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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer definierten Materialverdickung in einer flachen metallischen Lage, insbesondere zur Verwendung als Stopper in einer metallischen Flachdichtung, und eine entsprechend hergestellte Flachdichtung.
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Die Abdichtfunktion von metallischen Flachdichtungen wird unter anderem durch die Ausbildung von Dichtsicken erzeugt, die lokale Pressungserhöhungen bewirken und abzudichtende Durchgänge wie Zylinderöffnungen, Wasser- und Öldurchtritte geschlossen umgeben. An der Dichtsicke werden eine oder mehrere linienförmige Abdichtzonen erzeugt. Dichtsicken können als Halb- oder Vollsicke ausgebildet werden.
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Dichtsicken arbeiten allerdings nur in einem begrenzten Bereich der Verformung optimal. Einerseits muss eine Mindestpressung gewährleistet sein, um durch eine geringfügige und elastische Verformung der Dichtsicke eine Abdichtung zu bilden. Andererseits darf die Dichtsicke nicht vollständig plastisch verformt werden, d.h. nicht gänzlich plattgedrückt werden, sondern muss in einem definierten, elastischen Bereich bleiben, da ansonsten die Dichtwirkung verloren geht. Im eingebauten Zustand bzw. Motorbetrieb muss also sichergestellt werden, dass die Dichtsicke innerhalb dieses Bereiches elastischer Verformung arbeiten kann.
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Um ein vollständiges Plattdrücken zu verhindern, werden daher so genannte Verpressungsbegrenzer bzw. Stopper eingesetzt. Dabei handelt es sich um lokale Erhöhungen der Blechdicke neben einer Dichtsicke. Die Dicke des Verpressungsbegrenzers wird dabei maximal so gewählt, dass eine Mindestverformung möglich ist, und gleichzeitig minimal so, dass die maximal mögliche Verformung unter Druck nicht so groß werden kann, dass die Dichtsicke vollständig plastisch verformt wird.
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Verpressungsbegrenzer können beispielsweise in ring- oder brillenartiger Form (d.h. in Form von verbundenen Ringen) bei Zylinderkopfdichtungen für Motoren mit mehr als einem Zylinder ausgeführt werden. Ein Umbördeln von Lagen zur Bildung eines Stoppers ist möglich, was allerdings wenig flexibel ist. Für die Befestigung von zusätzlichen Stopperlagen ist die Befestigung der Verpressungsbegrenzer mittels Laserschweißen oder mechanischer Fügetechnik auf Funktionslagen, Distanzlagen oder auch Schutzlagen bekannt.
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Bisheriger Stand der Technik ist es, entweder flache Ringe (wie z.B. LASPOTTM) anzuschweißen, steife erhabene Strukturen in Lagen einzuprägen (geprägte Stopper), Material durch Bördeln aufzudicken oder Material der Dichtung entsprechend zu stauchen. Alle genannten Lösungen haben ihre charakteristischen Vor- und Nachteile.
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Bei der Verwendung von Ringen wird zusätzliches Material benötigt, auch müssen die Ringe rutschsicher an den entsprechenden Lagen und in der korrekten Position mit einem geeigneten Fügeverfahren befestigt werden (beispielsweise durch Anschweißen/Löten etc.). Dies ist kosten- und zeitaufwendig und kann fehleranfällig sein. Geprägte Strukturen benötigen zwar kein zusätzliches Material, allerdings unterliegt der Stopper einem gewissen Setzverhalten. Bördeln benötigt zwar kein zusätzliches Material, ist aber im Wesentlichen auf eine Vervielfachung der Blechdicke, je nach Anzahl der umgelegten Lagen, beschränkt und somit wenig flexibel. Stauchen ist ohne zusätzliches Material möglich, dafür aber aufwendig und in der Regel mit sehr hohem Kraftaufwand und somit hohen Kosten für Werkzeuge und Ausrüstung verbunden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, das die vorstehenden Nachteile zumindest verringert oder sogar gänzlich vermeidet, sowie einen entsprechend hergestellten Stopper bzw. eine damit versehene Flachdichtung bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer definierten Materialverdickung in einer metallischen Lage bzw. zum Herstellen einer metallischen Lage mit einer definierten Materialverdickung darin bereitgestellt, umfassend:
- – Bereitstellen einer flachen metallischen Lage;
- – Erzeugen einer Durchgangsöffnung in der Lage an der Stelle der zu bildenden Materialverdickung;
- – Bereitstellen eines Anschlags auf einer ersten Seite der Lage im Bereich der Durchgangsöffnung, wobei der Anschlag die Dicke der Materialverdickung definiert; und
- – Durchführen einer sich drehenden Werkzeugspitze durch die Durchgangsöffnung, von der zweiten Seite aus in Richtung der ersten Seite, wobei das Material der Lage im Bereich der Durchgangsöffnung durch Reibung an der Werkzeugspitze erwärmt und von der Werkzeugspitze bis zu dem Anschlag hin verdrängt wird.
