DE102020109576B3

DE102020109576B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Abdichten eines Prüfraums in einem Werkstück

Info

Publication number: DE102020109576B3
Application number: DE102020109576.7A
Authority: DE
Inventors: Jörg Juskowiak; Michael Klausner; Christian Lisiecki
Original assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Grob Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2040-04-07
Also published as: US11926108B2; US20210308957A1

Abstract

Für ein Abdichten eines Prüfraums (14) in einem Werkstück (10) mit wenigstens einer offenen Stirnseite (16), die eine plane Oberfläche (17) mit einer oder mehreren Vertiefungen (18) im Werkstück (10) hat, kann eine Dichtmatte (20) mit einem planen Grundkörper (21) und einem oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente (22) verwendet werden, die auf die Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) derart aufgelegt wird, dass die bogenförmigen Dichtelemente (22) der Dichtmatte (20) in die Vertiefungen (18) im Werkstück (10) hineinragen, um dann den Grundkörpers (21) der Dichtmatte (20) gegen die Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) mit einer Presskraft (27) in Richtung senkrecht zur planen Oberfläche (17) zu pressen und die bogenförmigen Dichtelemente (22) in die Vertiefungen (18) mit Presskräften (28) in mehreren Richtungen radial zur Bogenform der Dichtelemente (22) zu pressen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten eines Prüfraums in einem Werkstück, insbesondere in einem Werkstück mit wenigstens einer offenen Stirnseite, über die der Prüfraum zur Umgebung des Werkstücks offen ist, wobei die offene Stirnseite eine plane Oberfläche mit einer oder mehreren Vertiefungen im Werkstück hat.
Je nach Art eines Werkstücks kann es nach seiner Herstellung oder Bearbeitung erforderlich sein, einen Prüfraum darin auf Leckage zu prüfen, wozu dieser Prüfraum als ein Prüfvolumen abgedichtet wird. Im Fall von Werkstücken, die wenigstens eine offene Stirnseite mit einer planen Oberfläche aufweisen, über die der Prüfraum zur Umgebung des Werkstücks offen ist, kann eine Dichtmatte auf die plane Oberfläche der offenen Stirnseite gepresst werden. Falls die plane Oberfläche der Stirnseite ein oder mehrere Vertiefungen aufweist, muss die Dichtung entsprechend angepasst werden. Ein solches Werkstück ist zum Beispiel ein Zylinderkurbelgehäuse, dessen Niederdruckölraum zum Schmieren der Kurbelwelle voneinander getrennte Kammern bzw. Kurbelräume aufweist, die mehrere separate Prüfräume bilden, die für eine Leckageprüfung dementsprechend auch zueinander trennend abgedichtet werden müssen.
1 zeigt in vereinfachter Weise beispielhaft ein Werkstück 10 mit einem Prüfraum 14 und einer offenen Stirnseite 16, deren plane Oberfläche 17 Vertiefungen 18 im Werkstück 10 aufweist. 2A und 2B zeigen beispielhaft die Abdichtung des Prüfraums 14 im Werkstück 10 mit einer herkömmlichen Dichtmatte 100. Wie in 2A dargestellt, hat die herkömmlicher Dichtmatte 100 einen planen Grundkörper 101 und im Bereich der Vertiefungen 18 am Grundkörper 101 angeformte (z.B. anvulkanisierte) halbmondförmige Dichtelemente 102, deren Größe und Profil jenen der Vertiefungen 18 im Werkstück 10 entsprechen. Wie in 2B dargestellt, wird diese Dichtmatte 100 auf die plane Oberfläche 17 der offenen Werkstückstirnseite 16 so aufgelegt, dass das halbmondförmige Dichtelement 102 in die Vertiefung 18 im Werkstück 10 formschlüssig eingefügt wird, und dann mit einer Presskraft 105 senkrecht zur planen Oberfläche 17 auf das Werkstück 10 gedrückt, um die erforderliche Dichtwirkung zu erzielen. Bereits beim Auflegen einer solchen herkömmlichen Dichtmatte 100 kann sie an den markierten kritischen Eckbereichen 108 zwischen der planen Oberfläche 17 und der Vertiefung 18 abriebbedingt verschleißen. Beim anschließenden Anwenden der Presskraft 105 kann diese Dichtmatte 100 dann in diesen kritischen Eckbereichen 108 nach und nach einreißen. Über die so entstandenen Risse kann Luft durch die Dichtmatte 100 entweichen, sodass eine prozesssichere Messung einer Leckrate des Prüfraums 14 nicht mehr möglich ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System zum Abdichten eines Prüfraums in einem Werkstück, das wenigstens eine offene Stirnseite mit einer planen Oberfläche mit einer oder mehreren Vertiefungen im Werkstück aufweist, zu schaffen, mit dem eine zuverlässige Dichtwirkung für den Prüfraum erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abdichten eines Prüfraums in einem Werkstück, wobei das Werkstück wenigstens eine offene Stirnseite aufweist, über die der Prüfraum zur Umgebung des Werkstücks offen ist, wobei die offene Stirnseite eine im Wesentlichen plane Oberfläche mit einer oder mehreren Vertiefungen im Werkstück hat, weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen einer Dichtmatte mit einem im Wesentlichen planen Grundkörper zum Abdichten der planen Oberfläche der offenen Stirnseite des Werkstücks, wobei an der dem Werkstück zugewandten Seite der Dichtmatte ein oder mehrere bogenförmige Dichtelemente zum Abdichten der einen oder mehreren Vertiefungen in der planen Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite vorgesehen sind;
