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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung eines Fügebereichs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abdichten eines Fügebereichs, die Verwendung einer solchen Anordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Innenraum, der mit der erfindungsgemäßen Anordnung abgedichtet ist.
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Bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen ist es erforderlich, Innenräume und insbesondere elektronische Komponenten vor Umgebungseinflüssen zu schützen. Allgemein werden hierzu mehrteilige Gehäuse eingesetzt, welche mittels Dichtungen verschlossen werden. Zumindest bei einzelnen Gehäuseteilen ist es üblich, diese aus metallischen Werkstoffen herzustellen. Metallische Werkstoffe können durch Umgebungseinflüsse, wie Wasser, Salz und dergleichen korrosiv beeinträchtigt werden. Das Einwirken von korrosiven Bedingungen, die beispielsweise im winterlichen Straßenverkehr auftreten, kann zur funktionellen Beeinträchtig metallischer Werkstoffe, insbesondere im Bereich der metallischen Oberflächen eines Bauteils, führen. Da Dichtungen in der Regel in engen Fügespalten zwischen Bauteilen eingesetzt werden, tritt bei diesen beispielsweise eine verstärkte Korrosion von Bauteiloberflächen im Bereich der Fügespalten auf. Eine solche Korrosion kann die Dichtung entlang der Bauteiloberflächen unterwandern, so dass es zu einer Undichtigkeit und damit zu einem Eintreten von korrosiven Medien aus der Umgebung in das Innere eines Gehäuses kommen kann. Dieser Vorgang wird im Allgemeinen als korrosive Unterwanderung bezeichnet.
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Die korrosive Unterwanderung enger Fügespalten wird durch den Kapillareffekt begünstigt. Dieser wird durch die Wechselwirkung zwischen der Oberflächenspannung der Flüssigkeit und der Grenzflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche hervorgerufen. Der Kapillareffekt tritt in genügend engen Spalten wie beispielsweise den Fügespalten zwischen Bauteilen auf. Je geringer der Abstand zwischen zwei Oberflächen ausfällt, desto stärker ist der Kapillareffekt in diesem Bereich. In solchen Bereichen angeordnete Dichtungen sind mit diesem Druck belastet, was deren korrosive Unterwanderung begünstigt.
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Die
GB 1 584 265 A offenbart eine Kunststoffkappe umfassend ein Innengewinde zum Koppeln mit einem Außengewinde eines Kunststoffbehälters. Die Kappe weist einen ersten integrierten ringförmigen Vorsprung auf, der so ausgelegt ist, dass er mit dem Randabschnitt eine Dichtung bildet.
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Die
US 3,669,755 A beschreibt eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Öffnen oder Schließen aller Zellenöffnungen einer Mehrzellenspeicherbatterie. Die Verschlussvorrichtung hat die Form einer Gleiteinheit, die eine von zwei Positionen einnehmen kann; eine erste Position, die alle Zellenöffnungen zur Wartung freilegt, und eine zweite Position, die alle Zellenöffnungen abdichten, außer solche zu Entlüftungszwecken.
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Die
DE 10 2010 009 772 A1 beschreibt eine Anordnung zur berührungslosen Abdichtung einer drehbar gelagerten Welle zu einem Gehäuse hin und Getriebe, wobei im Innenraum des Gehäuses Öl vorgesehen ist. Eine mit der Welle drehfest verbundene Schleuderscheibe weist zumindest teilweise radial verlaufende Bohrungen auf, die Öl von einem Schleuderraum zu einem die Schleuderscheibe umgebenden Fangraum hin verbinden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung, ein Verfahren, eine Verwendung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung zu schaffen, um eine verbesserte Abdichtung eines Fügebereichs zwischen zumindest zwei Bauteilen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung, ein Verfahren, eine Verwendung sowie ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Anordnung zur verbesserten Abdichtung eines Fügebereichs zwischen zumindest zwei Bauteilen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung eines Fügebereichs zwischen einem ersten Bauteil und einem an dem ersten Bauteil angeordneten zweiten Bauteil die einen Innenraum zumindest teilweise begrenzen, mit einem Dichtungselement, das in dem Fügebereich zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist und den Fügebereich abdichtet, wobei die Anordnung zumindest eine Aussparung aufweist, die an dem Fügebereich zwischen dem Dichtungselement und einem Außenbereich angeordnet ist.
