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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Motorblockanordnungen für Brennkraftmaschinen und im Spezielleren eine Motorblock- und Strömungslenkelementanordnung zur Lenkung eines Kühlmittelstroms.
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HINTERGRUND
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Ein typischer Motorblock für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine umfasst zwei allgemeine Abschnitte: den Kurbelgehäuseabschnitt und den Zylinderabschnitt. Der Kurbelgehäuseabschnitt ist im Allgemeinen als ein Hohlraum ausgelegt, der so ausgelegt ist, dass darin eine sich drehende Kurbelwelle gelagert ist, während der Zylinderabschnitt Zylinderwände umfasst, die im Allgemeinen von einem Wassermantel umgeben sind, durch den hindurch Motorkühlmittel unter Druck umgewälzt wird, wodurch ein Ableiten des Wärmeüberschusses von diesem bezweckt wird. Nachdem das Motorkühlmittel durch den Zylinder-Wassermantel umgewälzt worden ist, kann es zu einem anderen Abschnitt der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise dem Zylinderkopf, umgeleitet werden, um auch dort einen Wärmeüberschuss abzuleiten, oder es kann zu einem Wärmetauscher gepumpt werden, wo Wärme aus dem Kühlmittel abgeleitet wird, bevor dieses in den Motor zurückgeleitet wird.
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Eine wichtige Überlegung beim Entwurf des Zylinderabschnitts des Motorblocks stellt die effiziente Verteilung und das effiziente Strömen des Kühlmittels im Hinblick auf eine maximale Wirksamkeit und die Vermeidung von thermischen Inkonsistenzen dar, die zu einem Verziehen oder Verbiegen des Blocks oder Zylinderkopfs führen können, wodurch die Brennkraftmaschine Schaden nehmen kann oder es zu einer schlechten Leistung kommen kann. Bei Kühlmittel, das von einer externen Quelle in den Wassermantel einströmt, muss die Strömungsrichtung mit Vorsicht gewählt werden, um zu gewährleisten, dass eine Strömung vollständig durch den Zylinder hindurch und um diesen herum erfolgt.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Motorblockanordnung für eine Brennkraftmaschine einen Zylinderabschnitt mit einer Mehrzahl von darin angeordneten Zylinderwänden. Ein Wassermantel mit gegenüberliegenden Seitenwänden erstreckt sich über die Mehrzahl von Zylinderwänden und definiert so einen Kühlmittelströmungspfad. Ein Kühlmitteleinlass, der mit dem Wassermantel in Fluidverbindung steht, führt diesem Kühlmittel zu und ein Kühlmittelauslass, der mit dem Wassermantel in Fluidverbindung steht, führt Kühlmittel von dem Wassermantel ab. Einander gegenüberliegende Dichtungsschultern erstrecken sich von den Wassermantel-Seitenwänden aus in den Kühlmittelströmungspfad des Wassermantels hinein und ein sich der Länge nach erstreckendes Kühlmittel-Strömungslenkelement ist benachbart zu den Dichtungsschultern in dem Wassermantel angeordnet. Das Kühlmittel-Strömungslenkelement umfasst eine Strömungslenkelement-Dichtfläche, die so ausgelegt ist, dass sie mit den einander gegenüberliegenden Dichtungsschultern in Eingriff tritt, um das in den Wassermantel einströmende Kühlmittel zu lenken.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Motorblockanordnung für eine Brennkraftmaschine einen Zylinderabschnitt in Closed-Deck-Bauweise mit einer Mehrzahl von darin angeordneten Zylinderwänden. Ein Wassermantel mit gegenüberliegenden Seitenwänden erstreckt sich über die Mehrzahl von Zylinderwänden und definiert so um diese herum einen Kühlmittelströmungspfad. Ein Kühlmitteleinlass, der mit dem Wassermantel in Fluidverbindung steht, führt diesem Kühlmittel zu und ein Kühlmittelauslass, der mit dem Wassermantel in Fluidverbindung steht, führt Kühlmittel von dem Wassermantel ab. Einander gegenüberliegende Dichtungsschultern erstrecken sich von den Wassermantel-Seitenwänden aus in den Kühlmittelströmungspfad des Wassermantels hinein, wobei sich die Kühlschultern über die Höhe des Wassermantels erstrecken. Eine Öffnung erstreckt sich benachbart zu den einander gegenüberliegenden Dichtungsschultern durch den Closed-Deck-Zylinderabschnitt hindurch. Ein sich der Länge nach erstreckendes Kühlmittel-Strömungslenkelement wird durch die in dem geschlossenen Zylinder-Deckplattenabschnitt vorhandene Öffnung hindurch in den Wassermantel eingesetzt und weist eine Strömungslenkelement-Dichtfläche mit Dichtoberflächen auf, die so ausgebildet sind, dass sie mit den einander gegenüberliegenden Dichtungsschultern in Eingriff stehen und zwischen diesen eine Flächendichtung definieren, und dass sie einen Abschnitt des Wassermantels gegenüber der Kühlmittelströmung abschließen und das durch den Kühlmitteleinlass in den Wassermantel einströmende Kühlmittel lenken.