- Auflegen der Dichtmatte auf die plane Oberfläche der offenen Stirnseite des Werkstücks derart, dass die ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente der Dichtmatte in die eine oder mehreren Vertiefungen in der planen Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite hineinragen;
- Pressen des planen Grundkörpers der Dichtmatte gegen die plane Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite mit einer Presskraft in Richtung im Wesentlichen senkrecht zur planen Oberfläche; und
- Pressen der ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente in die eine oder mehreren Vertiefungen mit Presskräften in mehreren Richtungen im Wesentlichen radial zur Bogenform der Dichtelemente.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den eingangs beschriebenen herkömmlichen Systemen insbesondere dadurch, dass die Dichtelemente für die Vertiefungen im Werkstück nicht halbmondförmig am Grundkörper der Dichtmatte angeformt sind und bereits beim Auflegen der Dichtmatte auf das Werkstück formschlüssig in die Vertiefungen eingefügt und dann zusammen mit dem Grundkörper in Richtung senkrecht zur planen Oberfläche der Werkstückstirnseite gegen das Werkstück gepresst werden, sondern dass die Dichtelemente für die Vertiefungen bogenförmig ausgestaltet sind und beim Auflegen der Dichtmatte auf das Werkstück nur in die Vertiefungen hineinragen und dann im Gegensatz zum Grundkörper in Richtungen im Wesentlichen radial zu ihrer Bogenform in die Vertiefungen gepresst werden. Während bei dem herkömmlichen System von 2 die Presskraft in einem Verfahrensschritt nur in einer Richtung auf die Dichtmatte ausgeübt wird und deshalb im Bereich der Vertiefungen nicht auf alle Flächen gleichmäßig aufgebracht wird, weshalb die Dichtmatte in den kritischen Eckbereichen einreißen kann, werden im erfindungsgemäßen Verfahren der Grundkörper und die Dichtelemente der Dichtmatte schrittweise und mit unterschiedlich ausgerichteten Presskräften gegen das Werkstück gepresst, um die Presskraft auf alle Flächen möglichst gleichmäßig aufzubringen. Die Presskräfte radial zur Bogenform der Vertiefung bewirken im Bereich der Vertiefung an allen Stellen Presskräfte senkrecht zur Mantelfläche der Vertiefung. Das Pressen der Dichtelemente der Dichtmatte in die Vertiefungen im Werkstück wird dabei vorzugsweise nach dem Pressen des Grundkörpers der Dichtmatte gegen die plane Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft anwendbar für eine temporäre Abdichtung z.B. für Leckageprüfungen des Werkstücks. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auch anwendbar für eine dauerhafte Abdichtung, wobei in diesem Fall zum Beispiel eine Klebstoffschicht auf der Kontaktseite der Dichtmatte zum Werkstück vorgesehen ist. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei im Wesentlichen zylindrischen oder kugelförmigen Vertiefungen mit glatten Mantelflächen anwendbar; es kann aber ebenso bei profilierten Mantelflächen oder Vertiefungen mit geradlinigen Abschnitten angewendet werden.
Die „offene Stirnseite“ des Werkstücks ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass das Werkstück wenigstens eine Öffnung in dieser Stirnseite hat. Die im Wesentlichen plane Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite wird dabei durch den Werkstückkörper gebildet. Die „bogenförmigen Dichtelemente“ sind in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass die Dichtelemente der Dichtmatte vom planen Grundkörper der Dichtmatte in Richtung zum Werkstück, genauer in Richtung zu den Vertiefungen im Werkstück hervorstehen und auf der Seite des Grundkörpers einen Hohlraum aufweisen, d.h. (im Gegensatz zu den in herkömmlichen Dichtsystemen z.B. halbmondförmigen Dichtelementen, die an den Grundkörper angeformt sind) nicht massiv sind. Das „Hineinragen“ der Dichtelemente in die Vertiefungen beim Auflegen der Dichtmatte auf die Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass die Dichtelemente in diesem Verfahrensschritt ohne Kontaktierung oder mit nur lockerer Kontaktierung zu den Vertiefungen in die Vertiefungen eingeschoben werden, aber nicht formschlüssig eingefügt werden.
Die Dichtmatte kann zum Beispiel aus einem Elastomer oder einem Kunststoffmaterial gebildet sein. Die Dichtelemente sind vorzugsweise integral mit dem Grundkörper der Dichtmatte geformt. Der Grundkörper der Dichtmatte kann sich zum Beispiel über die gesamte offene Stirnseite des Werkstücks, insbesondere über die gesamte Öffnung oder alle Öffnungen in der Stirnseite hinweg erstrecken. Die Außenprofilform des bogenförmigen Dichtelements ist vorzugsweise möglichst identisch zur Profilform der Vertiefung.
