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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung mit verbesserten Fixier- und Ausrichtelementen, insbesondere eine Trägerrahmendichtung, die einen Teil einer Montageeinheit bildet.
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Im Automobilbereich gibt es viele Gehäuseteile am Motor oder z. B. Getriebe, die mit unterschiedlichen Deckeln verschlossen werden. Als Beispiele im Motorbereich sollen hier Zylinderkopfhauben oder auch Ölwannen genannt werden. Bei Getrieben gibt es unterschiedlichste Deckel wie z. B. Getriebeölwannen.
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Viele dieser Deckel bestehen heute aus Kunststoff. Allerdings gibt es noch sehr viele Deckel, die aus Stahl oder Aluminiumblech bestehen. Das sind vor allem Deckel in einfacherer Ausführungsform, in die keine zusätzlichen Funktionselemente integriert werden sollen oder können. Diese Deckel sind bevorzugt aus Stahlblech, aber z. B. auch aus Aluminiumblechen oder Sandwichkonstruktionen zur Geräuschreduzierung.
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Diese Blechdeckel werden häufig zum Gehäuseflansch hin mit Elastomerdichtungen mit Trägerrahmen abgedichtet. Diese heute üblichen Dichtungen bestehen aus einem metallischen Trägerrahmen and den stirnseitig die Elastomer-Dichtlippen angespritzt werden. Die Trägerrahmendichtungen sind häufig auf den Blechdeckeln vormontiert und werden mit dem Deckel als System ans Montageband geliefert.
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Die Aufgabe die hier zu lösen ist, besteht darin, eine kostengünstige Lösung darzustellen, die bei solchen Systemen eine verliersichere Befestigung der Schrauben erlaubt. Die Schrauben müssen dabei auch senkrecht zur Flanschfläche im System fixiert werden, um eine sichere Einschraubung zu garantieren, und in der Höhe in ihrer Lage fixiert werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Deckel-Montageeinheit bereitgestellt, umfassend:
- – eine dünnwandige Deckelwanne mit
- – einem Dichtungsflansch; und
- – mindestens zwei Schraublöchern in dem Dichtungsflansch;
- – eine Trägerrahmendichtung mit
- – einem Trägerrahmen;
- – einem Dichtungselement, das an dem Dichtungsflansch anliegt;
- – einer Schraubendurchführung für jedes Schraubloch; und
- – einem Elastomer-Element in jeder Schraubendurchführung, das von der dem Dichtungsflansch gegenüber liegenden Seite des Trägerrahmens vorragt und das mindestens zwei Elastomer-Ausrichtabschnitte umfasst, die axial voneinander beabstandet sind;
und
- – einer in jedem Schraubloch angeordneten Befestigungsschraube, die von den mindestens zwei Elastomer-Ausrichtabschnitten verliersicher gehalten und axial ausgerichtet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Verdickung im Schaft der Befestigungsschrauben gebildet, die zusammen mit einem Elastomer-Ausrichtabschnitt eine Verliersicherung bildet.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht die Deckelwanne aus einem metallischen Werkstoff.
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Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens ein Elastomer-Ausrichtabschnitt gegenüber der jeweiligen Schraube berührungslos ist und/oder liegt mindestens ein Elastomer-Ausrichtabschnitt an der jeweiligen Schraube an.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht das Dichtungselement aus einem Elastomer-Werkstoff.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt die Dicke der Deckelwanne im Bereich von etwa 0,3 bis 0,5 mm bis etwa 1 bis 2 mm.