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Der große Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass kein zusätzliches Material benötigt wird, dass kein Fügeverfahren benötigt wird, und dass die erhaltene Materialverdickung keinem Setzverhalten unterliegt (weil sie keine geprägte Struktur ist). Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass das Material in einen definierten Raum verdrängt wird bzw. fließt, um so die gewünschte definierte Stopperhöhe zu erreichen. Form und Abmessung dieses Raumes werden durch den Anschlag und dessen relative Position zu der metallischen Lage vorgegeben.
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Das Verfahren kann daher sehr flexibel eingesetzt werden, um an einer oder mehreren gewünschten Stellen der Dichtung die Materialverdickung vorzusehen. Auch ist durch die Verwendung eines Anschlags, der die Dicke und Form der Materialverdickung definiert, die Einstellung der Dicke sehr einfach und flexibel möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Werkzeugspitze einen maximalen Radius auf, der größer ist als der maximale Radius der Durchgangsöffnung.
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Um die nötige Reibung zu erzeugen und durch Vorschub das Material zu verdrängen, kann die Werkzeugspitze einen größeren maximalen Radius aufweisen als die Durchgangsöffnung. Bei kreisrunden Werkzeugspitzen und Durchgangsöffnungen ist der Radius bzw. somit auch der Durchmesser konstant. Für nicht kreisrunde Werkzeugspitzen und/oder Durchgangsöffnungen ist der Radius winkelabhängig. Da die Werkzeugspitze sich aber dreht, genügt es, wenn die jeweiligen maximalen Radien entsprechend bemessen sind, um Reibung und Vorschub zu gewährleisten.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer definierten Materialverdickung in einer metallischen Lage bzw. zum Herstellen einer metallischen Lage mit einer definierten Materialverdickung darin bereitgestellt, umfassend:
- – Bereitstellen einer flachen metallischen Lage;
- – Erzeugen einer Durchgangsöffnung in der Lage; und
- – Führen einer sich drehenden Werkzeugspitze mit einer seitlichen Nut entlang des Randes der Durchgangsöffnung, so dass das Material der Lage im Bereich des Randes der Durchgangsöffnung durch Reibung in der Nut erwärmt und verdrängt wird, wobei die Nut als Anschlag für das verdrängte Material dient, um die definierte Materialverdickung zu erzeugen.
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Bei dieser Ausführungsform wird der Anschlag durch die Nut selbst definiert, d.h. deren Höhe in Richtung der Dicke der metallischen Lage bestimmt die Höhe der gebildeten Materialverdickung. Die Werkzeugspitze mit der seitlichen Nut wird dabei drehend radial auswärts in Bezug auf die Durchgangsöffnung bewegt, um die nötige Reibung zu erzeugen und dabei gleichzeitig für einen Materialvorschub zu sorgen. Dadurch wird Material in die Nut hinein verdrängt und füllt diese zumindest teilweise aus.
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Gemäß einer Ausführungsform schließt das Führen der sich drehenden Werkzeugspitze ein, die Position der Werkzeugspitze und somit der Nut in Richtung der Dicke der metallischen Lage zeitlich und/oder lokal zu variieren, um die Materialverdrängung zu unterstützen und/oder lokal unterschiedlich zu gestalten.