Vorzugsweise sind die Außenmaße der ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente in ihrem Ausgangszustand (d.h. beim Bereitstellen und Auflegen vor der Dichtmatte vor dem Pressen der Dichtelemente) kleiner bemessen als die Innenmaße der jeweiligen Vertiefungen in der Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite. Durch diese kleineren Maße gibt es beim Auflegen der Dichtmatte und Verpressen des Grundkörpers zumindest teilweise noch einen Abstand zwischen den Dichtelementen und den jeweiligen Vertiefungen, sodass ein kontaktfreies Einschieben der Dichtelemente in die Vertiefungen erfolgen kann, wodurch Rissbildung und Verschleißdefekte durch Abrieb und Abscherung noch zuverlässiger vermieden werden können.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das bogenförmige Dichtelement mit den radialen Presskräften gegen die Mantelfläche der Vertiefung zuerst im Bereich eines Scheitelpunkts des Dichtelements und dann entlang der Bogenform immer weiter zum planen Grundkörper der Dichtmatte hin beaufschlagt. Auf diese Weise kann unterstützt werden, dass die Verpressung des Dichtelements an allen Stellen senkrecht gegen die Mantelfläche der Vertiefung erfolgt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Bereichen der Dichtelemente im Grundkörper der Dichtmatte jeweils eine Aussparung vorgesehen. Durch diese Aussparungen kann dann jeweils eine Druckschale in das Dichtelement eingelegt werden, über welche die radialen Presskräfte auf die bogenförmigen Dichtelemente gegen die jeweiligen Mantelflächen der Vertiefungen ausgeübt werden. Die Außenprofilform der Druckschale ist vorzugsweise passend zur Innenprofilform des Dichtelements ausgestaltet. Die Druckschale hat vorzugsweise eine im Wesentlichen (halb-)zylindrische oder (halb-)kugelförmige Form.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung kann in die Aussparung der Dichtmatte ein Pressmechanismus eingesetzt werden, der einen Halter und mehrere Koppelelemente zwischen dem Halter und der Druckschale aufweist. In diesem Fall kann der Pressmechanismus mittels einer Druckkraft auf den Halter in die Vertiefung gedrückt werden, sodass die Koppelelemente in radialen Richtungen gegen die Druckschale drücken, um die radialen Presskräfte auf das bogenförmige Dichtelement gegen die Mantelfläche der Vertiefung zu erzeugen.
In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann in die Aussparung der Dichtmatte ein Pressmechanismus eingesetzt werden, der einen Halter und ein Rotationselement zwischen dem Halter und der Druckschale aufweist. In diesem Fall können der Pressmechanismus mittels einer Druckkraft auf den Halter in die Vertiefung gedrückt werden und dann das Rotationselement um eine Drehachse senkrecht oder parallel zur Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite gedreht werden, um die radialen Presskräfte auf das bogenförmige Dichtelement gegen die Mantelfläche der Vertiefung zu erzeugen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckschale eine elastische Druckschale, deren Außenmaße im Ausgangszustand kleiner als die Innenmaße der Aussparung der Dichtmatte und kleiner als die Innenmaße des bogenförmigen Dichtelements in dessen Ausgangszustand bemessen sind. Auf diese Weise kann die Druckschale einfach in die Aussparung in der Dichtmatte eingelegt werden, ohne Abriebe oder Abscherungen an der Dichtmatte zu erzeugen. Die elastische Druckschale ist in diesem Zusammenhang zum Beispiel aus einem elastischen Material und/oder aus mehreren Bauteilen, die beweglich miteinander verbunden sind (z.B. zwei Halbschalen, die im Bereich des Scheitelpunkts über eine Gelenkverbindung gekoppelt sind und so nach außen drehen können) gebildet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird, falls das Werkstück an der Vertiefung eine offene Seitenkante hat, das Dichtelement an dieser offenen Seitenkante außerhalb der Vertiefung über eine Seitenwand mit dem Grundkörper der Dichtmatte verbunden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtmatte in Kontaktbereichen zum Werkstück auf ihrer dem Werkstück zugewandten Seite zumindest teilweise mit einer Dichtkontur versehen. Eine solche Dichtkontur kann die Dichtwirkung erhöhen. Die Dichtkontur ist vorzugsweise auch im Bereich der Vertiefungen, d.h. an den Dichtelementen der Dichtmatte vorgesehen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Abdichten eines Prüfraums in einem Werkstück, wobei das Werkstück wenigstens eine offene Stirnseite aufweist, über die der Prüfraum zur Umgebung des Werkstücks offen ist, und wobei die offene Stirnseite eine im Wesentlichen plane Oberfläche mit einer oder mehreren Vertiefungen im Werkstück hat, mittels einer Dichtmatte mit einem im Wesentlichen planen Grundkörper zum Abdichten der planen Oberfläche der offenen Stirnseite des Werkstücks, wobei an der dem Werkstück zugewandten Seite der Dichtmatte ein oder mehrere im Wesentlichen bogenförmige Dichtelemente zum Abdichten der einen oder mehreren Vertiefungen in der planen Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung weist diese Vorrichtung einen oder mehrere Pressmechanismen zum Pressen der ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente in die eine oder mehreren Vertiefungen mit Presskräften in mehreren Richtungen im Wesentlichen radial zur Bogenform der Dichtelemente auf.
