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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in einem Motor verwendete
Zylinderkopfdichtung.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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In
der Technik ist bekannt, dass eine Zylinderkopfdichtung eine erste
und eine zweite Dichtungsplatte umfasst, die in einer einander überlappenden
Beziehung angeordnet und zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderkopf
eingeschoben sind, worin jede dieser jeweils eine Verbrennungskammeröffnung aufweist,
die zur fluchtenden Ausrichtung mit einer Zylinderbohrung ausgebildet
ist.
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In
einer Zylinderkopfdichtung vom beschriebenen Typ kann, wenn der
Explosionsdruck eines Motors erhöht
wird, ein Gas in einer Verbrennungskammer durch einen Zwischenraum
zwischen der Zylinderkopfdichtung und dem Zylinderkopf, zwischen
der Zylinderkopfdichtung und dem Zylinderblock oder zwischen einem
ersten und einem zweiten Dichtungssubstrat, die gemeinsam die Zylinderkopfdichtung
ausmachen, ausgestoßen
werden.
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Um
das Gewicht eines Motors zu verringern, wurde in der letzten Zeit
ein Zylinderblock aus Aluminium mit einer Buchse aus Gusseisen,
die gewöhnlich
auf der Zylinderbohrung vorgesehen ist, um die Abriebbeständigkeit
dieser sicherzustellen, verwendet. Eine solche Buchse kann mithilfe
einer Presspassung oder mittels einer Gusstechnik an dieser Stelle
gehalten werden. Bei der Presspassungstechnik wird das Ende der
Buchse mit einem Flansch ausgebildet, welcher aneinanderstoßend mit
einer auf dem Block ausgebildeten Versetzstufe angeordnet ist, so
dass beide Teile positioniert werden können, und die Buchse kann mittels
Presspassung im Zylinderblock befestigt werden.
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Bei
einem Mehrzylindermotor, der eine Vielzahl von pressgepassten Buchsen
umfasst, wenn jede Buchse auf dem Zylinderblock in einer regelmäßigen Weise montiert
ist, führt
dies im Ausmaß des Überstands
oberhalb der Oberfläche
des Zylinderblocks von Buchse zu Buchse oftmals zu geringfügigen Unterschieden.
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Demgemäß kann,
wenn die Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock angeordnet wird, welche daraufhin mittels Befestigungsbolzen
aneinandergeklemmt werden, ein Fehler eines Randwulsts auf der Zylinderkopfdichtung
in einem Bereich auftreten, welcher mit einer Buchse in Kontakt
kommt, welche über
die Oberfläche
des Zylinderblocks hinaus vorragt, wodurch ein übermäßiger hoher Kontaktdruck entsteht,
oder wodurch die Versetzstufe auf dem Zylinderblock, die an den
Buchsenflansch anstößt, verformt
werden kann, wodurch wiederum ein Gas in der Verbrennungskammer
durchgeblasen werden kann. Auch in einem Bereich der Zylinderkopfdichtung,
der von einer Buchse kontaktiert wird, die unterhalb der Oberfläche des
Zylinderkopfs zusammengedrückt
bleibt, um einen übermäßig geringen
Kontaktdruck aufzuweisen, ist es möglich, dass ein Durchblasen
eines Gases in der Verbrennungskammer hervorgerufen wird.
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Werden
der Zylinderkopf und der Zylinderblock durch die Befestigungsbolzen
aneinandergeklemmt, so ist der Oberflächendruck in einem Bereich angrenzend
an einen der Bolzen hoch, während
der Oberflächendruck
mit zunehmender Entfernung von den Bolzen abnimmt, wodurch die Dichtungsleistung einiger
Motoren in einem Abstand von den Befestigungsbolzen abnimmt, was
wiederum dazu führt, dass
es möglich
sein kann, dass es zu einem Durchblasen eines Gases in der Verbrennungkammer kommt.
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EP-A-0773
392 und
US 5544 899 offenbaren Dichtungen,
die erste und zweite Dichtungssubstrate umfassen, die mit Überständen ausgebildet
sind, wodurch die Zwischenräume
zwischen den Substraten definiert werden, wobei die Überstände plastisch
in die Richtung zu den Zwischenräumen
auf der Anordnung der Dichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem
Zylinderblock eines Motors hin verformt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Zylinderkopfdichtung bereit, die
das Auftreten des Durchblasens eines Verbrennungsgases noch wirksamer verhindern
kann.