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Details erschließen sich in lediglich beispielhafter Weise aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
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1 ein als Planare Ansicht dargestellter Schnitt durch den Zylinderabschnitt einer 4-Zylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauweise ist, welcher Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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2 ein Kühlmittel-Strömungslenkelement für die Anwendung mit der Brennkraftmaschine aus 1 veranschaulicht;
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3 eine Schnittansicht durch die Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Schnittlinie 3-3 ist;
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4 eine Schnittansicht durch die Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Schnittlinie 4-4 aus 3 ist;
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5 eine Schnittansicht durch die Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Schnittlinie 5-5 aus 3 ist;
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6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Kühlmittel-Strömungslenkelements für die Anwendung mit der Brennkraftmaschine aus 1 veranschaulicht;
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7 eine andere Seitenansicht des Kühlmittel-Strömungslenkelements aus 6 veranschaulicht;
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8 eine andere Schnittansicht durch die Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Schnittlinie 3-3 ist;
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9 eine Schnittansicht durch die Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Linie 10-10 aus 5 ist;
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10 eine Schnittansicht durch die Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Linie 11-11 aus 5 ist; und
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11 eine Rückansicht des Kühlmittel-Strömungslenkelements aus 6 und 7 ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und es sollen dadurch die vorliegende Offenbarung bzw. deren Anwendung oder deren Nutzungsbereiche nicht eingeschränkt werden. Es versteht sich, dass über die Zeichnungen hinweg einander entsprechende Bezugszahlen auf gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale verweisen.
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In 1, auf welche nun Bezug genommen wird, ist in einer beispielhaften Ausführungsform ein Motorblock 10 einer 4-Zylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine 12 in Reihenbauweise gezeigt. Es versteht sich, dass die spezifische Auslegung des Motors (d. h. 4-Zylinder, Reihenbauweise) nur der Veranschaulichung dient und dass die Erfindung auch auf andere Motorauslegungen (z. B. V-Bauweise, horizontal entgegengesetzt) mit zahlreichen Optionen (2, 3, 4, 5, 6, 8, usw.) in Bezug auf die Anzahl der Kolben angewendet werden kann. Bei dem Abschnitt des Zylinderblocks 10, der in 1 veranschaulicht ist, handelt es sich um den oberen Abschnitt oder Zylinderabschnitt 14, und dieser umfasst eine Mehrzahl von Zylinderwänden 16, die jeweils für die Aufnahme eines sich darin auf- und abbewegenden Kolbens (nicht gezeigt) ausgelegt sind. Die Zylinderwände 16 sind von einem Wassermantel 18 umgeben, durch den hindurch ein Kühlmittel, wie beispielsweise ein Motorkühlmittel 20, umgewälzt wird, um während des Betriebs der Brennkraftmaschine 12 einen Wärmeüberschuss von den Zylinderwänden 16 abzuführen. Der Wassermantel 18 ist durch die Außenwand 22 des Motorblocks 10 umschlossen und definiert ein geschlossenes Kühlsystem, das unter Druck gesetzt werden kann.