Mit dieser Vorrichtung können die gleichen Vorteile wie mit dem oben beschriebenen Verfahren der Erfindung erzielt werden. Bezüglich der Vorteile, Begriffsdefinitionen und bevorzugten Ausgestaltungen wird ergänzend auf die obigen Erläuterungen in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Die Vorrichtung enthält vorzugsweise außerdem - ähnlich wie in herkömmlichen Systemen - einen weiteren Pressmechanismus zum Pressen des planen Grundkörpers der Dichtmatte gegen die plane Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite mit einer Presskraft in Richtung senkrecht zur planen Oberfläche. Die vorliegende Erfindung ist dabei auf keine speziellen Arten eines solchen weiteren Pressmechanismus beschränkt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Pressmechanismus eine Druckschale auf, die durch eine Aussparung im Grundkörper der Dichtmatte im Bereich des Dichtelements in das Dichtelement einlegbar ist, um über diese die radialen Presskräfte auf das bogenförmige Dichtelement gegen die Mantelfläche der Vertiefung auszuüben.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist der Pressmechanismus einen Halter und eine Feder, vorzugsweise eine Druckfeder zwischen dem Halter und einem Scheitelpunkt der Druckschale auf. In diesem Fall weist der Pressmechanismus vorzugsweise einen Halter und mehrere Druckelemente zwischen dem Halter und der Druckschale auf, wobei die Druckelemente über Verbindungsgelenke bewegbar mit dem Halter und/oder bewegbar mit der Druckschale verbunden sind.
In einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung weist der Pressmechanismus einen Halter und ein Rotationselement zwischen dem Halter und der Druckschale auf, wobei das Rotationselement um eine Drehachse im Wesentlichen senkrecht oder parallel zur Oberfläche der offenen Werkstückstirnseite drehbar ist, um die radialen Presskräfte auf das bogenförmige Dichtelement gegen die Mantelfläche der Vertiefung zu erzeugen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckschale des Pressmechanismus eine elastische Druckschale, deren Außenmaße im Ausgangszustand kleiner als die Innenmaße der Aussparung der Dichtmatte und kleiner als die Innenmaße des bogenförmigen Dichtelements in dessen Ausgangszustand bemessen sind.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:

1 eine Perspektivansicht eines Werkstücks, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann;
2A eine Schnittansicht des Werkstücks von 1 mit einer bereitgestellten herkömmlichen Dichtmatte;
2B eine Schnittansicht des Werkstücks von 1 mit der angebrachten herkömmlichen Dichtmatte von 2A;
3 eine Perspektivansicht des Werkstücks von 1 mit einer daran angebrachten Dichtmatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine Schnittansicht des Werkstücks mit angepresster Dichtmatte von 3 gemäß Schnittlinie A-A in 3;
5 eine Schnittansicht des Werkstücks mit angepresster Dichtmatte von 3 gemäß Schnittlinie B-B in 3;
6A eine Schnittansicht des Werkstücks mit Dichtmatte von 3 gemäß Schnittlinie A-A in 3 in einer ersten Anbringungsstufe der Dichtmatte und mit einem Pressmechanismus für das Dichtelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6B eine Schnittansicht des Werkstücks mit Dichtmatte von 3 gemäß Schnittlinie A-A in 3 in einer zweiten Anbringungsstufe der Dichtmatte und mit dem Pressmechanismus von 6A; und
7 eine Unteransicht einer Dichtmatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 veranschaulicht der Einfachheit halber in stark vereinfachter Form ein Werkstück, bei dem das erfindungsgemäße Abdichtsystem anwendbar ist. Bei dem Werkstück kann es beispielsweise um ein Zylinderkurbelgehäuse für ein Kraftfahrzeug handeln, dessen Niederdruckölraum zum Schmieren der Kurbelwelle mehrere miteinander verbundene oder voneinander getrennte Kammern bzw. Kurbelräume aufweist, die Prüfräume bilden, die für eine Leckageprüfung abgedichtet werden müssen.
Das Werkstück 10 ist beispielhaft als eine Art Kiste dargestellt, in der ein Prüfraum 14 vorhanden ist, für den beispielsweise eine Leckageprüfung durchgeführt werden soll. Das Werkstück 10 weist eine offene Stirnseite 16 mit einer Öffnung auf, über die der Prüfraum 14 zur Umgebung des Werkstücks 10 offen ist. Wie in 1 angedeutet, hat diese offene Stirnseite 16 eine im Wesentlichen plane Oberfläche 17 mit mehreren bogenförmigen Vertiefungen 18 im Werkstück 10.
Bezugnehmend auf 3 bis 5 wird nun beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Abdichtung des Prüfraums 14 in diesem Werkstück 10 von 1 näher erläutert.
