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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenlegung betrifft eine abgedichtete Mehrkomponenten-T-Verbindungsanordnung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine abgedichtete T-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Abdichten einer T-Verbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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HINTERGRUND
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Verschiedene Mechanismen und Strukturen können aus mehreren Komponenten entlang von spezifisch ausgebildeten Grenzflächen zusammengebaut werden. Der Zusammenbau solcher Mehrkomponenten-Grenzflächen führt oft zu einer Anordnung in der Art einer T-Verbindung. Abhängig von dem/der gegenständlichen Mechanismus oder Struktur kann es gegebenenfalls notwendig sein, solche Grenzflächen abzudichten, um das Austreten eines Fluids aus der resultierenden Anordnung zu verhindern, wie auch äußere Verunreinigungen aus dieser heraus zu halten.
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DE 199 07 938 A1 beschreibt eine abgedichtete Verbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die
US 7 677 578 B2 verwiesen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abgedichtete T-Verbindung mit drei Komponenten sowie einer Dichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Eine abgedichtete T-Verbindung umfasst eine erste Komponente mit einer ersten Dichtfläche, eine zweite Komponente mit einer zweiten Dichtfläche und eine dritte Komponente mit einem Kanal, der sich durch eine Kanalhöhe, eine Kanalbreite und eine Kanaltiefe auszeichnet. Die abgedichtete T-Verbindung umfasst auch eine Dichtung mit einer Dicke und einem Vorsprung, welcher sich durch eine Vorsprunghöhe, eine Vorsprungbreite und eine Vorsprungtiefe auszeichnet. Die Vorsprunghöhe ist kleiner als die Kanalhöhe, die Vorsprungbreite ist kleiner als die Kanalbreite und die Vorsprungtiefe ist kleiner als die Kanaltiefe. Die abgedichtete T-Verbindung umfasst außerdem ein Polymerdichtungsmittel, welches in der Form eines Wulstes aufgebracht werden kann. Die Dichtung ist zwischen der ersten und der zweiten Dichtfläche angeordnet und zusammengedrückt, um eine erste und eine zweite Komponentenuntergruppe zu erzeugen. Außerdem ist das Polymerdichtungsmittel in den Kanal hinein aufgebracht. Die dritte Komponente wird anschließend mit der ersten und zweiten Komponentenuntergruppe derart zusammengebaut, dass sich der Vorsprung in den Kanal hinein erstreckt und dort eingesetzt wird, um die T-Verbindung abzudichten.
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Das Polymerdichtungsmittel kann aus einem bei Raumtemperatur vulkanisierten (RTV, vom engl. room-temperature vulcanized) Material formuliert sein.
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Die erste Komponente kann ein Zylinderblock eines Verbrennungsmotors sein, die zweite Komponente kann ein Zylinderkopf des Motors sein, die dritte Komponente kann eine Motorabdeckung sein und die Dichtung kann eine Kopfdichtung des Motors sein. In solch einem Fall kann die Kopfdichtung als eine mehrschichtige Stahlkomponente ausgestaltet sein.
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Die Dichtung kann zwischen der ersten und der zweiten Dichtfläche zusammengedrückt werden, indem die zweite Komponente an der ersten Komponente befestigt wird. Anschließend kann die dritte Komponente mit der ersten und zweiten Komponentenuntergruppe zusammengebaut werden, indem die dritte Komponente an jeder von der ersten und der zweiten Komponente befestigt wird.
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Das aufgebrachte Polymerdichtungsmittel kann eine vorbestimmte Menge Polymer umfassen, sodass die vorbestimmte Menge Polymer den Kanal im Wesentlichen füllt.
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Das Polymerdichtungsmittel kann über einen manuellen oder automatischen Dispenser als ein Wulst mit einem vorbestimmten Querschnitt in Fluidform in den Kanal hinein aufgebracht werden.