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Da die Nut als Anschlag der Materialverdrängung fungiert, kann durch lokales Variieren der relativen vertikalen Position der Nut gegenüber der metallischen Lage, beispielsweise abhängig von der Winkelstellung am Rande der Durchgangsöffnung, die relative Höhe der Materialverdickung bezüglich der metallischen Lage lokal variiert werden. Als alternativer oder zusätzlicher Effekt kann durch ein derartiges Hoch- und Runterfahren der Werkzeugspitze und somit der Nut die Verdrängung zusätzlich unterstützt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Werkzeugspitze einen maximalen Radius auf, der kleiner oder gleich dem maximalen Radius der Durchgangsöffnung ist, wobei sich die Werkzeugspitze beim Durchführen exzentrisch bewegt.
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Alternativ ist es auch möglich, eine Werkzeugspitze, deren maximaler Radius kleiner oder gleich dem maximalen Radius der Durchgangsöffnung ist, exzentrisch zu bewegen, um am Rand der Durchgangsöffnung die nötige Reibung und den nötigen Vorschub zu erzeugen. Es ist so auch möglich, an verschiedenen Positionen verschieden große Durchgangsöffnungen zu verwenden und/oder mehr Reibung/Vorschub zu erzeugen, wobei die Exzentrizität nur entsprechend angepasst werden muss.
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Gemäß einer Ausführungsform dreht sich die Werkzeugspitze rotierend oder oszillierend.
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Unter „rotierend“ sind erfindungsgemäß Bewegungen zu verstehen, bei denen sich die Werkzeugspitze fortlaufend im (Gegen-)Uhrzeigersinn dreht. Unter „oszillierend“ sind hingegen Bewegungen zu verstehen, bei denen sich entweder die Werkzeugspitze abwechselnd im Uhrzeiger- bzw. Gegenuhrzeigersinn dreht oder die Werkzeugspitze sich schnell entlang der eigenen Achse auf und ab bewegt. Der Vorteil bei einer oszillierenden Bewegung besteht unter anderem darin, dass in Summe keine Drehmomente auf die metallische Lage übertragen werden. Je nach Anwendungsfall können auch Kombinationen aus rotatorischer und oszillierender Bewegung ausgeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Radius der Durchgangsöffnung und/oder der Werkzeugspitze winkelunabhängig.
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Im einfachsten Fall sind Durchgangsöffnung und/oder Werkzeugspitze kreisrund mit einem winkelunabhängig konstanten Radius bzw. Durchmesser. Gemäß einer Ausführungsform variiert der Radius der Durchgangsöffnung und/oder der Werkzeugspitze winkelabhängig.
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Gemäß einer Ausführungsform variiert der Radius der Durchgangsöffnung winkelabhängig, so dass beim Durchführen der sich drehenden Werkzeugspitze mindestens ein Teilbereich der Durchgangsöffnung zuerst in Kontakt mit der Werkzeugspitze kommt und in diesem Teilbereich mehr Material verdrängt wird, um eine lokale Erhöhung der Materialauf- bzw. Verdickung zu erhalten.
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Mit der Erfindung sind auch nicht kreisrunde Formen von Durchgangsöffnungen, beispielsweise Bohrungen mit Aussparungen für Ventiltaschen, und/oder Werkzeugspitzen möglich. Bei einer rotierenden Werkzeugspitze ist lediglich der maximale Radius relevant. Es können daher auch nicht kreisrunde Formen verwendet werden. Die Durchgangsöffnung muss ebenfalls nicht kreisrund sein, sondern kann sogar gezielt anders geformt sein. Dadurch wird es möglich, die Menge an verdrängtem Material winkelabhängig zu gestalten, etwa um eine Höhenprofilierung (Topographie) der Materialverdickung zu erzielen bzw. zu vereinfachen (dies hängt natürlich auch von der Form des Anschlags ab). Bei einer rotierenden und/oder kreisrunden Werkzeugspitze etwa wird an Stellen der Durchgangsöffnung mit relativ zur Werkzeugspitze kleinerem Radius mehr Material verdrängt, auch ist die Reibung hier entsprechend höher, und umgekehrt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter:
- – Ausführen eines Prägevorgangs an der Materialverdickung, um eine topographische Höhenvariation zu erzeugen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter:
- – Verwenden einer temperierten oder gekühlten Werkzeugspitze, um die lokale Materialerwärmung zu steuern.