Zur Abdichtung des Prüfraums 14 im Werkstück 10 wird auf der offenen Werkstückstirnseite 16 eine Dichtmatte 20 aufgelegt und gegen das Werkstück 10 verpresst. Die Dichtmatte 20 ist zum Beispiel aus einem Elastomer oder einem Kunststoffmaterial gebildet und weist einen im Wesentlichen planen Grundkörper 21 auf, der sich in diesem Ausführungsbeispiel über die gesamte offene Werkstückstirnseite 16 erstreckt. Auf der dem Werkstück 10 zugewandten Seite sind an dem Grundkörper 21 im Bereich der Vertiefungen 18 im Werkstück 10 entsprechende Dichtelemente 22 in Bogenform vorgesehen. Die Außenprofilform der Dichtelemente 22 entspricht im Wesentlichen der Innenprofilform der Vertiefungen 18 im Werkstück 10. Wie in 7 veranschaulicht, kann die Dichtmatte 20 außerdem auf ihrer dem Werkstück zugewandten Seite in den Kontaktbereichen zum Werkstück 10 mit einer Dichtkontur 25 versehen sein, um die Dichtwirkung zu verstärken. Diese Dichtkontur 25 erstreckt sich vorzugsweise auch über die bogenförmigen Dichtelemente 22 der Dichtmatte 20.
Wie in 4 dargestellt, liegt der plane Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 auf der planen Oberfläche 17 der offenen Werkstückstirnseite 16 und wird gegen diese mit Presskräften 27 in Richtung senkrecht zur planen Oberfläche 17 der offenen Werkstückstirnseite 16 verpresst, und liegt das Dichtelement 22 der Dichtmatte 20 in der Vertiefung 18 im Werkstück 10 und wird gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 mit Presskräften 28 in mehreren Richtungen radial zur Bogenform des Dichtelements 22 verpresst. Wie in 4 erkennbar steht das bogenförmige Dichtelement 22 in Bogenform vom Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 in Richtung zum Werkstück 10 bzw. der Vertiefung 18 hervor und hat auf der Seite des Grundkörpers 21 einen Hohlraum.
Wie in 3 und 4 dargestellt, ist im Bereich des Dichtelements 22 außerdem im Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 eine Aussparung 24 vorgesehen, durch welche die Innenseite des Dichtelements 22 von der Oberseite der Dichtmatte 20 her zugänglich ist. Durch diese Aussparung 24 im Grundkörper 21 kann eine Druckschale 26 in das Dichtelement 22 eingelegt werden, über welche die radialen Presskräfte 28 auf das bogenförmige Dichtelement 22 gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 im Werkstück 10 ausgeübt werden können. Die Druckschale 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen halbzylindrisch geformt, wobei ihr Außenprofil zum Innenprofil des Dichtelements 22 passt.
In seinem Ausgangszustand, d.h. vor seinem Verpressen gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 17, hat das Dichtelement 22 der Dichtmatte 20 vorzugsweise Außenmaße, die kleiner sind als die Innenmaße der jeweiligen Vertiefung 18. Die Druckschale 26 ist vorzugsweise eine elastische Druckschale, deren Außenmaße in ihrem Ausgangszustand, d.h. vor dem Verpressen des Dichtelements 22 der Dichtmatte 20 gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 über die Druckschale 26, vorzugsweise kleiner sind als die Innenmaße der Aussparung 24 der Dichtmatte 20 und auch kleiner sind als die Innenmaße des bogenförmigen Dichtelements 22 in dessen Ausgangszustand.
Im Ausführungsbeispiel von 1 hat das Werkstück 10 an den Vertiefungen 18 jeweils offene Seitenkanten. Wie in 5 veranschaulicht, hat die Dichtmatte 20 in einem solchen Fall vorzugsweise entsprechende Seitenwände 23, welche die Dichtelemente 22 an diesen offenen Seitenkanten außerhalb der Vertiefungen 18 mit dem Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 verbinden. Je nach Anzahl und Position der offenen Seitenkanten an der Vertiefung 18 weist die Dichtmatte 20 eine oder mehrere Seitenwände 23 auf einer oder beiden Seiten der Vertiefung 18 im Werkstück 10 auf.
Bezugnehmend auf 6A und 6B werden nun beispielhaft Ausführungsbeispiele eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Abdichten des Prüfraums 14 im Werkstück 10 von 1 mit der oben beschriebenen Dichtmatte 20 von 3 bis 5 näher erläutert.
Zunächst wird die oben beschriebene Dichtmatte 20 mit dem planen Grundkörper 21 und den bogenförmigen Dichtelementen 22 bereitgestellt. Dann wird die Dichtmatte 20 auf die plane Oberfläche 17 der offenen Werkstückstirnseite 16 aufgelegt. Wie in 6A erkennbar, ist der Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 dabei in (groß-)flächigem Kontakt mit der planen Oberfläche 17 des Werkstücks 10, während die Dichtelemente 22 der Dichtmatte 20 aufgrund ihrer im Ausgangszustand kleineren Außenmaße mit etwas Abstand 40 zur Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 in die Vertiefung 18 im Werkstück 10 hineinragen. Durch den Spalt 40 insbesondere im Bereich der kritischen Eckbereiche 108 (siehe 2B) und im Bereich der Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 können in diesem Verfahrensschritt Rissbildungen und Verschleiß der Dichtmatte 20 vermieden werden.