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Gemäß einer Ausführungsform sind ein oder mehrere der Elastomer-Ausrichtabschnitte radial umlaufend geschlossen oder unterbrochen ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Deckelwanne weiter mindestens eine Fixieröffnung und die Trägerrahmendichtung ein Fixierelement für jede Fixieröffnung.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Fixieröffnung als durchgehendes oder als Blindloch ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform greift das mindestens eine Fixierelement rastend in die jeweilige Fixieröffnung ein.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt der axiale Abstand der zwei am weitesten voneinander entfernten Elastomer-Ausrichtabschnitte in einem Bereich, der etwa vom Durchmesser der jeweiligen Schraube bis hin zur Länge des gewindelosen Teils des Schafts der jeweiligen Schraube reicht.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das Dichtungselement und die Elastomer-Elemente einstückig ausgebildet. Vorteilhafterweise können beide Elemente in einem Arbeitsgangs gemeinsam aus Elastomer ausgebildet, z. B. angespritzt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung und ein Bauteil, an dem die Deckel-Montageeinheit angebracht werden soll, im Querschnitt;
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2 zeigt einen Ausschnitt der Ausführungsform von 1 im Detail;
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3 zeigt einen Ausschnitt einer alternativen Ausführungsform im Querschnitt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verschraubungssystem für eine Trägerrahmendichtung zu entwickeln, das die folgenden Punkte abdeckt:
- – Die Funktion soll auch bei dünnen Blechdicken (bzw. dünnwandigen Blechdeckeln) sichergestellt sein;
- – Das Dichtkonzept beinhaltet eine Trägerrahmendichtung;
- – Die Befestigungsschrauben sollen vormontiert und verliersicher vorliegen;
- – Die Verschraubungspositionen sollen exakt fixiert sein;
- – Die Verschraubungspositionen der Schrauben sollen in der Verschraubungsachse sicher positioniert (bzw. zentriert) werden, die Schraube darf nicht abkippen oder schief stehen;
- – Die Verschraubungsposition der Schrauben sollen in der axialen Höhe sicher positioniert werden;
- – Eine gute und sichere Montage soll gewährleistet werden, wobei die Gewinde nicht beschädigt werden und die Schrauben einzeln angezogen werden können. Die Schrauben dürfen beim Aufsetzen des Deckels nicht weiter herausstehen als zur Zentrierung in den Gewindelöchern im Bauteilflansch notwendig ist;
- – Die Lösung soll kostengünstig sein, d. h. möglichst ohne zusätzliche Elemente auskommen. Die Blechölwanne soll vorzugsweise nicht modifiziert werden müssen, um die Kosten niedrig zu halten.
- – Die Funktion soll im Wesentlichen von der Dichtung übernommen werden, d. h. eine lagerichtige Fixierung von Befestigungsschrauben bei Blechdeckeln in Verbindung mit Trägerrahmendichtungen.
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Bei akustisch entkoppelten Zylinderkopfhauben oder auch Ölwannen aus Kunststoff oder Aluminiumguss ist es üblich, dass die Verschraubungselemente vormontiert werden. Es gibt aber auch nicht entkoppelte Systeme aus Kunststoff, die vormontierte Schrauben enthalten. Bei allen diesen Lösungen sind im allgemeinen Metallhülsen im Einsatz, in denen die Schrauben verliersicher befestigt sind. Hierzu gibt es bekannte Lösungen, um die Schrauben verliersicher in einer solchen Hülse zu befestigen. Das System aus Hülse und Schraube wird in den meisten Fällen durch eine Öffnung im Verschraubungsbereich durch den Flansch gesteckt und wird auf der anderen Seite des Flansches durch einen an die Dichtung angespritzten Ring fixiert. Bei den nicht entkoppelten Lösungen werden z. B. die Buchsen mit der verliersicher befestigten Schraube direkt in die Haube eingepresst oder eingespritzt.
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Diese Lösungen lassen sich sehr gut bei entsprechenden Flanschdicken realisieren, wie sie bei gegossenen Aluminium- Magnesium oder gespritzten Kunststoffhauben üblich sind. Diese Systeme sind üblicherweise mit reinen Elastomer-Dichtungen ohne Trägerrahmen bestückt, mit denen sich diese Lösung gut realisieren lässt. Bauartbedingt kommen bei Blechdeckeln andere Dichtsysteme zum Einsatz. Dies sind im Wesentlichen Trägerrahmendichtungen, die aus einem metallischen Träger mit einem angespritzten Dichtsystem bestehen. Da ein Blechdeckel maximal eine Flanschdicke von ca. 1–2 mm aufweist, können Konzepte wie vorstehend beschrieben nicht zum Einsatz kommen.
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1 zeigt eine Deckel-Montageeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welche die geforderten Eigenschaften aufweist, wobei die genannten Probleme nicht auftreten. Die Deckel-Montageeinheit umfasst eine dünnwandige Deckelwanne 2 mit Schraublöchern (hier nur eins gezeigt) für Befestigungsschrauben 12. Weiterhin umfasst sie eine Trägerrahmendichtung, gebildet von einem Trägerrahmen 10 und einem Dichtungselement 4. Die Trägerrahmendichtung weist für jedes Schraubloch der Deckelwanne 2 eine entsprechende Schraubendurchführung auf.
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Optional ist die Trägerrahmendichtung an der Deckelwanne 2 befestigt, indem ein Fixierelement 6 am Trägerrahmen in eine korrespondierende Fixieröffnung in der Deckelwanne 2 eingreift.
