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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtkontur auf einer flächig ausgebildeten Funktionslage. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Getriebesteuerplatte, die zumindest eine Funktionslage mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dichtkontur aufweist.
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Bei Anwendungen mit großen Abdichtlängen und geringen zulässigen Bauteildeformationen, wie dies beispielsweise bei Getriebesteuerplatten von elektro-hydraulisch betätigbaren Automatikgetrieben der Fall ist, können in das System nur geringe Dichtkräfte eingebracht werden. Bekannte Dichtsysteme, die beispielsweise im Siebdruckverfahren auf einem als Getriebesteuerplatte gebildeten Träger aufgebracht werden, sind hinsichtlich ihrer Stärke und ihrer Kontur, was die Erfüllung an die sie gerichteten Anforderungen anbelangt, grundsätzlich limitiert. Siebdruckverfahren zur Herstellung von linienhaften Dichtkonturen bedürfen einer gewissen Mindestbreite, die oft bei den komplex geformten und von Gesetzen der Strömungsmechanik definierten Labyrinthstrukturen einer Getriebesteuerplatte kaum oder gar nicht zur Verfügung steht. Zudem sind im Siebdruckverfahren hergestellte Dichtkonturen grundsätzlich Setzprozessen im Betrieb unterworfen.
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Es sind ferner konturierte Dichtmedien, wie Dichtlippen, als Elastomer-Dichtungen bekannt, die allerdings den Nachteil aufweisen, dass diese in einem zusätzliche Montageschritt auf dem Träger angeordnet und festgelegt werden müssen. Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform solcher Weichstoff-Dichtmedien mit einer definierten, dem jeweiligen Anwendungsfall angepassten Querschnittsform, sind diese stoffschlüssig auf dem Träger festgelegt. Allerdings erlauben die bekannten Herstellverfahren von solchen, auf einem Träger geformten und in einem Verfahrensschritt festgelegten Dichtkonturen nicht die Herstellung sehr feiner Konturformen.
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Durch die
EP 1 023 549 B1 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Statischer Dichtung bekannt, das die folgenden Schritte aufweist:
- - auf jede der Flächen eines flachen Metallkerns, der aus kohlenstoffarmem Stahl hergestellt ist, eine Haftsubstanz kalt aufbringen,
- - auf jede der Flächen des Kerns eine Elastomerschicht kalt aufbringen,
- - den mit Elastomer bedeckten flachen Metallkern in einer geheizten Form so anordnen, dass jede Elastomerschicht, deren Dicke je nach Form der Teile, zwischen welche die Dichtung montiert werden soll, und je nach den Dichtigkeitsanforderungen variiert, in Form gebracht wird, und so, dass auf jeder Elastomerschicht und entlang dem Außenrand der Dichtung mindestens ein kontinuierlicher Steg oder eine kontinuierliche Rippe mit einem allgemein dreieckförmigen Querschnitt gebildet wird, dessen bzw. deren Höhe zwischen 0,05 und 0,5 mm variiert,
- - und das Elastomer heiß vulkanisieren.