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Die
Erfindung stellt auch eine Zylinderkopfdichtung bereit, die es ermöglicht,
dass das Auftreten des Durchblasens eines Verbrennungsgases dadurch
verhindert werden kann, dass es möglich gemacht wird, dass ein
Oberflächendruck,
der so gleichmäßig wie
möglich
ist, erreicht wird, wenn ein Zylinderkopf und ein Zylinderblock
durch Befestigungsbolzen aneinandergeklemmt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Zylinderkopfdichtung bereitgestellt, umfassend
ein erstes und ein zweites Dichtungssubstrat, die in überlappender
Beziehung zueinander in Anordnung zwischen einem Zylinderkopf und
einem Zylinderblock eines Motors angeordnet sind und zur fluchtenden Anordnung
mit einer Zylinderbohrung im Zylinderkopf eine in diesem ausgebildete
Verbrennungskammeröffnung
aufweisen, wobei das erste Dichtungssubstrat zur anliegenden Anordnung
am Zylinderkopf mit einem ersten inneren Vorsprung um die Verbrennungskammeröffnung herum
gebildet ist, der im Betrieb in Richtung Zylinderkopf vorsteht,
und das zweite Dichtungssubstrat zur anliegenden Anordnung am Zylinderblock
mit einem zweiten inneren Vorsprung um die Verbrennungskammeröffnung herum
gebildet ist, der im Betrieb in Richtung Zylinderkopf vorsteht, wobei
das erste und das zweite Dichtungssubstrat in überlappender Beziehung zueinander
angeordnet sind, um einen Zwischenraum zwischen dem ersten und dem
zweiten inneren Vorsprung zu definieren, wobei die Anordnung eine
solche ist, dass wenn das erste und das zweite Dichtungssubstrat
in einem Motor eingebaut sind, um zwischen dem Zylinderkopf und
dem Zylinderblock eingeschoben zu sein, der erste und der zweite
innere Vorsprung in Richtung des zwischen ihnen definierten Zwischenraums
plastisch verformt werden, gekennzeichnet durch eine erste Platte
und eine zweite Platte auf gegenüberliegenden
Seiten des zusammengesetzten Paars der Dichtungssubstrate, wobei
jede Platte zur fluchtenden Ausrichtung mit der Zylinderbohrung
eine in dieser ausgebildete Verbrennungskammeröffnung umfasst, und wobei die
erste Platte, die in überlappender
Beziehung mit dem ersten Dichtungssubstrat angeordnet ist, mit einer
ersten Voll-Randwulst um die Verbrennungskammeröffnung herum gebildet ist,
die in Richtung des ersten inneren Vorsprungs vorsteht, und die
zweite Platte, die in überlappender
Beziehung mit dem zweiten Dichtungssubstrat angeordnet ist, mit
einer zweiten Voll-Randwulst um die Verbrennungskammeröffnung herum
ausgebildet ist, die in Richtung des zweiten inneren Vorsprungs
vorsteht.
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Somit
durchlaufen gemäß der Erfindung, wenn
die Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock,
welche durch die Befestigungsbolzen aneinandergeklemmt werden, eingeschoben
ist, der erste innere Vorsprung des ersten Dichtungssubstrats und
der zweite innere Vorsprung des zweiten Dichtungssubstrats eine
plastische Verformung in eine Richtung zum zwischen diesen darin definierten
Zwischenraum hin.
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Unterscheidet
sich das Ausmaß der Überstände des
Vorsprungs oberhalb der Oberfläche
des Zylinderblocks von Buchse zu Buchse geringfügig, oder wenn der Oberflächendruck
in einem den Befestigungsbolzen nahen Bereich hoch und weiter davon weg
niedriger ist, so durchlaufen beide inneren Vorsprünge ein
Ausmaß einer
plastischen Verformung, das entsprechend dem Oberflächendruck
variiert, was wiederum dazu führt,
dass ein gleichmäßiger Kontaktdruck
sichergestellt wird, wodurch ein örtliches Durchblasen verhindert
werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Grundansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist
ein Querschnitt entlang der Linie II-II in 1;
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3 ist
ein Querschnitt entlang der Linie III-III in 1;
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4 ist
ein vergrößerter Querschnitt
eines in 3 dargestellten Teils;
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5 ist
ein vergrößerter Schnitt
einer plastischen Verformung von erhöhtem Ausmaß eines ersten inneren Vorsprungs 2A und
eines zweiten inneren Vorsprungs 3A;
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6 ist
ein vergrößerter Querschnitt
einer plastischen Verformung von verringertem Ausmaß des ersten
inneren Vorsprungs 2A und des zweiten inneren Vorsprungs 3A;
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7 ist
ein Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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8 ist
ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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9 ist
ein Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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10 ist
ein Querschnitt einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung; und
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11 ist
ein Querschnitt an einer anderen Position als der in 10.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsformen
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Es
sind nunmehr Ausführungsformen,
in welchen die vorliegende Erfindung auf eine Zylinderkopfdichtung
für einen
vierzylindrigen Tandemmotor angewendet wird, beschrieben.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 3 umfasst eine
Zylinderkopfdichtung 1 ein erstes Dichtungssubstrat 2 und
ein zweites Dichtungssubstrat 3 mit einer relativ vergrößerten Dicke,
die in überlappender
Beziehung angeordnet sind. Eine erste Platte 4 und eine zweite
Platte 5 mit einer relativ verringerten Dicke sind in überlappender
Beziehung mit der Vorder- und der Rückseite der Anordnung der Dichtungssubstrate angeordnet.