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An der Trägerrahmendichtung wird im Bereich der Verschraubungspunkte ein spezielles Elastomer-Element anvulkanisiert. Dieses Elastomer-Element übernimmt alle Aufgaben, die mit dem Halten bzw. der Fixierung und Zentrierung der Schraube 12 zusammenhängen. Damit die Schraube 12 senkrecht in der Schraubenöffnung stehen kann, muss eine bestimmte Führungslänge in axialer Richtung der Schraube vorhanden sein. Diese Führungslänge ist bei normalen Trägerrahmendichtungen mit Dicken von ca. 1 mm bis ca. 3 mm durch den Trägerrahmen 10 alleine nicht gegeben.
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Um eine ausreichende Zentrierlänge für die Schraube 12 zu erreichen, wird das Elastomer-Element über den Trägerrahmen 10 hinaus verlängert. Das über den Trägerrahmen 10 hinausstehende Elastomer-Element wird bauteilseitig von einer zugehörigen Vertiefung 9 im Gehäuseflansch 8 aufgenommen. Die Gehäuseflansche bestehen im Wesentlichen aus Gussbauteilen aus z. B. Aluminium, Grauguss oder Magnesium. Die Vertiefung 9, in die das Elastomer-Element eintaucht, ist hier oberhalb des Einschraubgewindes der Schraube 12 gezeigt. Es lässt sich im Flansch 8 einfach und kostengünstig realisieren.
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In 2 ist ein Ausschnitt der Deckel-Montageeinheit von 1 vergrößert dargestellt. Das Elastomer-Element ist auf der Innenseite so ausgebildet, dass sich am oberen Ende bzw. an der von der Deckelwanne 2 abgewandten Seite des Elastomer-Elements ein Ausrichtabschnitt, etwa in Form einer umlaufenden Nase 22 befindet. Diese Nase 22 ermöglicht es, dass unterschiedliche Verschraubungselemente fixiert werden können, indem das Elastomer-Element einen Hinterschnitt bildet, an dem das Verschraubungselement oder die Schraube einrastet. Das kann z. B. eine Schraube mit einem umlaufenden Bund 26 (wie hier gezeigt) oder auch eine Schrauben-Hülsen-Lösung (hier nicht gezeigt) sein.
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Die Funktion wird erfülllt, indem sich beim Einschieben des Verschraubungselements oder der Schraube die elastomere Öffnung aufweitet und dann wieder schließt. Dadurch wird die Schraube oder das Verschraubungselement am Herausfallen gehindert. Der nachfolgende Bereich ist sinnvollerweise vom Durchmesser her größer ausgeformt. Die Klemmstelle kann im Elastomer als umlaufender Rand dargestellt werden, aber auch über einzelne elastomere Elemente.
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Von den einzelnen Elementen sind es sinnvollerweise zumindest drei Stück (deren Mittelpunkte beispielsweise etwa in 120° Schritten über den Innenrand des Elastomer-Elements angeordnet sind), damit die Schraube gut geführt und in ihrer axialen Richtung gehalten wird. Der Vorteil von einzelnen Elementen im Vergleich zu einem umlaufenden Elastomer-Ring ist, dass z. B. die Montagekräfte reduziert werden können.
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Um die Schraube 12 exakt in der axialen Lage zu fixieren, sind darüber hinaus weitere Fixierstellen notwendig (mindestens eine weitere). Als weitere Fixierstelle werden auf der Innenseite weitere radial umlaufende geschlossen Ringe 22 oder einzelne unterbrochen umlaufende Elastomer-Elemente in der gewünschten Höhe angeformt, die als ein Ausrichtabschnitt fungieren. Die umlaufenden Ringe 22 der Halteabschnitte können geschlossen umlaufend ausgebildet sein, aber auch z. B. mehrere einzelne Elastomer-Elemente umfassen, wie z. B. Kugelabschnitte oder andere überstehende Elastomergeometrien, die über die Fläche herausstehen. Durch die Ausführung, Form und den Überstand/Hinterschnitt kann die Montage-Haltekraft und auch die Fixierwirkung beeinflusst werden.