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In den Fügebereich zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil kann Wasser oder Salz aus einem Außenbereich eindringen. Dies kann die Korrosion der Bauteiloberflächen im Fügebereich begünstigen und zu einer korrosiven Unterwanderung des Dichtungselements führen. In engen Spalten des Fügebereichs tritt ein Kapillareffekt auf. Je geringer der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ausfällt, desto stärker ist der Kapillareffekt im Fügebereich. In einem geringen Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil kann ein Kapillardruck in Richtung des Dichtungselements entstehen. Dieser Kapillardruck wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Aussparung umgekehrt, zumindest jedoch unterbrochen. Durch das erfindungsgemäße Anordnen der Aussparung wird im Fügebereich also ein zweiter Kapillardruck weg von dem Dichtungselement und hin zu dem Außenbereich erzeugt. Dieser zweite Kapillardruck wirkt dem Kapillardruck in Richtung des Dichtungselements entgegen, wodurch das Vordringen korrosiver Medien in den Fügebereich unterbunden, zumindest jedoch gehemmt ist. Das Dichtungselement wird so vor korrosiver Unterwanderung geschützt. Auf diese Weise kann ein Innenraum auch bei starker Belastung durch korrosive Medien aus dem Außenbereich effizient und dauerhaft abgedichtet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Innenraum elektronische Komponenten beherbergt, die beispielsweise auf das Eindringen von Feuchtigkeit besonders empfindlich reagieren. Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich daher insbesondere zum Einsatz in Elektrofahrzeugen um beispielsweise einzelne Motoren abzudichten. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Anordnung kostengünstig und einfach realisierbar. Die Aussparung kann bei den verwendeten Bauteilen mittels Fräsen eingezogen werden, oder direkt bereits beim Gießen des entsprechenden Bauteils eingebracht werden. Es ist nicht mehr erforderlich metallische Bauteile kostenaufwändig zu eloxieren oder zu passivieren. Auch kann die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise Innenräume mit einer Druckdifferenz zum Außenbereich abdichten, was mit einer Flüssigdichtung nicht möglich ist.
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Der Innenraum kann durch ein Gehäuse begrenzt sein. Der Innenraum kann durch das erste Bauteil und das zweite Bauteil vollständig begrenz werden, dabei bilden das erste und das zweite Bauteil das Gehäuse. Der Innenraum kann auch durch das erste Bauteil, das zweite Bauteil und zumindest ein weiteres Bauteil vollständig begrenzt sein. Der Innenraum kann auch durch vier oder mehr Bauteile vollständig begrenzt sein.
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Die Anordnung kann als Axialdichtung oder als Radialdichtung ausgeführt sein.
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Der Fügebereich ist die Fläche, an welcher das zweite Bauteil an dem ersten Bauteil angeordnet ist. Der Fügebereich ist insbesondere die Fläche, an welcher eine Bauteiloberfläche des zweiten Bauteils an einer Bauteiloberfläche des ersten Bauteils angeordnet ist. Das erste Bauteil kann in dem Fügebereich mit dem zweiten Bauteil zumindest teilweise in Kontakt gebracht sein.
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Die Bauteiloberflächen des ersten Bauteils und des zweiten Bauteils können fertigungsbedingte Toleranzen aufweisen. Dies kann zur Ausbildung enger Spalten in dem Fügebereich führen, was bedeutet, dass die Bauteiloberfläche des ersten Bauteils und die Bauteiloberfläche des zweiten Bauteils in dem Fügebereich zumindest teilweise voneinander beabstandet sein können.