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Die
DE 10 2007 061 084 A1 betrifft Flachdichtungen und insbesondere Zylinderkopfdichtungen, welche in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden können. Die Flachdichtung weist einen metallischen Grundkörper mit mindestens einer Sicke auf. Der Grundträger ist hierbei aus Stahl geformt und weist eine Mikrostruktur auf. Auf der Ober- und Unterseite des Flachdichtungsmaterials kann eine Metallage aufgeprägt sein, die aus einem Metall oder eine Metalllegierung besteht, welche besser verformbar als das Flachdichtungsmaterial ist. Es wurde heraus gefunden, dass die Verwendung eines weichen Metalls zu einer verbesserten Mikroabdichtung im Bereich einer Sicke führt. Weiter können eine oder mehrere Lagen der Flachdichtung jeweils auf einer oder auf beiden Seiten mit einer elastomeren Beschichtung versehen sein.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Flachdichtung, insbesondere einer Zylinderkopfdichtung, mit einer Metalllage, die an dem Endbereich einer Durchgangsöffnung, die einer Brennraumöffnung entspricht, einen durch Fließpressen gebildeten Vorsprung zur Abstützung einer Sicke aufweist, ist in
DE 195 40 533 A1 offenbart. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung der Metalllage ist kleiner als der Durchmesser der Brennraumöffnung ausgebildet, wodurch ein in die Brennraumöffnung ragender Abschnitt gebildet ist, der mit Hilfe eines Prägewerkzeugs zunächst verformt wird, so dass ein Teil des Abschnittes zur Bildung des Vorsprungs in Richtung der Brennraumöffnungskante fließt und anschließend die Durchgangsöffnung auf den Durchmesser der Brennraumöffnung vergrößert wird, indem der Abschnitt von der Metalllage abgetrennt wird.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit den Dichtkonturen auch mit feinen Konturformen exakt auf einer als Träger dienenden Funktionslage gebildet werden können, wobei das Verfahren einfach durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
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Demgemäß besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass zur Bildung der betreffenden Dichtkontur an der der Träger der Dichtkontur bildenden Funktionslage selbst ein Prägevorgang erfolgt, sodass das Material der Funktionslage Selbst die Dichtkontur bildet. Zu diesem Zweck wird ein Umformwerkzeug, das mindestens eine dem gewünschten Querschnitt der Dichtkontur angepasste Formausnehmung aufweist, auf die Funktionslage mit einer Druckkraft aufgepresst, bei der Material der Funktionslage durch Kaltfließen oder, bei entsprechenden Werkstoffeigenschaften gegebenenfalls durch thermisch unterstütztes Fließen, in die Formausnehmung des Umformwerkzeuges eingeformt wird. Dadurch lassen sich sehr feine, aus der Hauptebene der Funktionslage abstehende Dichtkonturen herstellen. Somit eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, mit feinen Dichtkonturen äußerst schmale Abdichtbereiche in Form von Dichtlinienbereichen auszubilden.
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Um das Einformen des Materials der Funktionslage in das Innere der Formausnehmung zu begünstigen, wird der Prägevorgang so durchgeführt, dass mittels einer am Umformwerkzeug außerhalb der Formausnehmung befindlicher Verdrängereinrichtung unter der Einwirkung der Druckkraft beim Herstellen der Dichtkontur Materialanteile der Funktionslage in Richtung auf die Formausnehmung verdrängt werden.
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Mit besonderem Vorteil kann hierbei so vorgegangen werden, dass durch als Verdrängereinrichtung dienende Verdrängerkörper, die neben der jeweiligen Formausnehmung an der Stirnfläche eines Prägestempels des Umformwerkzeuges vorspringend angeordnet sind, Materialteile der Fünktionslage in Richtung auf den Innenraum der Formausnehmung verdrängt werden. Dadurch lassen sich auf sichere Weise feine Konturformen, die der Innenkontur der Formausnehmung des Prägestempels genau angepasst sind, herstellen.
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In vorteilhafter Weise kann die Dichtkontur in Form einer Mikroprägung gebildet werden, sodass die Dichtkontur eine aus der Hauptebene der Funktionslage vorstehende Mikrosicke bildet.
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Für die Realisierung linienhafter Dichtungen wird die Dichtkontur vorzugsweise in Form zumindest einer rippenartigen Erhebung mit schmalem, einen Dichtlinienbereich bildendem Gipfel und breiterem, an die Funktionslage angrenzenden Fußteil geformt.
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Dabei kann so vorgegangen werden, dass die Dichtkontur in Form mehrerer Erhebungen geformt wird, die einen Dichtlinienbereich mit mehreren, sich nebeneinander erstreckenden Dichtlinien bilden.
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In vorteilhafter Weise kann zumindest eine rippenartige Erhebung mit einer einem V mit abgestumpfter Spitze entsprechender Querschnittsform gebildet werden. Derartige, in Keilform gebildete Dichtkonturen gewährleisten selbst bei verhältnismäßig geringen Dichtkräften eine zuverlässige Abdichtung.