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Die erste Komponente kann in Bezug auf die Dichtung ausgerichtet sein, bevor die Dichtung zwischen der ersten und der zweiten Komponente angeordnet und zusammengedrückt wird. Ferner kann die dritte Komponente mit der ersten und zweiten Unterkomponentengruppe ausgerichtet sein, um den Vorsprung und den Kanal auszurichten.
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Es ist auch ein Verfahren zum Abdichten einer T-Verbindung gemäß der obigen Beschreibung offenbart.
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Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en), die beschriebene Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen ohne weiteres verständlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Darstellung einer Verbrennungsmotoranordnung, welche einen Zylinderblock, einen Zylinderkopf und eine Motorabdeckung umfasst, die als eine T-Verbindung zusammengebaut sind, welche durch eine Kopfdichtung und ein Polymerdichtungsmittel abgedichtet ist.
- 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 1 gezeigten vollständig zusammengebauten T-Verbindung.
- 3 ist eine vergrößerte perspektivische Querschnittsdarstellung des Zylinderblocks, des Zylinderkopfs und der Kopfdichtung, die in 2 gezeigt sind und zu einer Untergruppe kombiniert sind.
- 4 ist eine vergrößerte partielle Querschnittsansicht eines aus einem Polymerdichtungsmittel gebildeten Wulstes, welcher auf einen Kanal der Motorabdeckung aufgebracht ist.
- 5 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Abdichten der in 2 gezeigten T-Verbindung illustriert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 eine Verbrennungs (IC vom engl. internal combustion)-Motoranordnung 10. Die Motoranordnung 10 umfasst einen Zylinderblock 12, der ausgestaltet ist, um eine Kurbelwelle, eine Pleuelstange und eine Kolbenuntergruppe oder eine rotierende Anordnung (nicht gezeigt) aufzunehmen. Wie Fachleute einsehen werden ist die Kurbelwelle ausgestaltet, um innerhalb des Zylinderblocks zu rotieren und die Pleuelstangen dazu zu bringen, die Kolben hin und her zu bewegen. Die Kurbelwelle, die Pleuelstangen und die Kolben sind nicht einzeln gezeigt, aber ihre Ausgestaltung und Positionierung innerhalb des Zylinderblocks 12 sind Fachleuten bekannt.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die Motoranordnung 10 auch eine Zylinderkopfanordnung 16. Die Zylinderkopfanordnung 16 umfasst allgemein ein Zylindergehäuse, welches typischerweise spanend bearbeitet ist, um Einlass- und Auslassventile unterzubringen, und kann eine Kurbelwelle zum Betätigen der Einlass- und Auslassventile für die Steuerung der Verbrennung innerhalb des Motors umfassen. Die Einlass- und Auslassventile wie auch die Kurbelwelle sind nicht einzeln gezeigt, aber ihre Ausgestaltung und Positionierung innerhalb der Zylinderkopfanordnung 16 sind Fachleuten auf dem Gebiet der Motorentechnik bekannt. Je nach spezifischer Ausgestaltung der Motoranordnung 10 ist die Kurbelwelle dann, wenn die Kurbelwelle nicht in der Zylinderkopfanordnung 16 umfasst ist, in dem Zylinderblock 12 angeordnet.
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Eine Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 wird erzeugt, wenn der Zylinderblock 12 mit der Zylinderkopfanordnung 16 zusammengepasst wird. Eine Dichtung 20, allgemein als eine Kopfdichtung bezeichnet, wird zwischen dem Zylinderblock 12 und der Zylinderkopfanordnung 16 angeordnet. Bevor die Zylinderkopfanordnung 16 mit dem Zylinderblock 12 angeordnet und ausgerichtet wird, kann die Dichtung 20 mit dem Zylinderblock 12 ausgerichtet werden. Solch eine Ausrichtung kann mithilfe jedes geeigneten Mittels wie z. B. Passstiften (nicht gezeigt) erfolgen, um einen präzisen Aufbau der Untergruppe 18 sicherzustellen. Anschließend wird die Dichtung 20 zwischen dem Zylinderblock 12 und der Zylinderkopfanordnung 16 zusammengedrückt, indem die Zylinderkopfanordnung an dem Zylinderblock mithilfe eines geeigneten Mittels wie z. B. von Bolzen befestigt wird. Die Dichtung 20 kann als eine mehrschichtige Stahlkomponente ausgestaltet sein, welche in der Lage ist, ungleiche Wärmeausdehnungs- und -kontraktionsraten des Zylinderblocks 12 und der Zylinderkopfanordnung 16 während des Betriebes des IC-Motors 10 zu absorbieren, um bei der Abdichtung der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 hilfreich zu sein.