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Das erste Bauteil kann ein nach zumindest einer Seite hin offenes Gehäuse sein. Das zweite Bauteil kann eine Abdeckplatte, ein Stopfen, ein Sensorelement, ein Kolben oder dergleichen sein.
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Das Dichtungselement besteht aus zumindest einem Dichtmaterial. Das Dichtmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kitt, Bitumen, Silikon, Polyurethan, ein Elastomer, ein Polymer auf Basis eines Elastomers oder Kombinationen daraus. Bevorzugt ist das Dichtmaterial ein Elastomer.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Aussparung in dem ersten und/oder in dem zweiten Bauteil eingebracht und an den Fügebereich angeordnet. Die Aussparung kann in dem ersten Bauteil oder in dem zweiten Bauteil eingebracht sein. Dies hat den Vorteil, dass die Aussparung flexibel eingebracht werden kann. Beispielsweise müssen Bauteile mit konstruktiven Besonderheiten, an denen das Einbringen der Aussparung nicht möglich ist, nicht neu konzipiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Dichtungselement in einer Dichtungsaufnahme angeordnet, die in dem ersten oder in dem zweiten Bauteil eingebracht und an den Fügebereich angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Dichtungselement in der Dichtungsaufnahme stabilisiert ist. Das Dichtungselement kann so beispielsweise gegen das Verrutschen durch mechanischen Druck gesichert werden.
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Das Dichtungselement ist in der Dichtungsaufnahme zusätzlich befestigbar. Diese zusätzliche Befestigung des Dichtungselements kann mittels Verschrauben, Verstiften oder Verkleben erfolgen.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Querschnitt der Aussparung größer, als der Querschnitt des Fügebereichs. In anderen Worten ist die Aussparung derart ausgeführt, dass die Kapillarwirkung des Fügebereichs im Bereich der Aussparung unterbrochen ist. Die Aussparung weist daher im Querschnitt einen Durchmesser auf, der groß genug ist um den Kapillareffekt zu unterbrechen. Da der Kapillareffekt von der Zusammensetzung der jeweiligen Flüssigkeit abhängt, kann der Durchmesser der Aussparung hier den entsprechenden Erfordernissen angepasst werden. Die Berechnung des Kapillareffekts einer Flüssigkeit erfolgt mittels der Kapillargleichung:
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Dabei sind:
- h = Steighöhe der Flüssigkeitssäule
- σ = Oberflächenspannung
- θ = Kontaktwinkel
- ρ = Dichte der Flüssigkeit
- g = Schwerebeschleunigung
- r = Radius der Röhre
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Die Steighöhe der Flüssigkeitssäule zeigt die Stärke des Kapillareffekts, dieser ist umso stärker, je höher die Steighöhe der Flüssigkeitssäule ist. Eine Unterbrechung des Kapillareffekts ist bei einer Steighöhe der Flüssigkeitssäule von null oder nahe null gegeben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Aussparung zum Außenbereich hin verjüngt. Dies hat den Vorteil, dass sich der Kapillardruck hin zu dem Außenbereich weiter erhöht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Aussparung mit einem Polymer beschichtet. Dies ist vorteilhaft, da die metallische Oberfläche der so beschichteten Aussparung nicht durch korrosive Medien angegriffen wird. Selbst wenn ein korrosives Medium bis in die Aussparung vordringt, kann diese so noch immer als Reservoir dienen um die korrosive Unterwanderung des Dichtungselements weiter zu verzögern.
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Geeignete Polymere können thermoplastische Polymere, duroplastische Polymere, Blends oder Copolymere daraus sein.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform enthält die Aussparung eine Zusammensetzung, welche die Oberflächenspannung von Wasser verringert. In anderen Worten ist die Aussparung zumindest teilweise mit zumindest einer Zusammensetzung befüllt, welche die Oberflächenspannung von Wasser verringert. Dies ist vorteilhaft, da eine Herabsetzung der Oberflächenspannung den Kapillareffekt verringert oder gänzlich bricht.