Danach wird der plane Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 durch einen (nicht dargestellten, grundsätzlich beliebigen) Pressmechanismus mit Presskräften 27 in Richtung im Wesentlichen senkrecht zur planen Werkstückoberfläche 17 gegen die plane Werkstückoberfläche 17 gepresst. Auch während dieses Verfahrensschritts behalten die Dichtelemente 22 zumindest teilweise noch etwas Abstand zur Mantelfläche 19 der Vertiefung 18, wie in 6A dargestellt, sodass Rissbildungen und Verschleiß der Dichtmatte 20 vermieden werden können.
Wie in 6B dargestellt, werden dann die bogenförmigen Dichtelemente 22 in den Vertiefungen 18 mit Presskräften 28 in mehreren Richtungen jeweils im Wesentlichen radial zur Bogenform des Dichtelements 22 gegen die Mantelflächen 19 der Vertiefungen 18 gepresst, sodass das Dichtelement 22 an allen Stellen senkrecht zur Mantelfläche 19 gegen diese verpresst wird. Nach diesem Verpressen gibt es keinen Abstand 40 mehr zwischen dem Dichtelement 22 und der Mantelfläche 19 der Vertiefung 18.
Das Verpressen der Dichtelemente 22 gegen die Vertiefungen 18 im Werkstück 10 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch spezielle Pressmechanismen 30. Die Pressmechanismen werden vor oder nach dem Verpressen des Grundkörpers 21 der Dichtmatte 20 gegen das Werkstück 10 durch die Aussparungen 24 im Grundkörper 21 in die Dichtelemente 22 der Dichtmatte 20 eingesetzt.
Der Pressmechanismus 30 weist eine Druckschale 26 auf, wie sie bereits in Bezug auf 3 grob erläutert worden ist. Die Druckschale 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Halbschalen 26a und 26b zusammengebaut, die im Bereich des Scheitelpunkts 38 über eine Gelenkverbindung 37 beweglich miteinander verbunden sind, sodass die beiden Halbschalen 26a, 26b um die Gelenkverbindung 37 nach außen geschwenkt werden können. Die Druckschale 26 ist auf diese Weise eine elastische Druckschale.
In diesem Ausführungsbeispiel hat der Pressmechanismus 30 für das Dichtelement 22 ferner einen Halter 32 und eine Druckfeder 39 zwischen einem Scheitelpunkt 38 der Druckschale 26 im bogenförmigen Dichtelement 22. Im Rahmen der Erfindung kann grundsätzlich eine beliebige Federnart verwendet werden, vorzugsweise wird aber eine Druckfeder 39 eingesetzt, um den nachfolgend beschriebenen Pressablauf zu erzielen. Der Pressmechanismus 30 hat außerdem jeweils mindestens ein Druckelement 34, das den Halter 32 mit einer der beiden Halbschalen 26a, 26b der Druckschale 26 verbindet, wobei die Druckelemente 34 am Halter 32 über ein Verbindungsgelenk 35 angebracht sind und an den Halbschalen 26a, 26b ebenfalls über Verbindungsgelenke 36 angebracht sind. Die Druckfeder 39 und die Druckelemente 34 sind Koppelelemente im Sinne der Erfindung.
Nach dem Verpressen des Grundkörpers 21 der Dichtmatte 20 gegen die Oberfläche 27 der offenen Werkstückstirnseite 16 befindet sich das Dichtelement 22 der Dichtmatte 20 noch im Wesentlichen in seinem Ausgangszustand mit einem Abstand 40 zur Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 im Werkzeug 10, wie in 6A veranschaulicht. Zum Verpressen des Dichtelements 22 gegen die Vertiefung 18 wird eine Druckkraft 42 in Richtung senkrecht zur Oberfläche 16 der offenen Werkstückstirnseite 16 auf den Halter 32 des Pressmechanismus 30 ausgeübt, sodass der Halter 32 in Richtung in die Vertiefung 18 hineingedrückt wird. Aufgrund der beschriebenen Konstruktion des Pressmechanismus mit der Druckfeder 39 zwischen dem Scheitelpunkt 38 der Druckschale 26 und dem Halter 32 wird so das Dichtelement 22 zuerst im Bereich des Scheitelpunkts 38 gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 verpresst. Wenn der Halter 32 durch die Druckkraft 42 weiter in die Vertiefung 18 hineingedrückt wird, drücken dann die Druckelemente 34 gegen die Halbschalen 26a, 26b und schwenken sie nach und nach nach außen, sodass das Dichtelement 22 von der Druckschale 26 ausgehend vom Scheitelpunkt 38 nach und nach entlang der Bogenform zum Grundkörper 21 hin gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 verpresst wird. Dabei sind die Presskräfte 28 des Pressmechanismus 30 gegen das Dichtelement 22 jeweils im Wesentlichen radial zur Bogenform des Dichtelements 22, sodass das Dichtelement 22 überall im Wesentlichen senkrecht gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 verpresst wird.