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Sinnvollerweise ist, falls nur ein weiterer Ausrichtabschnitt verwendet werden soll, das zweite Element, das zur axialen Fixierung der Schraube 12 notwendig ist, am anderen Ende des Elastomer-Elementes angebracht, d. h. an der am weitesten entfernten Stelle bzw. an der der Deckelwanne 2 zugewandten Seite des Elastomer-Elements. Diese Fixierung sorgt dafür, dass die Schraube 12 exakt in der axialen Richtung fixiert wird, und ermöglicht somit ein sicheres Einschrauben in das Gewinde. Das ist besonders wichtig, wenn der Deckel 2 mit automatischer Verschraubung verschraubt werden soll. Von den Ausrichtabschnitten, welche die Schraube in axialer Richtung halten, müssen zumindest zwei (vorteilhafterweise jeweils nahe einem jeweiligen Ende des Elastomer-Elements) vorhanden sein, es können aber auch mehr Elemente angeordnet werden. In 2 sind beispielsweise vier Ausrichtabschnitte 22 gezeigt, wobei der in der Figur unterste Ausrichtabschnitt zusätzlich die Funktion der Verliersicherung übernimmt.
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Die Fixierelemente bzw. Ausrichtabschnitts können auf zwei Arten ausgelegt werden:
- – Mit Kontakt zum Verschraubungselement/Schraube. Hier können je nach Überdeckung unterschiedlich starke Fixier- und Klemmkräfte eingestellt werden; oder
- – Ohne Vorspannung/direkten Kontakt zum Verschraubungselement. Falls eine optimale Beweglichkeit der Schraube im Fixierelement gewünscht ist, wird die Fixierung sinnvollerweise so ausgelegt, dass die Fixierelemente gerade nicht an der Schraube anliegen. Dadurch wird eine noch eine sehr gute Führung und Zentrierwirkung bei optimaler Beweglichkeit erreicht.
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In 3 ist eine beispielhafte Ausführungsform für den letzteren Fall gezeigt. Hier sind zwei Ausrichtabschnitte 22 gezeigt, einer am oberen bzw. von der Deckelwanne 2 abgewandten Ende des Elastomer-Elements, und einer am unteren bzw. der Deckelwanne 2 zugewandten Ende des Elastomer-Elements. Dabei übernimmt der in dieser Figur untere Ausrichtabschnitt zusätzlich die Funktion der Verliersicherung. In der gezeigten Ausführungsform wird die Verliersicherung durch einen verdickten Bund an der Schraube und den unteren Ausrichtabschnitt erreicht.
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Bei Schrauben ohne Verdickung kann der Ausrichtabschnitt diese Funktion ebenfalls übernehmen, wobei dann allerdings eine gewisse Mindest-Klemmung gegeben sein muss.
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Die Länge des Elastomer-Elements wird so gewählt, dass die Schraube axial ausreichend fixiert wird. Diese Länge muss bei unterschiedlichen Schraubendurchmessern und Schraubenlängen unterschiedlich gewählt werden. Der axiale Mindestabstand der Ausrichtabschnitte bzw. somit auch die Länge des Elastomer-Elements sollte einen Wert nicht deutlich unterschreiten, der durch den jeweiligen Schraubendurchmesser gegeben ist. Damit ein Einschrauben problemlos möglich bleibt, sollte die Länge des Elastomer-Elements weiterhin eine Länge nicht deutlich überschreiten, die in etwa durch den gewindelosen Teil des Schraubenschafts gegeben ist (wobei der Gewindeabschnitt mit 28 bezeichnet ist).
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Bei bestimmten Ausführungen kann es sinnvoll sein, dass die Schrauben beim Aufsetzen eines Deckels zurückgleiten können und dann genau in Verschraubungsposition am Gewinde anstehen. Das kann mit einer Lösung wie in 2 gezeigt realisiert werden, indem sie am oberen Ende die Sicherung der Schraube enthält, und dann nur am unteren Ende die axiale Fixierung der Schraube.
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Damit die Schraube leicht zurückgleiten kann, wird die Schraube an deren Kopf-Ende durch den Hinterschnitt am Herausfallen gehindert, aber nicht geklemmt, und am Gewinde-Ende gibt es eine Führung, die ebenfalls nicht klemmend wirkt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sollte es nur eine Fixierstelle am Gewinde-Ende geben (und keine weiteren Fixierstellen), damit die Beweglichkeit, also hier der Verschiebeweg, in Längsrichtung nicht eingeschränkt wird.
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Der mittlere Teil des Elastomer-Elements und auch der Ausrichtabschnitte am unteren Ende sind dann so ausgeführt, dass die Schraube gerade nicht geklemmt, aber sicher geführt wird. Dies ermöglicht der Schraube dann trotz sicherer axialer Führung im definierten Bereich in axialer Richtung beweglich zu bleiben.
