 dargestellten
neunten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in den 13 bis 15 dargestellte elfte
Ausführungsform des Bauteils 100 unterscheidet
sich von der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform
dadurch, dass die Nut 106 unsymmetrisch ausgebildet ist,
so dass die äußere Stufe 118 eine geringere
Höhe aufweist als die innere Stufe 116 und der äußere
Abschnitt 112 der Oberfläche 102 des Bauteils 100 tiefer
liegt als der innere Abschnitt 110 der Oberfläche 102 des
Bauteils 100.
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Diese
unsymmetrische Ausgestaltung der Nut 106 und der angrenzenden
Bereiche der Oberfläche 102 wird durch einen entsprechend
ausgestalteten Prägevorgang des Grundkörpers des
Bauteils 100 erzielt.
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Durch
diese unsymmetrische Ausgestaltung wird die Dichtpressung an der
Dichtkante 124, welche den oberen Rand der inneren Stufe 116 bildet, konzentriert.
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Bei
der elften Ausführungsform des Bauteils 100 wird
der Grundkörper des Bauteils 100 ferner mit einem
Dichtelement 130 in Form einer Beschichtung 136 versehen,
welche sich über die Dichtkante 124, die innere
Stufe 116, den an die innere Stufe 116 angrenzenden
Bereich des Nutgrunds 114 und über den an die
Dichtkante 124 angrenzenden Bereich des inneren Abschnitts 110 der
Oberfläche 102 des Bauteils 100 erstreckt.
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Diese
Beschichtung 136 kann aus demselben Material bestehen und
in derselben Weise hergestellt werden wie die Beschichtung 136 der
in 5 dargestellten dritten Ausführungsform.
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Wenn
nun das andere Bauteil 138 mit seiner dem Bauteil 100 zugewandten
Oberfläche 140 voran bei der Montage gegen das
Bauteil 100 gepresst wird (siehe 15), so
wird das Dichtmaterial der Beschichtung 136, welches sich
im Bereich der Dichtkante 124 und des angrenzenden Bereichs
des inneren Abschnitts 110 der Oberfläche 102 des
Bauteils 100 befindet, aufgrund des Anpressdrucks bei der Montage
und/oder aufgrund des im Betrieb der aus den Bauteilen 100 und 138 bestehenden
Bauteilanordnung herrschenden Drücke und Temperaturen zur Innenseite
des Bauteils 100 hin verdrängt und bildet so neben
der Außenkante 142 des anderen Bauteils 138 einen
zusätzlichen Dichtwulst 144 aus dem Dichtmaterial
der Beschichtung 136, welcher zur zusätzlichen
Mikroabdichtung dient.
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Auch
dieser zusätzliche Dichtwulst 144 verläuft
längs der gesamten Länge der Nut 106 und
ist somit, ebenso wie die Nut 106, ringförmig
geschlossen ausgebildet.
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Im übrigen
stimmt die in den 13 bis 15 dargestellte
elfte Ausführungsform des Bauteils 100 hinsichtlich
Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 5 dargestellten
dritten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende
Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 16 dargestellte zwölfte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform dadurch, dass nicht eine Dichtkante 124 an
der Innenflanke einer Nut 106 ausgebildet ist, sondern
stattdessen zwei Dichtkanten 124, 124' am inneren
Rand bzw. am äußeren Rand eines Vorsprungs 146,
welcher ungefähr mittig in der Nut 106 angeordnet
ist und vom Nutgrund 114 so weit nach oben vorsteht, dass
die im wesentlichen parallel zur Oberfläche 102 des
Bauteils 100 ausgerichtete Oberseite 148 des Vorsprungs 146 sowohl
den inneren Abschnitt 110 der Oberfläche 102 des
Bauteils 100 als auch den äußeren Abschnitt 112 der
Oberfläche 102 des Bauteils 100 überragt,
so dass die beiden höhenprofilierten Dichtkanten 124 und 124',
welche die Oberseite 148 des Vorsprungs 146 beranden,
im Krafthauptschluss der Dichtungsanordnung liegen und zwei Abdichtlinien 128 für
die Makroabdichtung der Dichtungsanordnung bilden.
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Im übrigen
stimmt die in 16 dargestellte zwölfte
Ausführungsform des Bauteils 100 hinsichtlich
Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform überein.
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Eine
in 17 dargestellte dreizehnte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in 16 dargestellten
zwölften Ausführungsform dadurch, dass das Bauteil 100 zusätzlich mit
einem Dichtelement 130 in Form einer Beschichtung 136 versehen
ist, welche sich über die Oberseite 148 des Vorsprungs 146, über
die beiden Dichtkanten 124, 124', über
die innere Flanke (innere Stufe) 150 und die äußere
Flanke (äußere Stufe) 152 des Vorsprungs 146 sowie über
den an die innere Flanke 150 des Vorsprungs 146 angrenzenden
Bereich des Nutgrunds 114 und über den an die äußere
Flanke 152 des Vorsprungs 146 angrenzenden Bereich
des Nutgrunds 114 erstreckt.
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Die
Beschichtung 136 kann aus demselben Material gebildet und
in derselben Weise hergestellt sein wie die Beschichtung 136 der
in 5 dargestellten dritten Ausführungsform.
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Die
Beschichtung 136 bildet eine Mikroabdichtung an den Dichtkanten 124 und 124',
welche auch bei hohen Drücken und Temperaturen im Betriebszustand
der Dichtungsanordnung eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet.
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Im übrigen
stimmt die in 17 dargestellte dreizehnte Ausführungsform
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in 16 dargestellten
zwölften Ausführungsform überein, auf deren
vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine
in 18 dargestellte vierzehnte Ausführungsform
des Bauteils 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 3 dargestellten
ersten Ausführungsform dadurch, dass das Bauteil, in der Draufsicht
auf die Oberfläche 102 gesehen, keine im wesentlichen
viereckige Außenkontur, sondern stattdessen eine im wesentlichen
kreisförmige Außenkontur aufweist.
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Dementsprechend
ist auch die Nut 106 bei dieser Ausführungsform
im wesentlichen kreisringförmig ausgebildet.
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Die
im Zusammenhang mit den vorstehend erläuterten Ausführungsformen
des Bauteils 100 beschriebenen Ausgestaltungen der Dichtkanten 124, 124' und
der Dichtelemente 130 können auch bei dieser Ausführungsform
des Bauteils 100 mit kreisrunder Außenkontur angewandt
werden.
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Im übrigen
stimmt die in 18 dargestellte vierzehnte Ausführungsform
des Bauteils 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der
in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf
deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 00/08071 [0106]
- - WO 01/60911 [0106]