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Wie in den 1-2 außerdem gezeigt ist, umfasst die Motoranordnung 10 auch eine Motorabdeckung 22. Die Motorabdeckung 22 ist ausgestaltet, um innere Motorkomponenten wie z. B. die Kurbelwelle und die rotierende Anordnung 14 abzusperren und den Eintritt von äußeren Fremdkörpern in die Motoranordnung 10 hinein und das Austreten von Schmier- und Kühlfluiden aus dieser hinaus zu minimieren. Die Motorabdeckung 22 wird mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 zusammengebaut, um so eine Mehrkomponenten-T-Verbindung 24 mit einer Grenzfläche 26 dazwischen zu erzeugen. Die Motorabdeckung 22 ist mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 orientiert. Des Weiteren kann die Motorabdeckung 22 in Bezug auf die Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 mithilfe jedes geeigneten Mittels wie z. B. von Passstiften (nicht gezeigt) ausgerichtet werden, um einen präzisen Aufbau der Motoranordnung 10 sicherzustellen. Wie in den 2 und 4 gezeigt, ist die Motoranordnung 10 außerdem mittels eines Polymerdichtungsmittels 28 abgedichtet. Das Polymerdichtungsmittel 28 kann ein speziell formuliertes, bei Raumtemperatur vulkanisiertes (RTV) Material sein. Das Polymerdichtungsmittel 28 kann speziell wegen seiner Elastizität sowie seiner haftenden und fluidtechnisch undurchlässigen Beschaffenheit gewählt werden, welche bei Betriebsbedingungen der Motoranordnung 10 erhalten bleibt, nachdem das Dichtungsmittel getrocknet ist. Das Polymerdichtungsmittel 28 wird typischerweise in der Form eines kontinuierlichen Wulstes auf die Grenzfläche 26 aufgebracht.
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Das Polymerdichtungsmittel 28 ist zum Abdichten von Mehrkomponenten-Verbindungen wie z. B. der T-Verbindung 24 geeignet, welche durch Zusammenpassen der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 mit der Motorabdeckung 22 erzeugt wird. Außerdem ist das Polymerdichtungsmittel 28 besonders zweckmäßig zum Abdichten einer T-Verbindung, wenn solch eine Verbindung eine große Abstandsschwankung aufweist. Typischerweise spricht man davon, dass eine Verbindung eine große Abstandsschwankung aufweist, wenn Konstruktions- und/oder Fertigungstoleranzen der zusammenpassenden Komponenten zu einem wesentlichen Anteil der nominellen Passgenauigkeit zwischen den zusammenpassenden Komponenten oder einer darin verwendeten Dichtung werden.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die IC-Motoranordnung 10, um die Auswirkungen der oben beschriebenen großen Abstandsschwankung zu minimieren, zusätzliche Merkmale, die bei ihrer Abdichtung hilfreich sind. Im Speziellen umfasst die Dichtung 20 einen Vorsprung 30. Der Vorsprung 30 zeichnet sich durch eine Vorsprunghöhe 32, eine Vorsprungbreite 34 und eine Vorsprungtiefe 36 aus. In dem Fall, in dem die Dichtung 20 eine mehrschichtige Stahlkomponente ist, wie oben beschrieben, kann der Vorsprung aus entweder einer oder allen Schichten der Dichtung gebildet werden. Komplementär zu dem Vorsprung 30 umfasst der Zylinderblock 12 eine erste Dichtfläche 38, umfasst die Zylinderkopfanordnung 16 eine zweite Dichtfläche 40 und umfasst die Motorabdeckung 22 einen Kanal 42. Der Kanal 42 zeichnet sich durch eine Kanalhöhe 44, eine Kanalbreite 46 und eine Kanaltiefe 48 aus. Die Vorsprunghöhe 32 ist kleiner als die Kanalhöhe 44, die Vorsprungbreite 34 ist kleiner als die Kanalbreite 46 und die Vorsprungtiefe 36 ist kleiner als die Kanaltiefe 48. Die relativen Abmessungen der Vorsprunghöhe 32, der Kanalhöhe 44, der Vorsprungbreite 34, der Kanalbreite 46, der Vorsprungtiefe 36 und der Kanaltiefe 48 sind für einen korrekten Eingriff und Sitz des Vorsprunges 32 und des Kanals 42 in der Motoranordnung 10 wesentlich.