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Ein Kühlmitteleinlass 24 erstreckt sich durch die Außenwand 22 des Motorblocks 10 und steht zur Zuführung von Kühlmittel 20 aus einer Druckquelle, wie beispielsweise einer Wasserpumpe (nicht gezeigt) mit dem Wassermantel 18, in Fluidverbindung. Beim Eintritt in den Wassermantel 18 wird das Kühlmittel 20 durch ein Kühlmittel-Strömungslenkelement 26, das nahe bei dem Kühlmitteleinlass 24 in dem Wassermantel angeordnet ist, abgelenkt oder in eine vorbestimmte Richtung gelenkt. Das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 hat die Funktion, die Strömung des Motor kühlmittels 20 zu sperren, indem der Wassermantel 18 abdichtend verschlossen wird, wodurch eine Lenkung der (in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen U-förmigen) Kühlmittelströmung um die Zylinderwände 16 herum erfolgt, wie dies durch die Strömungspfeile 28 veranschaulicht ist. Nach Beendigung des durch den Wassermantel 18 definierten Strömungskreislaufs kann das Kühlmittel 20 durch den Kühlmittelauslass 30 aus dem Wassermantel austreten. Der Kühlmittelauslass 30 kann mit einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) in Fluidverbindung stehen und das Motorkühlmittel wird anschließend durch diesen hindurch umgewälzt, um zusätzlichen Wärmeüberschuss aus diesem abzuführen. Als Folge des direkten Strömens von Kühlmittel durch den Wassermantel 18 wird die Kühlleistung im Vergleich zu einem ähnlichen System ohne Strömungslenkung des Kühlmittels verbessert (ungefähr 55% des Gesamtvolumens des durch den Zylinderkopf strömenden Kühlmittels treten durch den Auslass 30 aus, während ungefähr 45% durch andere Durchgänge (nicht gezeigt) an der Grenzfläche von der Kopfdichtung zu dem Zylinderkopf austreten).
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In 2, auf welche nun Bezug genommen wird, umfasst das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 in einer ersten, beispielhaften Ausführungsform einen sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörper 32 mit einem ersten, oberen Ende 34 und einem zweiten, unteren Ende 36 (wobei sich die Begriffe 'oberes' und 'unteres' auf die jeweiligen Positionen in dem im Wassermantel 18 des Motorblocks 10 eingesetzten Zustand beziehen). Der sich der Länge nach erstreckende Dichtkörper weist eine Länge ”L” auf, die im Wesentlichen der Tiefe des Wassermantels 18 an dessen Einbauposition, 3, entspricht, so dass das erste, obere Ende 34 eng benachbart zu der Deckplatte 38 des Zylinderabschnitts 14 des Motorblocks 10 endet, und das zweite, untere Ende 36 auf dem geschlossenen Bodenende 40 des Wassermantels 18 aufliegt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das zweite, untere Ende des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 einen Positionierfuß 42 umfassen, der dazu dient, das Strömungslenkelement zu positionieren und gegen Bewegung zu stabilisieren, wenn es in den Motorblock 10 eingesetzt wird. In einer anderen Ausführungsform kann sich ein flexibles Halteelement 44 von einer Seite 46 des sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörpers 32 nach außen erstrecken und dient dieses dazu, nach dem Einbau des Kühlmittel-Strömungslenkelements in den Wassermantel 18 mit einem unterseitigen Abschnitt oder einer Lippe 48 der Motorblock-Deckplatte 38 in Eingriff zu treten, um dadurch die Möglichkeit zu begrenzen, dass sich das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 während der Bewegung des Motorblocks 10 und der anschließenden Montage der Brennkraftmaschine 12 aus seiner Position löst. Das flexible Halteelement 44 wird während des Einbaus des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 durch die Deckplatten-Öffnung 50 (7 und 8) hindurch gegen den sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörper 32 hin zusammengedrückt und kann, sobald es in dem Motorblock 10 installiert ist, wieder in die normale Position gegen den unterseitigen Abschnitt 48 der Motorblock-Deckplatte 38 zurückschnappen, wodurch die den Einbau durchführende Person eine eindeutige Rückmeldung erhält, dass der sich der Länge nach erstreckende Dichtkörper 32 ordnungsgemäß darin installiert ist. Bei bestimmten Installationen, wie beispielsweise jener, die in 3 und 8 veranschaulicht ist, übt das flexible Halteelement 44 zusätzlich eine Vorspannkraft gegen den unterseitigen Abschnitt 48 der Motorblock-Deckplatte 38 aus und drückt infolge dessen den sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörper 32 in abdichtenden Eingriff mit den Dichtungsschultern 56, 58, 4 und 5, des Zylinderblock-Wassermantels 18.