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Hinsichtlich der Bildung der Erhebungen kann mit Vorteil so vorgegangen werden, dass Erhebungen, deren Höhe einem Drittel bis einem Zehntel der Dicke der Funktionslage entsprechen, gebildet werden. Als Werkstoffe für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich grundsätzlich Materialien, die für Prägevorgänge geeignet sind. In vorteilhafter Weise kann die Dichtkontur beispielsweise an einer Funktionslage aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet werden.
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Gemäß dem Patentanspruch 9 ist Gegenstand der Erfindung auch eine Getriebesteuerplatte, die zumindest eine Funktionslage mit gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellte Dichtkontur aufweist. Weitere Ausgestaltungen der Getriebesteuerplatte sind in den Unteransprüchen 10 bis 12 definiert.
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Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematisch vereinfacht und nicht maßstäblich dargestellte Seitenansicht einer flächigen Funktionslage mit daran beidseits befindlicher, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Dichtkontur;
- 2 in stark vergrößerter, schematisch vereinfachter und abgebrochener Schnittdarstellung einen Teil eines als Umformwerkzeug dienenden Prägestempels vor dessen Einwirkung auf einen Abschnitt einer Funktionslage;
- 3 eine im Maßstab von 2 gezeichnete, schematisierte Schnittdarstellung, in der die Zusammenwirkung des Prägestempels mit der Funktionslage gezeigt ist;
- 4 eine ebenso stark vergrößert gezeichnete Schnittdarstellung eines Flächenabschnittes der Funktionslage mit daran durch Mikroprägungen gebildeter Dichtkontur,
- 5 eine gegenüber einer praktischen Ausführungsform stark vergrößerte und lediglich skizzenhafte Schnittdarstellung einzelner Bauelemente einer Getriebesteuerplatte, bei der eine Funktionslage erfindungsgemäß hergestellte Dichtkonturen aufweist und wobei eine zusätzliche Funktionslage mit einer Siebeinrichtung vorhanden ist, und
- 6 eine gegenüber einer praktischen Ausführungsform näherungsweise in halber Größe gezeigte Draufsicht einer Getriebesteuerplatte, versehen mit erfindungsgemäß hergestellten Dichtkonturen.
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In 1 ist eine flächige Funktionslage 1 dargestellt, die aus einem sowohl für Dichtungsanordnungen als auch für Prägevorgänge geeigneten Werkstoff besteht, wobei es sich vorliegend um einen Aluminiumwerkstoff handelt. Es versteht sich, dass auch andere, insbesondere metallische Werkstoffe, wie Stahlblech, in Frage kommen. Bei der Darstellung von 1 sind auf beiden Seiten Dichtkonturen in Form einer Mikroprägung 2 ausgebildet, die sich jeweils entlang entsprechender Abdichtzonen erstrecken, um zusammen mit daran anliegenden weiteren Funktionslagen, die in 1 nicht dargestellt sind, ein Dichtungssystem zu bilden. Die 2 und 3 verdeutlichen den Prägevorgang zur Formung einer aus der Ebene der Funktionslage 1 vorstehenden Miktroprägung 2 (3), wobei in 2 ein Prägestempel 4 vor dem Zusammenfahren mit der Funktionslage 1 dargestellt ist, während 3 den Wirkzustand zeigt, nachdem der Stempel 4 in Richtung des Pfeiles 6 gegen die Funktionslage 1 gepresst ist, die auf dem in 3 mit 8 bezeichneten Gegenlager aufliegt. Entsprechend der Form der Formausnehmung 10 im Prägestempel 4 hat die in die Formausnehmung 10 eingeformte Mikroprägung 2 eine keilförmige Querschnittsform in der Art eines V mit abgeflachter Spitze. Für die Bildung einer linienhaften Dichtkontur bildet die Mikroprägung 2 somit eine rippenartige Erhebung, deren Gipfel 12 einen Dichtlinienbereich bildet, der schmäler ist als der Fußteil, mit dem die Mikroprägung 2 an die Funktionslage 1 angrenzt.