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Nachdem die Dichtung 20 zwischen der ersten und der zweiten Dichtfläche 38 bzw. 40 angeordnet und zusammengedrückt wurde, um eine Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 zu erzeugen, wird das Polymerdichtungsmittel 28 in den Kanal 42 hinein aufgebracht. Wie in 4 gezeigt, kann das Polymerdichtungsmittel 28 mithilfe einer manuellen Vorrichtung (nicht gezeigt) oder eines automatischen Dispensers 50 in Fluidform als ein Wulst mit einem vordefinierten Querschnitt in den Kanal 42 hinein aufgebracht werden. Der Dispenser 50 kann Teil eines Roboterarmes sein, der programmiert ist, um einem durch den Kanal 46 definierten vorbestimmten und durch einen spezifisch programmierten Controller 52 geregelten Weg zu folgen. Darüber hinaus kann das Polymerdichtungsmittel 28 so in den Kanal 42 hinein aufgebracht werden, dass die vorbestimmte Menge an Polymerdichtungsmittel den Kanal im Wesentlichen füllt. Im Anschluss an die Aufbringung des Polymerdichtungsmittels 28 wird die Motorabdeckung 22 mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 derart zusammengebaut, dass sich der Vorsprung 30 in den Kanal 42 hinein erstreckt und dort eingesetzt ist, um die IC-Motoranordnung 10 zuverlässig abzudichten. Wie erwähnt, ist die Motorabdeckung 22 mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 orientiert und kann zusätzlich ausgerichtet werden, um einen exakten Sitz des Vorsprunges 30 der Dichtung 20 in den Kanal 42 der Motorabdeckung 22 hinein sicherzustellen.
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Die Motorabdeckung 22 kann mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 zusammengebaut werden, indem sie an jedem von dem Zylinderblock 12 und der Zylinderkopfanordnung 16 mithilfe eines beliebigen geeigneten Mittels wie z. B. von Bolzen befestigt wird. Solch eine Befestigung der Motorabdeckung 22 an der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 soll einen kontinuierlichen Kontakt zwischen dem Polymerdichtungsmittel 28, der Dichtung 20 und dem Kanal 42 sowie eine geeignete Querschnittsdicke des Dichtungsmittels im Inneren des Kanals sicherstellen. Wie in 2 gezeigt, wird durch das letztendliche stattfindende Zusammenpassen der Motorabdeckung 22 mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 das Abschließen des Vorsprungs 30 komplett, während der Kanal 42 mit dem Polymerdichtungsmittel 28 gefüllt wird, um dadurch die T-Verbindung 24 vollständig abzudichten. Schließlich sperren die benachbarten Komponentenkanten den Kanal 42 von einer Kommunikation mit der Außenumgebung ab, wenn die Motorabdeckung 22 mit der Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 zusammengepasst ist. Solch ein Abschließen von der Au-ßenumgebung ist bedeutsam, um zu verhindern, dass nicht ausgehärtetes Polymerdichtungsmittel 28 aus der T-Verbindung 24 verdrängt wird, wenn die IC-Motoranordnung 10 auf die effektive Abdichtung als Teil des Zusammenbauprozesses mittels Druckluft überprüft wird.