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Dadurch kann die durch die Reibung entstehende Erwärmung kontrolliert werden, etwa um eine definierte Temperatur einzuhalten, die nicht überschritten werden soll. Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flachdichtung bereitgestellt, umfassend:
- – mindestens eine flache metallische Lage mit mindestens einer Dichtsicke und mit mindestens einer definierten Materialverdickung;
- – wobei die metallische Lage mit der Materialverdickung hergestellt ist nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren.
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Gemäß einer Ausführungsform umgibt die mindestens eine Dichtsicke eine Durchgangsöffnung in der Dichtung geschlossen, und die Flachdichtung umfasst einen Stopper, der von mehreren der Materialverdickungen gebildet wird, die hergestellt sind nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. wobei die metallische Lage mit den Materialverdickungen hergestellt ist einem vorstehend beschriebenen Verfahren, wobei die mehreren Materialverdickungen radial innerhalb und/oder außerhalb der Dichtsicke angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil der mehreren Materialverdickungen radial innerhalb der Dichtsicke angeordnet, und wobei zumindest einige dieser radial inneren Materialverdickungen zu der Durchgangsöffnung hin offen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform umgibt die mindestens eine Dichtsicke eine Durchgangsöffnung in der Dichtung geschlossen, und die Flachdichtung umfasst weiter einen Stopper, der von der mindestens einen Materialverdickung gebildet wird, die hergestellt ist nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. wobei die metallische Lage mit der Materialverdickung hergestellt ist nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren, wobei der Stopper radial innerhalb der Dichtsicke angeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung kann es vorteilhaft sein, „Entlastungsöffnungen“ in der Dichtung vorzusehen. Diese Entlastungsöffnungen können beim Herstellen der Materialverdickungen in Form der Durchgangsöffnungen mit erzeugt werden, und können dabei helfen, die Verzüge an einer Flachdichtung zu reduzieren. Solche Entlastungsöffnungen sind auch ideal geeignet, um Doppelstopperkonzepte oder Hinterlandstopper zu realisieren. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt die Situation vor der Erzeugung der Materialverdickung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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2 stellt die Situation während der Erzeugung der Materialverdickung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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3 stellt die Situation nach der Erzeugung der Materialverdickung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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4 stellt eine Ausführungsform einer Flachdichtung gemäß der Erfindung dar;
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Flachdichtung gemäß der Erfindung im Querschnitt dar;
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6 stellt die Situation vor der Erzeugung der Materialverdickung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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7 stellt die Situation vor der Erzeugung der Materialverdickung während der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
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8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer Flachdichtung gemäß der Erfindung im Querschnitt dar; und
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9 zeigt verschiedene mögliche Formen von Werkzeugspitzen für das Verfahren der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Folgenden werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen im Detail erläutert werden. Für alle Darstellungen gilt, dass Abmessungen, insbesondere vertikale Höhen von Elementen, nicht maßstabsgetreu sind. Dies gilt auch für die Relationen der Abmessungen verschiedener Elemente. Die Figuren sind lediglich als schematische Darstellungen zu verstehen.
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Die Schwierigkeit einen Stopper herzustellen besteht darin, dass eine hinsichtlich der Höhe genau definierte Erhöhung an einer Flachdichtung erreicht werden muss. Mit der vorliegenden Erfindung soll ein neuartiger Weg vorgeschlagen werden, eine derartige Erhöhung bzw. Materialverdickung zu erzeugen, indem das Material der betreffenden Lage durch gezieltes „Plastifizieren“ bzw. An- oder Aufschmelzen, überlagert durch eine Verdrängung bzw. Verdrängungsbewegung, zu einem Stopper "aufzudicken". Hierfür wird mit dem neuen Verfahren das Material der Lage durch Reibung so stark erwärmt, dass es sich verdrängen lässt. Um die zuvor definierte Höhe zu realisieren, wird das Material in einen vorgegebenen Raum verdrängt, der durch einen entsprechenden Anschlag definiert wird, um so die gewünschte Stopperhöhe zu erreichen.