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Um den Fließvorgang des Materials der Funktionslage 1 zu begünstigen, sodass der Werkstoff das gesamte Volumen der Formausnehmung 10 im Prägestempel 4 beim Pressvorgang einnimmt, sind an der Vorderseite des Prägestempels 4 vorspringende Verdrängerleisten 16 ausgebildet, die in Zusammenwirkung mit der angrenzenden Vorderfläche 18 des Stempels 4 eine Materialverdrängung erzeugen und damit das Einformen der Mikroprägung 2 in die Formausnehmumg 10 begünstigen. Die Formausnehmung 10 ist hier mit ebenflächigen Seitenwänden dargestellt, sodass die Mikroprägung 2 eine entsprechende, ebenflächige Keilform einnimmt. Es versteht sich, dass die Seitenwände der Formausnehmung 10 andersartig, beispielsweise gewölbt, geformt sein könnten. Auch könnte der Gipfel 12 der Mikroprägung 2 anstelle einer gezeigten, ebenflächigen Abflachung eine abgerundete oder spitze Gipfelform aufweisen.
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Die 4, die wie die vorausgehenden Figuren nicht maßstäblich gezeichnet ist und wobei die dargestellten Mikroprägungen 2 gegenüber der Materialdicke der Funktionslage 1 weit übertrieben groß dargestellt sind, zeigt zwei nebeneinander liegend geformte Mikroprägungen 2, die in einem Abstand w voneinander verlaufende Dichtlinien bilden. Bei einer praktischen Ausführungsform, wo die Höhe der Mikroprägungen 2 nur einen Bruchteil der Materialdicke der Funktionslage 1 beträgt, kann der Abstand w der Dichtlinien auf den Bereich von weniger als einem Millimeter oder weniger Millimeter eingestellt sein, sodass die durch die Mikroprägungen 2 gebildete Dichtkontur einen sehr schmalen Dichtlinienbereich einnimmt, sodass in vorteilhafter Weise schmale, linienhafte Dichtkonturen ausbildbar sind, die sich besonders für eine Abdichtung an Labyrinthstrukturen bei Getriebesteuerplatten 14 (s. 6) eignen, wo teilweise äußerst schmale Dichtungsstege zur Verfügung stehen.
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Die 5 zeigt in stark vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt einer Getriebesteuerplatte 14, wobei sich beidseits der Funktionslage 1, die auf ihren beiden Seiten mit Mikroprägungen 2 versehen ist, jeweils eine weitere Lage 20 und 22 befinden, die ebenfalls, wie die dazwischen befindliche Funktionslage 1, lediglich abschnittsweise angedeutet sind. Die Mikroprägungen 2 bilden jeweils Dichtkonturen entlang der Abdichtzonen 24, die bei der Getriebesteuerplatte 14 die Labyrinthstrukturen 9 (s. 6) umgeben. Bei dem Beispiel von 5 befindet sich zwischen der Funktionslage 1 und der in 5 oben liegenden Lage 20 eine zusätzliche, aus dünnem Metallblech gebildete Lage 26, die nicht nur Aussparungen in den Abdichtzonen 24 für den Durchtritt der Mikroprägungen 2 bildet, sondern an Fluiddurchlässen 11, die von einem eine Partikelbelastung aufweisenden Fluid durchströmt werden, eine Siebeinrichtung 28 für die Abreinigung entsprechender Partikel bildet.
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6 zeigt die Oberseite einer Getriebesteuerplatte 14, die eine Funktionslage 1 mit erfindungsgemäß hergestellten Mikroprägungen 2 aufweist, wobei die Mikroprägungen 2 Dichtkonturen entlang der Abdichtzonen 24 entlang von teilweise ausgedehnten Labyrinthstrukturen bilden, wobei die Labyrinthstrukturen jeweils nur teilweise mit der Bezugszahl 9 beziffert sind. Von in der Funktionslage 1 außerdem befindlichen Fluiddurchgängen, wie sie in der bei Getriebesteuerplatten 14 üblichen Weise für den Durchtritt von Betriebsfluiden vorhanden sind, die beispielsweise Kupplungsdrücke und Schmierdruck erzeugen sowie einen Wandler des zugeordneten Getriebes versorgen, sind in 6 ebenfalls lediglich einige beziffert und mit 11 bezeichnet. Wie 6 entnehmbar ist, sind die die Labyrinthstrukturen 9 umgebenden Dichtkonturen durch jeweils zwei nebeneinander liegende Mikroprägungen 2 gebildet, die, wie in 4 andeutet ist, einen doppelten Dichtlinienzug definieren. Die an der Getriebesteuerplatte 14 am Außenrand befindliche Dichtkontur ist demgegenüber aus jeweils drei nebeneinander ausgebildeten Mikroprägungen 2 aufgebaut, die einen dreifachen Dichtlinienzug definieren.