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Ein Verfahren 60 zum Abdichten einer T-Verbindung mithilfe der Dichtung 20 ist in 5 gezeigt und nachstehend mit Bezug auf die 1-4 beschrieben. Das Verfahren beginnt bei Feld 62, wobei eine erste Komponente wie z. B. der Zylinderblock 12 mit der ersten Dichtfläche 38, eine zweite Komponente wie z. B. die Zylinderkopfanordnung 16 mit der zweiten Dichtfläche 40 und eine dritte Komponente wie z. B. die Motorabdeckung 22 und die Dichtung 20 zur Verwendung in der T-Verbindung 24 vorgesehen werden. Dann schreitet das Verfahren von Feld 62 zu Feld 64 weiter. Bei Feld 64 umfasst das Verfahren, dass die Dichtung 20 zwischen der ersten Dichtfläche 38 und der zweiten Dichtfläche 40 angeordnet und zusammengedrückt wird, um eine erste und eine zweite Komponentenuntergruppe wie z. B. die Zylinderblock- und -kopfuntergruppe 18 zu erzeugen.
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Um einen exakten Zusammenbau sicherzustellen, können vor dem Anordnen der zweiten Komponente und dem Zusammendrücken der Dichtung 20 zwischen der ersten und der zweiten Komponente die Dichtung und anschließend die zweite Komponente in Bezug auf die erste Komponente ausgerichtet werden. Wie oben mit Bezug auf die 1-4 beschrieben, kann das Zusammendrücken der Dichtung zwischen der ersten Dichtfläche 38 und der zweiten Dichtfläche 20 umfassen, dass die zweite Komponente an der ersten Komponente befestigt wird. In ähnlicher Weise kann auch das Zusammenbauen der dritten Komponente mit der ersten und der zweiten Komponentenuntergruppe umfassen, dass die dritte Komponente an jeder von der ersten und der zweiten Komponente befestigt wird. Außerdem kann die dritte Komponente mit der ersten und der zweiten Unterkomponentengruppe ausgerichtet werden, um den Vorsprung 30 und den Kanal 42 auszurichten.
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Nach dem Feld 64 schreitet das Verfahren zu Feld 66 weiter. Bei Feld 66 umfasst das Verfahren, dass das Polymerdichtungsmittel 28 in den Kanal 42 der dritten Komponente hinein aufgebracht wird. Es kann eine vorbestimme Menge an Polymerdichtungsmittel 28 aufgebracht werden, sodass die gewählte Menge an Polymerdichtungsmittel den Kanal 42 im Wesentlichen füllt. Wie oben beschrieben, kann die Aufbringung des Polymerdichtungsmittels 28 mithilfe des Dispensers 50 in Fluidform bewerkstelligt werden. Der Dispenser 50 kann über den Controller 52 geregelt werden, der programmiert ist, um einem durch den Kanal 42 definierten vorbestimmten Weg zu folgen. Nach dem Feld 66 schreitet das Verfahren zu Feld 68 weiter, wobei das Verfahren umfasst, dass die dritte Komponente derart mit der ersten und zweiten Komponentenuntergruppe zusammengebaut wird, dass der Vorsprung 30 der Dichtung 20 in den Kanal 42 hinein eingesetzt wird und sich in diesen hinein erstreckt, um die T-Verbindung 24 abzudichten. Das Verfahren 60 endet bei Feld 70, wobei die T-Verbindung 24 vollständig mit Polymerdichtungsmittel 28 umschlossen ist und der Kanal 42 von der Umgebung durch die Kanten der zusammenpassenden Komponenten abgesperrt ist.