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Der große Vorteil ist, dass kein zusätzliches Material benötigt wird, dass kein Fügeverfahren benötigt wird, und dass die erhaltene Materialverdickung keinem Setzverhalten unterliegt (weil sie keine geprägte Struktur ist). Zudem kann durch einen nachgeschalteten Präge- bzw. Kalibriervorgang eine benötigte Höhenvariation (Topographie) aufgeprägt werden.
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1 zeigt die Situation vor dem Erzeugen der Materialverdickung. Eine flache metallische Lage 2 ist in einer Halterung angeordnet. Eine Durchgangsöffnung 4 ist in der Lage 2 vorgesehen worden. Die Durchgangsöffnung 4 kann in einer einfachen Variante kreisrund sein, in alternativen Ausführungsformen punktsymmetrisch, sternförmig oder auch unsymmetrisch. In dem gezeigten Beispiel soll die Öffnung als kreisrund mit Durchmesser m angenommen werden.
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Nicht kreisrunde Formen von Öffnungen können dazu eingesetzt werden, die Materialverdrängung zu beeinflussen. An Stellen mit einem bezogen auf die sich drehende Werkzeugspitze geringerem Radius steht mehr Material für die Verdrängung zur Verfügung, an Stellen mit größerem Radius entsprechend weniger. Je mehr Material verdrängt wird, desto höher kann die Materialverdickung geformt werden.
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Die Halterung ermöglicht einer Werkzeugspitze 8 (deren Antrieb der Übersichtlichkeit halber hier und in den folgenden Figuren nicht gezeigt ist) den Zutritt zu der Durchgangsöffnung. Die Werkzeugspitze 8 wird von der Seite der Lage 2 kommend an die Lage 2 geführt, die der zu bildenden Materialverdickung abgewandt ist. Erfindungsgemäß kann dabei auch vorgesehen werden, dass auch auf der abgewandten Seite eine Verdickung erzeugt wird, wobei diese wegen des geringeren/mangelnden Vorschubs in dieser Richtung möglicherweise kleiner ausfallen kann.
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Abhängig vom Lagendesign der Dichtung soll/muss die Erhöhung in einer Richtung oder möglichst symmetrisch in beide Richtungen erfolgen. Durch die vorstehende alternative Vorgehensweise mit Erzeugen einer Verdickung auch auf der abgewandten Seite wird es aber auch erlaubt, unsymmetrische Stopperhöhen herzustellen, was der Flexibilität des Lagendesigns entgegen kommt. Somit ermöglicht die Erfindung eine erhöhte Flexibilität bei der Auslegung der Lagen.
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2 zeigt die Situation während des Erzeugens der Materialverdickung gemäß einer Ausführungsform. Ein Anschlag 6 ist bereitgestellt, der durch seinen Abstand zur Lage 2, zusammen mit den als 6’ bezeichneten Teilen der Halterung einen Raum mit einer vorgegebenen Höhe definiert. Die Halterung kann in Ausführungsformen der Erfindung einstückig mit dem Anschlag 6 ausgebildet sein, oder der Anschlag kann als ein davon separates Element ausgeführt sein. Bei separatem Anschlag wird es ermöglicht, ortsabhängig die Höhe des vorgegebenen Raums unterschiedlich einzustellen und die Höhe damit auch noch zu kalibrieren.
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Die Werkzeugspitze 8 wird drehend in Richtung auf die zu bildende Materialverdickung vorgeschoben (wie hier durch einen Pfeil angedeutet). Dieses Drehen kann in einer vollständigen Rotation im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn bzw. rechts oder links herum erfolgen (wie hier durch einen Pfeil angedeutet). Ebenfalls möglich sind aber auch oszillierende Bewegungen, d.h. kurze Drehungen (etwa über einen Bereich von wenigen Grad) in einer Drehrichtung, die sich mit kurzen Drehungen in der entgegengesetzten Drehrichtung abwechseln. Alternativ kann auch ein kreisrundes Werkzeug verwendet werden, das eine oszillierende Auf- und Ab-Bewegung ausführt und exzentrisch rotiert wird, um das Material zu Plastifizieren und gezielt zu Verdrängen.