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In 3–6, auf welche Bezug genommen wird, handelt es sich bei dem Zylinderblock 10 um einen Zylinderblock in Closed-Deck-Bauweise, der vorzugsweise unter Verwendung eines Verfahrens wie etwa Sandguss oder Vollformguss gegossen wird. Unter einer Closed-Deck-Konstruktion wird eine Bauweise verstanden, bei der sich die obere Fläche oder Deckplatte 38 über Abschnitte des Wassermantels 18 erstreckt und diese abschließt, wodurch ein voller Zugriff auf den Wassermantel von der Motorblock-Deckplatte 38 her begrenzt wird. Verschiedene Öffnungen in der Motorblock-Deckplatte 38 definieren Durchgänge in den Wassermantel 18 hinein, und durch eine dieser Öffnungen 50 hindurch kann auch das Einsetzen des Kühlmittel-Strömungslenkelements in den Wassermantel erfolgen. Bedingt durch die Natur des Gussverfahrens kann es sein, dass sich die Seitenwände 52 und 54 des Wassermantels 18 nicht parallel zueinander erstrecken und dass das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 als solches nicht dafür ausgelegt ist, randdicht mit den Seitenwänden 52, 54 abzudichten. Wie in 4 und 5 veranschaulicht, definieren in einer beispielhaften Ausführungsform die Wände 52 und 54 einander gegenüberliegende Dichtungsschultern 56 und 58, die sich von oben bis unten in den Kühlströmungspfad des Wassermantels 18 hinein erstrecken und dergestalt ausgelegt sind, dass sie mit der hinteren Dichtfläche oder -oberfläche 60 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 in einer Flächendichtung in abdichtendem Eingriff stehen, wenn das Kühlmittel-Strömungslenkelement durch die Öffnung 50 in der Motorblock-Deckplatte 38 hindurch in den Wassermantel 18 eingesetzt worden ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann sich eine Positionierrippe 62 der Länge nach entlang der Strömungslenkelement-Dichtfläche 60 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 erstrecken. Die Positionierrippe 62 hat eine Breite, die geringfügig kleiner als die Breite des Wassermantels 18 zwischen den Dichtungsschultern 56 und 58 ist. Die Positionierrippe 62 erstreckt sich zwischen den Dichtungsschultern 56, 58 der Wassermantel-Seitenwände 52, 54, um dazu beizutragen, die Dichtoberflächen oder -flügel 64 und 66 der Dichtfläche 60 in flächendichtendem Eingriff mit den Dichtungsschultern 56, 58 zu positionieren. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 12 kann ein Druckunterschied zwischen der Vorderseite 46 und der hinteren Dichtfläche 60 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 gegeben sein, und zwar aufgrund eines Druckverlustes bei der Strömung des Kühlmittels 20 zwischen dem Kühlmitteleinlass 24 (Vorderseite 46 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26) und dem Kühlmittelauslass 30 (hintere Dichtfläche 60 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26). Der über das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 hinweg vorhandene Druckunterschied trägt dazu bei, eine angemessene Abdichtung zwischen den Wassermantel-Dichtungsschultern 56, 58 und den Dichtoberflächen 64, 66 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 zu gewährleisten.
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Die Auslegung der Dichtungsschultern 56, 58 des Motorblock-Wassermantels 18 und der hinteren Strömungslenkelement-Dichtfläche 60 des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 bewirkt das Zustandekommen einer relativ passiven Abdichtung gegen eine Strömung von Motorkühlmittel 20 zwischen diesen. Folglich kann das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 als ein relativ kostengünstiges Bauteil gebildet werden, das unter Umständen keiner internen Stütze zur Versteifung bedarf, wie dies etwa im Fall eines randabdichtenden Kühlmittel-Strömungslenkelements erforderlich sein kann. Das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 kann aus einem geeigneten, wärmebeständigen Verbundmaterial, einem flexiblen Gummimaterial oder einer Kombination aus diesen gebildet sein, welche(s) Eigenschaften aufweist, die einer gut angepassten Dichtleistung zwischen den Strömungslenkelement-Dichtoberflächen 64, 66 und den Wassermantel-Dichtungsschultern 56, 58 förderlich sind. Zusätzlich wird durch die abdichtende Auslegung des Motorblock-Wassermantels 18 mit dem Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 der Schwierigkeit Rechnung getragen, eine Abdichtung zwischen den einander gegenüberliegenden Wassermantel-Seitenwänden 52, 54 zu erzielen, welche unter Umständen nicht parallel verlaufen, und zwar aufgrund von Entformungsschrägen, welche bei der Art von Gussverfahren, das für die Fertigung einer Closed-Deck-Blockbauweise der hier veranschaulichten Art verwendet wird, grundsätzlich gegeben sind.