Nach der Durchführung der Leckageprüfung kann die Abdichtung des Prüfraums 14 dann in umgekehrter Weise wieder entfernt werden. Hierzu wird der Halter 32 des Pressmechanismus 30 wieder aus der Vertiefung 18 im Werkstück 10 herausgezogen, sodass die Koppelelemente 34 die Halbschalen 26a, 26b der Druckschale 26 wieder nach innen zurückziehen und dann die Druckschale 26 auch am Scheitelpunkt 38 von der Vertiefung 18 entfernt wird. Das Dichtelement 22 federt so beginnend von nahe dem Grundkörper 21 bis zum Scheitelpunkt 38 nach und nach elastisch von der Mantelfläche 19 der Vertiefung zurück. Anschließend wird dann auch der andere Pressmechanismus für den Grundkörper 21 der Dichtmatte 20 abgehoben, sodass die gesamte Dichtmatte 20 von der Oberfläche 17 der offenen Werkstückstirnseite 16 entfernt und so die Abdichtung des Prüfraums 14 im Werkstück 10 aufgehoben werden kann.
Die erfindungsgemäße Abdichtung des Prüfraums 14 im Werkstück 10 ist nicht auf die oben in Zusammenhang mit den 3 bis 7 beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Fachmann wird nach Studium der Erläuterungen weitere Ausführungsvarianten erkennen, die in dem durch die Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung liegen.
Während im Ausführungsbeispiel von 6 der Pressmechanismus 30 für das Dichtelement 22 der Dichtmatte 20 mehrere Druckelemente 34 zwischen dem Halter 32 und der Druckschale 26 aufweist, ist es auch möglich, das Verpressen des Dichtelements 22 gegen die Vertiefung 18 durch eine Rotation zu erzielen. Zum Beispiel kann der Pressmechanismus 30 in einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Halter 32 und ein Rotationselement zwischen dem Halter 32 und der Druckschale 26 aufweisen, wobei das Rotationselement um eine Drehachse im Wesentlichen senkrecht oder parallel zur Oberfläche 17 der offenen Werkstückstirnseite 16 drehbar ist, um die radialen Presskräfte auf das bogenförmige Dichtelement 22 gegen die Mantelfläche 19 der Vertiefung 18 zu erzeugen.
Bezugszeichenliste

10: Werkstück
14: Prüfraum im Werkstück
16: offene Stirnseite des Werkstücks
17: (im Wesentlichen plane) Oberfläche der offenen Stirnseite
18: Vertiefung in Oberfläche
19: Mantelfläche der Vertiefung
20: Dichtmatte
21: (im Wesentlichen planer) Grundkörper der Dichtmatte
22: (mit Grundkörper verbundenes) bogenförmiges Dichtelement
23: Seitenwände für Dichtelement
24: Aussparung im Grundkörper
25: Dichtkontur
26: Druckschale
26a,b: Halbschalen der Druckschale
27: senkrechte Presskraft
28: radiale Presskräfte
30: Pressmechanismus
32: Halter
34: Druckelemente zwischen Halter und Druckschale
35: Verbindungsgelenk
36: Verbindungsgelenke
37: Gelenkpunkt
38: Scheitelpunkt des Dichtelements bzw. der Druckschale
39: Druckfeder
40: Spalt/Abstand zwischen Dichtelement und Vertiefung
42: Druckkraft
100: herkömmliche Dichtmatte
101: Grundkörper der herkömmlichen Dichtmatte
102: (an Grundkörper angeformtes) halbmondförmiges Dichtelement
105: Presskraft
108: kritische Eckbereiche

Claims

Verfahren zum Abdichten eines Prüfraums (14) in einem Werkstück (10), wobei das Werkstück (10) wenigstens eine offene Stirnseite (16) aufweist, über die der Prüfraum (14) zur Umgebung des Werkstücks offen ist, wobei die offene Stirnseite (16) eine plane Oberfläche (17) mit einer oder mehreren Vertiefungen (18) im Werkstück (10) hat, aufweisend: Bereitstellen einer Dichtmatte (20) mit einem planen Grundkörper (21) zum Abdichten der planen Oberfläche (17) der offenen Stirnseite (16) des Werkstücks (10), wobei an der dem Werkstück zugewandten Seite der Dichtmatte (20) ein oder mehrere bogenförmige Dichtelemente (22) zum Abdichten der einen oder mehreren Vertiefungen (18) in der planen Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) vorgesehen sind; Auflegen der Dichtmatte (20) auf die plane Oberfläche (17) der offenen Stirnseite (16) des Werkstücks (10) derart, dass die ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente (22) der Dichtmatte (20) in die eine oder mehreren Vertiefungen (18) in der planen Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) hineinragen; Pressen des planen Grundkörpers (21) der Dichtmatte (20) gegen die plane Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) mit einer Presskraft (27) in Richtung senkrecht zur planen Oberfläche (17); und Pressen der ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente (22) in die eine oder mehreren Vertiefungen (18) mit Presskräften (28) in mehreren Richtungen radial zur Bogenform der Dichtelemente (22).