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Geeignete Zusammensetzungen umfassen zumindest eines oder mehrere Tenside.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten eines Fügebereichs zwischen einem ersten Bauteil und einem an dem ersten Bauteil angeordneten zweiten Bauteil, zwischen denen zumindest ein Dichtungselement und eine Aussparung in den Fügebereich zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet wird, wobei die Aussparung an dem Fügebereich zwischen dem Dichtungselement und einem Außenbereich eingebracht wird.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Abdichten eines Fügebereichs zwischen einem ersten Bauteil und einem an dem ersten Bauteil angeordneten zweiten Bauteil.
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Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest einen Innenraum, der mit einer erfindungsgemäßen Anordnung abgedichtet ist.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 Den schematischen Querschnitt einer Anordnung zur Abdichtung eines Fügebereichs aus dem Stand der Technik;
- 2 den schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung zur axialen Abdichtung eines Fügebereichs;
- 3 den schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung zur radialen Abdichtung eines Fügebereichs.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Die 1 zeigt im schematischen Querschnitt eine Anordnung 8 aus dem Stand der Technik zur Abdichtung eines Fügebereichs 12 zwischen einem ersten Bauteil 14 und einem an dem ersten Bauteil angeordneten zweiten Bauteil 16, die den Innenraum 22 vollständig begrenzen. Das erste Bauteil 14 ist ein nach einer Seite hin offenes Gehäuse. Das zweite Bauteil 16 ist eine Abdeckplatte. Das Dichtungselement 18 ist in der Dichtungsaufnahme 26 angeordnet, die in dem zweiten Bauteil 16 eingebracht und an den Fügebereich 12 angeordnet ist.
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In dem geringen Abstand zwischen dem ersten Bauteil 14 und dem zweiten Bauteil 16 entsteht der Kapillardruck P1 in Richtung des Dichtungselements 18. Dies begünstigt die Korrosion der Bauteiloberflächen im Fügebereich 12 und führt zu einer korrosiven Unterwanderung des Dichtungselements 18.
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Die 2 zeigt im schematischen Querschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 10 zur axialen Abdichtung eines Fügebereichs 12 zwischen einem ersten Bauteil 14 und einem an dem ersten Bauteil angeordneten zweiten Bauteil 16, die den Innenraum 22 vollständig begrenzen. Das erste Bauteil 14 ist ein nach einer Seite hin offenes Gehäuse. Das zweite Bauteil 16 ist eine Abdeckplatte.
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Das Dichtungselement 18 ist in der Dichtungsaufnahme 26 angeordnet, die in dem zweiten Bauteil 16 eingebracht und an den Fügebereich 12 angeordnet ist. Das Dichtungselement 18 ist in der Dichtungsaufnahme 26 zusätzlich befestigt. Diese zusätzliche Befestigung des Dichtungselements 18 erfolgt mittels Verschrauben, Verstiften oder Verkleben. Das Dichtungselement 18 ist in der Dichtungsaufnahme 26 stabilisiert und so gegen das Verrutschen durch beispielsweise mechanischen Druck gesichert.
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Das Dichtungselement besteht aus zumindest einem Dichtmaterial. Das Dichtmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe umfassend Kitt, Bitumen, Silikon, Polyurethan, ein Elastomer, ein Polymer auf Basis eines Elastomers oder Kombinationen daraus. Bevorzugt ist das Dichtmaterial ein Elastomer.