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Die Drehung der Werkzeugspitze 8 erfolgt dabei so schnell, dass die metallische Lage 2 im Bereich der Durchgangsöffnung 4 durch Reibung aufgeschmolzen oder zumindest so stark erhitzt wird, dass das Material zu fließen beginnt. Es ist wichtig, dass es sich hier nicht lediglich um ein Verbiegen der Ränder der Durchgangsöffnung 4 handelt, sondern um eine echte Materialverdrängung bzw. ein Fließen des Materials. Unterstützt durch den Vorschub der Werkzeugspitze 8, die etwa wie hier gezeigt konisch geformt sein kann, wird das Material der Lage 2 somit in Richtung des von Anschlag 6 und Halterung 6’ definierten Raumes verdrängt bzw. fließt dort hinein (wie hier durch zwei schwarze Pfeile angedeutet). Bei entsprechender Anordnung kann dies durch Schwerkrafteinwirkung unterstützt werden, d.h. das verflüssigte Material fließt nach unten.
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In dem hier gezeigten Beispiel ist der (maximale) Durchmesser n der Werkzeugspitze 8 (siehe 2) größer als der maximale Durchmesser m der Durchgangsöffnung 4 (siehe 1). Alternativ kann aber auch die Werkzeugspitze 8 einen identischen oder kleineren (maximalen) Durchmesser aufweisen. In diesem Fall wird die Werkzeugspitze 8 zusätzlich zu ihrer Eigendrehung exzentrisch bewegt, um am Rand der Durchgangsöffnung 4 entsprechend Reibung und Vorschub zu erzeugen. In dieser Alternative könnten in der Lage 2 an verschiedenen Stellen unterschiedlich breite und/oder hohe Materialverdickungen mit derselben Werkzeugspitze 8 erzeugt werden, indem die exzentrische Bewegung bzw. der Verfahrweg der exzentrischen Bewegung entsprechend gewählt wird.
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3 zeigt die Situation beim Abschluss des Erzeugens der Materialverdickung. Das durch Reibung plastifizierte bzw. aufgeschmolzene und durch die Werkzeugspitze 8 vorgeschobene Material hat den zwischen Halterung 6’, Anschlag 6 und Werkzeugspitze 8 gebildeten Raum ausgefüllt (im gestrichelten Kreis gezeigt). Nach einer entsprechenden Wartezeit zur Abkühlung und Verfestigung können der Anschlag 6 und die Werkzeugspitze 8 wieder entfernt werden. Die Materialverdickung mit der Höhe h ist damit ausgebildet worden.
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Mehrere derart gebildete Materialverdickungen können erfindungsgemäß in einer Flachdichtung 10 wie etwa einer Zylinderkopfdichtung als Stopper für eine Sicke 12 verwendet werden. Eine Variante ist in 4 schematisch dargestellt, wobei die Höhen von sowohl Sicke 12 als auch die Materialverdickungen mit nicht maßstabsgetreuer Höhe dargestellt sind. Bei der in 4 gezeigten Variante ist der Stopper, der aus den mehreren Materialverdickungen gebildet ist, auf der Außenseite der Dichtsicke 12 angeordnet.
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In 5 ist eine dazu alternative Variante gezeigt, bei der sich der Stopper auf der radialen Innenseite der Dichtsicke 12 befindet. Hier ist eine Variante gezeigt, bei der der Stopper teils aus geschlossenen Materialverdickungen 16 sowie auch radial nach innen zur Durchgangsöffnung offenen Materialverdickungen 16’ gebildet wird. Die Durchgangsöffnung kann ein Brennraum, ein Durchgang für Kühl- oder Schmiermittel, ein Abgasdurchgang sowie ein Durchgang für Befestigungsmittel wie Schrauben, Bolzen und dergleichen sein. Natürlich können erfindungsgemäß Elemente der Ausführungsformen von 4 und 5 beliebig kombiniert werden. Insbesondere kann der Stopper auch beidseitig der Dichtsicke 12 angeordnet sein.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Verfahrens zur Erzeugung einer Materialverdickung. Bei dieser Variante wird die Werkzeugspitze 8’ in Richtung der Metalllage 2 bewegt, während sie sich rotierend und/oder oszillierend dreht. Die Werkzeugspitze oder auch der Werkzeugkopf 8’ weist eine seitliche Nut 9 auf. Die Werkzeugspitze 8’ wird in dieser Weise entlang des Randes der Durchgangsöffnung in der Metalllage 2 geführt, d.h. läuft innerhalb der Durchgangsöffnung zumindest ein Mal, bevorzugt mehrere Male um, um am Rand der Durchgangsöffnung die Materialverdickung zu erzeugen.