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Auch hier kann über die unteren Ausrichtabschnitte – falls gewünscht – eine leichte Klemmung erzielt werden, d. h. die nötigen Verschiebekräfte der Schrauben können von komplett frei bis hin zur Klemmung eingestellt werden. Diese Art der Schraubenfixierung kann entweder an allen Verschraubungspunkten eingesetzt werden, aber auch nur bei einer oder zwei Verschraubungsstellen, um den Deckel zu zentrieren und vormontieren zu können.
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Optimal ist diese Lösung mit den vormontierten Schrauben, wenn die Montagestelle nur schwer zugänglich ist, da alle Schrauben in Montageposition am Dichtverbund befestigt sind. Falls automatische Verschraubungsstationen eingesetzt werden sollen, ist diese Lösung von großem Vorteil, da alle Schrauben vormontiert sind und nicht verkippen können. Das Verkippen führt insbesondere beim Verschrauben zu großen Problemen, da die Gewinde dauerhaft geschädigt werden können, die Schrauben nicht eingeschraubt werden können oder es zu Störungen kommt.
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Heute ist es üblich, Trägerrahmendichtung mit sogenannten Fixierpins auf dem Deckel zu fixieren und im System anzuliefern. Die in den 1–3 gezeigten Ausführungsformen weisen solche Fixierelemente 6 und zugehörige Rastlöcher in der Deckelwanne auf. Diese Fixierelemente können aber bei alternativen Ausführungen auch entfallen und sind somit bei der Erfindung optional, da die Schrauben im Zusammenspiel mit dem Elastomer-Element auch diese Fixieraufgabe mit übernehmen können.
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Damit der Verbund von Dichtung und Deckel beim Aufsetzen auf den Bauteilflansch optimal vorzentriert wird, können an den Elastomer-Elementen am Aussendurchmesser in Längsrichtung weitere Elastomer-Körper angeformt sein. Vorteilhafterweise sind diese und auch die Aufnahme im Gehäuse leicht konisch ausgeführt, damit man die Montageeinheit sehr einfach einsetzen kann, und dann der Deckel mit Dichtung und Schrauben mit fortschreitendem Eindrücken in die Öffnung vollständig zentriert wird. Da die Körper aus Elastomer sind, kann hier am Ende auch eine geringe Vorspannung konstruktiv mitberücksichtigt werden.
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Diese wird bei einem geringen Öffnungswinkel für eine Klemmung oder Fixierung des Deckels mit Dichtung und Schrauben auf dem Flansch sorgen. Es wäre daher möglich, den gesamten Verbund auf den Flansch zu drücken und dieser wäre zentriert und fixiert bis die Verschraubung beginnt. Das könnte besonders bei einer Überkopfmontage, im Servicefall oder an schwer zugänglichen Stellen von großer Bedeutung sein.
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Die Dichtung wird beim Aufsetzen radial optimal zentriert. Wenn die Elemente konisch ausgeführt sind, lassen sich diese leicht ansetzen und erreichen dann beim Einschieben eine immer bessere Zentrierwirkung, bis hin zum Kontakt und Klemmung. Da es sich um einen kleinen Winkel handelt, sollte dies für gewöhnlich ausreichen, damit der Deckel mit Dichtung bis zur Verschraubung nicht mehr herausfällt. Als mögliche Option kann das Elastomer-Teil an seinem Außendurchmesser auch Elastomer-Nasen aufweisen, die in eine entsprechende Vertiefung im Gehäuseflansch einrasten können, damit der Verbund vor dem Verschrauben verliersicher auf dem Flansch gehalten wird.
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Die Erfindung bietet daher zusammenfassend unter anderem die folgenden Vorteile:
- – Eine verliersichere Befestigung von Schrauben in Blechdeckeln mit Trägerrahmendichtung wird gewährleistet.
- – Ein Fixieren der Schraube in einer definierten Lage (Herausstehen genau definiert) sowie Zentrieren der Schraube in Verschraubungsrichtung werden sichergestellt.
- – Bei bestimmten Bauformen kann ermöglicht werden, dass die Schraube beim Aufsetzen auf das Bauteil zurückgleitet.
- – Die erfindungsgemäße Lösung ist kostengünstig, da alle Funktionen über das angespritzte Elastomer-Element (was etwa gemeinsam mit dem Dichtungselement angespritzt werden kann) erfüllt werden können, und die Vertiefung am Bauteilflansch einfach darzustellen ist.
- – Die Lösung kann auch die Fixierung der Dichtung an dem Bleckdeckel übernehmen. Dadurch kann entweder eine anderweitige Fixierung ergänzt werden, oder deren Aufgabe kann übernommen werden, so dass andere Fixierelemente entfallen können.