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Außenmaße der ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente (22) in ihrem Ausgangszustand kleiner bemessen sind als die Innenmaße der jeweiligen Vertiefungen (18) in der Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das bogenförmige Dichtelement (22) mit den radialen Presskräften (28) gegen die Mantelfläche (19) der Vertiefung (18) zuerst im Bereich eines Scheitelpunkts (38) des Dichtelements (22) und dann entlang der Bogenform immer weiter zum planen Grundkörper (21) der Dichtmatte (20) hin beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in den Bereichen der Dichtelemente (22) im Grundkörper (21) der Dichtmatte (20) jeweils eine Aussparung (24) vorgesehen ist; und durch diese Aussparungen (24) jeweils eine Druckschale (26) in das Dichtelement (22) eingelegt wird, über welche die radialen Presskräfte (28) auf die bogenförmigen Dichtelemente (22) gegen die jeweiligen Mantelflächen (19) der Vertiefungen (18) ausgeübt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem in die Aussparung (24) der Dichtmatte (20) ein Pressmechanismus (30) eingesetzt wird, der einen Halter (32) und mehrere Koppelelemente (34, 39) zwischen dem Halter (32) und der Druckschale (26) aufweist; und der Pressmechanismus (30) mittels einer Druckkraft (42) auf den Halter (32) in die Vertiefung (18) gedrückt wird, sodass die Koppelelemente (34, 39) in radialen Richtungen gegen die Druckschale (26) drücken, um die radialen Presskräfte (28) auf das bogenförmige Dichtelement (22) gegen die Mantelfläche (19) der Vertiefung (18) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem in die Aussparung (24) der Dichtmatte (20) ein Pressmechanismus (30) eingesetzt wird, der einen Halter (32) und ein Rotationselement zwischen dem Halter (32) und der Druckschale (26) aufweist; und der Pressmechanismus (30) mittels einer Druckkraft (42) auf den Halter (32) in die Vertiefung (18) gedrückt wird und dann das Rotationselement um eine Drehachse senkrecht oder parallel zur Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) gedreht wird, um die radialen Presskräfte (28) auf das bogenförmige Dichtelement (22) gegen die Mantelfläche (19) der Vertiefung (18) zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem die Druckschale (26) eine elastische Druckschale (26) ist, deren Außenmaße im Ausgangszustand kleiner als die Innenmaße der Aussparung (24) der Dichtmatte (20) und kleiner als die Innenmaße des bogenförmigen Dichtelements (22) in dessen Ausgangszustand bemessen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem, falls das Werkstück (10) an der Vertiefung (18) eine offene Seitenkante hat, das Dichtelement (22) an dieser offenen Seitenkante außerhalb der Vertiefung (18) über eine Seitenwand (23) mit dem Grundkörper (21) der Dichtmatte (20) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dichtmatte (20) in Kontaktbereichen zum Werkstück (10) auf ihrer dem Werkstück (10) zugewandten Seite zumindest teilweise mit einer Dichtkontur (25) versehen ist.
Vorrichtung zum Abdichten eines Prüfraums (14) in einem Werkstück (10), wobei das Werkstück (10) wenigstens eine offene Stirnseite (16) aufweist, über die der Prüfraum (14) zur Umgebung des Werkstücks offen ist, und wobei die offene Stirnseite (16) eine plane Oberfläche (17) mit einer oder mehreren Vertiefungen (18) im Werkstück (10) hat, mittels einer Dichtmatte (20) mit einem planen Grundkörper (21) zum Abdichten der planen Oberfläche (17) der offenen Stirnseite (16) des Werkstücks (10), wobei an der dem Werkstück zugewandten Seite der Dichtmatte (20) ein oder mehrere bogenförmige Dichtelemente (22) zum Abdichten der einen oder mehreren Vertiefungen (18) in der planen Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) vorgesehen sind, aufweisend: ein oder mehrere Pressmechanismen (30) zum Pressen der ein oder mehreren bogenförmigen Dichtelemente (22) in die eine oder mehreren Vertiefungen (18) mit Presskräften (28) in mehreren Richtungen radial zur Bogenform der Dichtelemente (22).
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der Pressmechanismus (30) eine Druckschale (26) aufweist, die durch eine Aussparung (24) im Grundkörper (21) der Dichtmatte (20) im Bereich des Dichtelements (22) in das Dichtelement (22) einlegbar ist, um über diese die radialen Presskräfte (28) auf das bogenförmige Dichtelement (22) gegen die Mantelfläche (19) der Vertiefung (18) auszuüben.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der Pressmechanismus (30) einen Halter (32) und eine Druckfeder (39) zwischen dem Halter (32) und einem Scheitelpunkt (38) der Druckschale (26) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher der Pressmechanismus einen Halter (32) und mehrere Druckelemente (34) zwischen dem Halter (32) und der Druckschale (26) aufweist, wobei die Druckelemente (34) über Verbindungsgelenke (35, 36) bewegbar mit dem Halter (32) und/oder bewegbar mit der Druckschale (26) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der Pressmechanismus (30) einen Halter (32) und ein Rotationselement zwischen dem Halter (32) und der Druckschale (26) aufweist, wobei das Rotationselement um eine Drehachse senkrecht oder parallel zur Oberfläche (17) der offenen Werkstückstirnseite (16) drehbar ist, um die radialen Presskräfte (28) auf das bogenförmige Dichtelement (22) gegen die Mantelfläche (19) der Vertiefung (18) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei welcher die Druckschale (26) des Pressmechanismus (30) eine elastische Druckschale (26) ist, deren Außenmaße im Ausgangszustand kleiner als die Innenmaße der Aussparung (24) der Dichtmatte (20) und kleiner als die Innenmaße des bogenförmigen Dichtelements (22) in dessen Ausgangszustand bemessen sind.