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7 zeigt die Situation bei der bzw. nach der Erzeugung der Materialverdickung. Durch die drehende Bewegung der Werkzeugspitze 8’ sowie eine Bewegung bzw. ein Andrücken in der Ebene der Metalllage und radial nach außen in Bezug auf die Durchgangsöffnung (von der hier nur eine Seite dargestellt ist) wird das Material der Metalllage 2 erwärmt und verdrängt. Dabei dient die Nut 9 als Anschlag. Das erwärmte Material wird in die Nut 9 hinein verdrängt und füllt diese in vertikaler Richtung aus, um die Materialverdickung mit definierter Höhe zu erzeugen.
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Zur Unterstützung der Verdrängung und/oder zur lokalen Änderung der Höhe der gebildeten Materialverdickung kann die Werkzeugspitze 8’ optional auch vertikale bzw. Hub-Bewegungen ausführen (hier nicht gezeigt). Dadurch wird die relative Höhe der Nut 9 in Bezug auf die Metalllage 2 variiert, so dass der Ausweichraum für verdrängtes Material in vertikaler Richtung vergrößert/verkleinert wird. Dadurch wird die Verdrängung unterstützt, auch kann dadurch ein lokal variables Höhenprofil der gebildeten Materialverdickung erzeugt werden.
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8 zeigt eine Ausführungsform einer Flachdichtung mit einem Stopper, der gemäß dem Verfahren hergestellt werden kann, wie es in den 6 und 7 dargestellt ist. Im Querschnitt ist zu erkennen, dass am Innenrand der Durchgangsöffnung, etwa einem Brennraum eines Motors oder Durchgang für Betriebsfluide oder Befestigungsmittel, eine Materialverdickung 14 erzeugt wurde. Die Verdickung 14 dient als Stopper für die Dichtsicke 12.
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Diese Ausführungsform kann natürlich auch kombiniert werden mit Elementen wie sie in 4 oder 5 gezeigt sind. Der Stopper für die Dichtsicke 12 kann etwa auf der radial äußeren Seite der Dichtsicke 12 mehrere napfartige Verdickungen 16 wie aus 4 zusätzlich aufweisen. Alternative oder zusätzlich kann der Stopper auch zwischen der Verdickung 14 und der Sicke 12 mehrere napfartige Verdickungen 16 wie aus 5 aufweisen. Weiterhin ist denkbar, dass lokal unterschiedliche Elemente insgesamt den Stopper bilden. So könnte beispielsweise in manchen Winkelbereichen eine Verdickung 14 wie aus 8 vorgesehen sein, während in anderen Winkelbereichen offene und/oder geschlossene Verdickungen 16, 16’ wie aus 5 vorgesehen sind. Erfindungsgemäß können alle Elemente, also Randverdickung 14, offene und geschlossene Verdickungen 16 bzw. 16’, in beliebiger Weise zu einem Stopper kombiniert werden.
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9 zeigt verschiedene mögliche Varianten der Werkzeugspitze. Diese umfassen verschiedene Anordnungen von unterschiedlich abgeschrägten, parabolischen oder in Form einer E-Funktion vorliegenden Abschnitten. Beliebige Kombinationen von Abschnitten sind möglich.
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Die Materialverdickungen können in den verschiedensten Anordnungen verwendet werden, wobei die Verwendung als Stopper bevorzugt, aber nicht einschränkend zu verstehen ist. Des Weiteren kann auch eine durchgängige Materialverdickung am inneren Rand der Durchgangsbohrung für einen bzw. pro Zylinder vorgesehen werden. Natürlich sind auch viele weitere Formen bzw. Ausformungsvarianten denkbar, die jedoch alle das gleiche Herstellungsverfahren gemeinsam haben.
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Die vorliegende Erfindung bietet somit eine einfache, Material sparende Möglichkeit, einen Stopper in einer Flachdichtung zu erzeugen, wobei der Stopper keinem Setzverhalten unterliegt.