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Die in Kombination die Dichtkontur bildenden Mikroprägungen 2 können, wie in 4 angedeutet, gleiche Formgebung und gleiche Höhe (Überstand über die Funktionslage 1) besitzen. Alternativ können Dichtkonturen aus unterschiedlich geformten Mikroprägungen gebildet sein, die verschiedene Höhen besitzen. Auch können Mikroprägungen 2 mit über ihre Länge unterschiedlicher Höhe gebildet werden, um eine Anpassung an spezielle Gegebenheiten der mit der Dichtkontur zusammenwirkenden Gegenfläche zu realisieren.
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Bevorzugt sind die eingeprägten Vertiefungen in der Funktionslage 1 zum Herstellen der vorgeformten Mikroprägung 2 gegenüber der Oberseite der Funktionslage um etwa 0,05 mm vertieft ausgebildet und weisen eine Breite von 0,4 mm auf. Entgegen der Darstellung in den Figuren ist die Breite am Gipfel 12 der Mikroprägung 2 etwa 0,8 mm bei einem ansteigenden Flankenwinkel von vorzugsweise 45° und der Gipfel steht mit 0,05 mm über die Oberseite der Funktionslage 1 vor. Die Dicke der Gesamtfunktionslage 1 beläuft sich auf ca. 1,7 mm.
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Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, die Funktionslage 1 und/oder die Mikroprägung 2 und/oder Teile derselben, beispielsweise in Form des Gipfels 12, mit einer Beschichtung, auch in metallischer Form, zu versehen, um entsprechende Anpassungen an die gewünschte Dichtausgestaltung zu erhalten. Des weiteren besteht die Möglichkeit, in der Art mindestens eines Kalibrierschrittes entweder Bereiche größerer Dichtzonen zu erhalten und/oder die Dichtung von der Höhenstufung her genau an vorgegebene Dichtzwecke anzupassen. Des weiteren kann eine sog. topographische Anpassung der Dichtung an vorgegebene Dichtzwecke erfolgen, indem die Breitenkonturverläufe an der freien Gipfelseite 12 einer jeden Mikroprägung im Bedarfsfall in der Breite angepaßt werden. Dergestalt lassen sich bei bevorzugt gleicher Höhe einer jeden Mikroprägung 2 durch die Breitenanpassung vorgebbare Dichtungsverläufe realisieren, um dergestalt innerhalb einer Gesamtfunktionslage die Dichtkräfte anpassen zu können, beispielsweise im Bereich von eingebrachten Schraubenkräften die Dichtkraft zu verringern und in weiter entfernten Bereichen diese zu erhöhen. Dergestalt läßt sich insgesamt ein homogener Dichtkraftverlauf für die jeweilige Funktionslage erreichen.
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Sofern in der Nachbarschaft der jeweiligen Mikroprägung 2 in derselben Richtung vorstehende blockförmige Anlageteile der Funktionslage vorhanden sind, läßt sich dergestalt im Zusammenwirken mit der weiteren Funktionslage eine Art Stopperfunktion realisieren, so dass die Dichtung auf „Block“ gehend vor Überbeanspruchungen betreffend die jeweilige Mikrokontur 2 geschützt ist. Des weiteren kann bei einer nicht näher dargestellten, bevorzugten Ausführungsform auf zumindest einem Teil der Gipfel 12 der Mikroprägungen 2 eine Feinkontur angebracht sein, beispielsweise in Form eines wulstartigen Vorsprungteils oder in Form von mindestens einer linienhaften, nutartigen Vertiefung, um dergestalt im Bedarfsfall noch feinere Dichtgeometrien zu erreichen.