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Die Anordnung 10 weist eine Aussparung 20 auf, die an dem Fügebereich 12 zwischen dem Dichtungselement 18 und einem Außenbereich 24 angeordnet ist. Die Aussparung 20 ist als Nut ausgebildet und in dem zweiten Bauteil 16 eingebracht. In dem geringen Abstand zwischen dem ersten Bauteil 14 und dem zweiten Bauteil 16 entsteht der Kapillardruck P1 in Richtung des Dichtungselements 18. Durch die Aussparung 20 entsteht im Fügebereich 12 ein zweiter Kapillardruck P2 weg von dem Dichtungselement 18 und hin zu dem Außenbereich 24. Dieser zweite Kapillardruck P2 wirkt dem Kapillardruck P1 entgegen, wodurch das Vordringen korrosiver Medien in den Fügebereich 12 unterbunden wird. Das Dichtungselement 18 wird so vor korrosiver Unterwanderung geschützt. Auf diese Weise kann der Innenraum 22 auch bei starker Belastung durch korrosive Medien aus dem Außenbereich effizient und dauerhaft abgedichtet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Innenraum elektronische Komponenten beherbergt, die beispielsweise auf das Eindringen von Feuchtigkeit besonders empfindlich reagieren. Die Anordnung 10 eignet sich daher insbesondere zum Einsatz in Elektrofahrzeugen um beispielsweise einzelne Motoren abzudichten. Darüber hinaus ist die Anordnung 10 kostengünstig und einfach realisierbar. Die Aussparung 20 kann bei den verwendeten Bauteilen 14 und 16 mittels Fräsen eingezogen werden, oder direkt bereits beim Gießen des entsprechenden Bauteils (14, 16) eingebracht werden. Es ist nicht mehr erforderlich die metallischen Bauteile (14, 16) kostenaufwändig zu eloxieren oder zu passivieren.
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Die Aussparung 20 kann alternativ in dem ersten Bauteil 14 eingebracht sein. Die Aussparung 20 kann also flexibel eingebracht werden. Beispiels-weise müssen Bauteile mit konstruktiven Besonderheiten, an denen das Einbringen der Aussparung 20 nicht möglich ist, nicht neu konzipiert werden.
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Der Querschnitt der Aussparung 20 ist größer als der Querschnitt des Fügebereichs 12. In anderen Worten ist die Aussparung derart ausgeführt, dass die Kapillarwirkung des Fügebereichs 12 im Bereich der Aussparung 20 unterbrochen ist. Die Aussparung 20 weist daher im Querschnitt einen Durchmesser auf, der groß genug ist um den Kapillareffekt zu unterbrechen.
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Die Aussparung 20 kann zum Außenbereich 24 hin verjüngt sein. Dies hat den Vorteil, dass sich der Kapillardruck P2 hin zu dem Außenbereich 24 weiter erhöht.
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Die Aussparung 20 kann mit einem Polymer beschichtet sein. Das Polymer ist ein thermoplastisches Polymer. Dies ist vorteilhaft, da die metallische Oberfläche der so beschichteten Aussparung 20 nicht durch korrosive Medien angegriffen wird. Selbst wenn ein korrosives Medium bis in die Aussparung vordringt, kann diese so noch immer als Reservoir dienen um die korrosive Unterwanderung des Dichtungselements 18 weiter zu verzögern.
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Die Aussparung kann zumindest teilweise mit einer Zusammensetzung befüllt sein, welche die Oberflächenspannung von Wasser verringert. Die Zusammensetzung umfasst zumindest ein Tensid. Dies ist vorteilhaft, da eine Herabsetzung der Oberflächenspannung den Kapillareffekt verringert oder gänzlich bricht.
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Die 3 zeigt im schematischen Querschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 10 zur radialen Abdichtung eines Fügebereichs 12 zwischen einem ersten Bauteil 14 und einem an dem ersten Bauteil angeordneten zweiten Bauteil 16, die den Innenraum 22 vollständig begrenzen. Das erste Bauteil 14 ist ein nach einer Seite hin offenes Gehäuse. Das zweite Bauteil 16 ist ein Sensorelement.
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Die weiteren Merkmale entsprechen denen der 2.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine Anordnung zur Abdichtung eines Fügebereichs bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 1584265 A [0004]
- US 3669755 A [0005]
- DE 102010009772 A1 [0006]