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In einer in 9–11 veranschaulichten, beispielhaften Ausführungsform kann der sich der Länge nach erstreckende Dichtkörper 32 in einer Weise geformt sein, die es ermöglicht, dass eine jede Dichtungsschulter 64, 66 jeweils unabhängig so ausgelegt ist, dass sie mit den Konturen der wassermantelseitigen Dichtungsschultern 56, 58 zu beiden Seiten des Wassermantels 18 zusammenpasst. Wie in 9 und 10 ersichtlich, können sich die Konturen der wassermantelseitigen Dichtungsschultern 56, 58 aufgrund von unterschiedlichen Verlaufsstellen der von dem Wassermantelkern (nicht gezeigt) während des Gießvorgangs des Motorblocks 10 zurückgelassenen Trennlinien 68, 70 beträchtlich voneinander unterscheiden. Indem die Wendepunkte 72 und 74, 11, in die Gussform für den sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörper 32 integriert sind, kann jede Dichtoberfläche 64, 66 ein unterschiedliches Profil erhalten, das so definiert ist, dass eine angemessene Abdichtung mit der jeweils entsprechenden Dichtungsschulter 56, 58 gegeben ist.
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In 6–8, auf welche nun Bezug genommen wird, kann in einer anderen beispielhaften Ausführungsform der sich der Länge nach erstreckende Dichtkörper 32 ein Aussparungsmerkmal 80 umfassen, das so ausgelegt ist, dass es einen Abschnitt des flexiblen Halteelements 44 aufnimmt, wenn dieses zusammengedrückt wird, wodurch beim Einsetzen in die Deckplattenöffnung 50 ein zusätzlicher Spielraum erhalten wird und die Montage des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 in den Zylinderblock 10 des Motors unterstützt wird. Bei manchen Installationen kann die an der hinteren Strömungslenkelement-Dichtfläche 60 angeordnete Positionierrippe 62 segmentiert oder unterbrochen ausgeführt sein, 6–8 und 11, um die Längssteifigkeit des Kühlmittel-Strömungslenkelements 26 zu verringern und dadurch die Anpassungsfähigkeit der Dichtoberflächen 64, 66 im Hinblick auf eine bessere Abdichtwirkung gegenüber den Wassermantel-Dichtungsschultern 56 und 58 zu verbessern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann sich ein Positionierbord 82 zwischen dem ersten Ende 34 und dem zweiten Ende 36 des sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörpers 32 befinden. Das Positionierbord 82 wirkt mit dem Positionierfuß 42 zusammen, um das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 zu positionieren und gegen eine Bewegung, insbesondere in seitlicher Richtung, zu stabilisieren, wenn dieses in den Motorblock 10 eingesetzt wird. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich ein bogenförmiger Ausschnitt 84, 6 und 11, von der Vorderseite 46 zu der hinteren Strömungslenkelementfläche 60 und definiert, wenn das Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 in dem Wassermantel 18 des Motorblocks 10 eingebaut ist, einen Kühlmitteldurchgang, durch den hindurch das Motorkühlmittel 20 strömen kann. Der bogenförmige Ausschnitt 84 ermöglicht auch eine ”Leckage” von Kühlmittel 20 an dem Kühlmittel-Strömungslenkelement 26 vorbei, um die mögliche Bildung einer überhitzten Stelle an der Wand des Wassermantels 18, beispielsweise dort, wo der Positionierfuß 42 abdichtet, zu verhindern. Ähnliche bogenförmige Ausschnitte 84 können sich an anderen axialen Stellen entlang dem sich der Länge nach erstreckenden Dichtkörper 32 befinden.
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Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden, es versteht sich jedoch für den Fachmann, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können und dass Teile davon durch äquivalente Elemente ersetzt werden können, ohne dass dadurch von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird. Außerdem können zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein Material an die Lehre der Erfindung anzu- passen, ohne dass dadurch von dem grundsätzlichen Umfang derselben abgewichen wird. Die Erfindung soll daher nicht auf die im Speziellen offenbarten Ausführungsformen als beste erwogene Umsetzungsart dieser Erfindung beschränkt sein, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