Wie in 1 gezeigt ist, sind vier Verbrennungskammeröffnungen 10 durch
die Dichtungssubstrate 2, 3 und die Platten 4, 5 in
fluchtender Ausrichtung mit einer Zylinderbohrung 9 eines
Motors ausgebildet, weiters auch Bolzenlöcher 11, um – nicht
dargestellte – Befestigungsbolzen
hindurchgehen zu lassen, und Wasserlöcher 12, durch welche ein
Kühlwasser
hindurchgeschickt wird. Die Dichtungssubstrate 2, 3 und
die Platten 4, 5 werden einstückig etwa mithilfe eines Lanzenverschlusses
verbunden.
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In
der Technik ist allgemein bekannt, dass die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen
einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) und einem Zylinderblock 13 eines
Motors angeordnet ist, welche einstückig durch zuvor angesprochene
Befestigungsbolzen aneinander befestigt werden, wodurch die Dichtung 1 zwischen
diesen eingeschoben wird, um dazwischen eine Abdichtung bereitzustellen.
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Das
obere oder erste Dichtungssubstrat 2, das zum nicht dargestellten
Zylinderkopf hin angeordnet ist, ist mit einem ersten inneren Vorsprung 2A, welcher
die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt und
zum Zylinderkopf hin vorsteht, ausgebildet, während das untere oder zweite
Dichtungssubstrat 3, das in die Richtung zum Zylinderblock 13 hin
angeordnet ist, mit einem zweiten inneren Vorsprung 3A ausgebildet
ist, der die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt
und in Richtung zum Zylinderblock 13 hin vorsteht.
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Der
erste und der zweite innere Vorsprung 2A, 3A sind
symmetrisch zueinander in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen
den Substraten 2, 3 ausgebildet, und wenn die
beiden Dichtungssubstrate 2, 3 in einer überlappenden
Beziehung angeordnet werden, wird ein Zwischenraum oder ein Luftraum 14 (siehe 4)
zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Vorsprung 2A, 3A, die
in einander entgegengesetzte Richtungen vorstehen, definiert.
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Zusätzlich dazu
ist das erste Dichtungssubstrat 3 mit einem ersten äußeren Vorsprung 2B ausgebildet,
der den ersten inneren Vorsprung 2A umgibt und in die Richtung
zum Zylinderkopf vorsteht, und das zweite Dichtungssubstrat 3 ist
mit einem zweiten äußeren Vorsprung 3B ausgebildet,
der den zweiten inneren Vorsprung 3A umgibt und in die
Richtung zum Zylinderblock 13 vorsteht.
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Der
erste und der zweite äußere Vorsprung 2B, 3B sind
ebenfalls zueinander symmetrisch in Bezug auf eine ineinandergreifende
Fläche
zwischen den beiden Dichtungssubstraten 2, 3 ausgebildet, wobei
bei Anordnung der beiden Dichtungssubstrate 2, 3 in
einer überlappenden
Beziehung ein Zwischenraum oder Luftraum 15 (siehe 4)
zwischen dem ersten und dem zweiten äußeren Vorsprung 2B, 3B, welche
in jeweils einander entgegengesetzte Richtungen vorstehen, definiert
werden kann.
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Die
einander entgegengesetzten Flächen des
ersten und des zweiten inneren Vorsprungs 2A, 3A sind
als ringförmige
Rillen ausgebildet, welche die Verbrennungskammeröffnung 10 umgeben
und den Luftraum 14 definieren. Wie vergrößert in 4 dargestellt
ist, wird jede dieser ringförmigen
Rillen mit einer Seitenwand 2Aa, oder 3Aa, ausgebildet,
die auf dem Innenumfang oder in die Richtung zur Verbrennungskammeröffnung 10 hin
liegt, sowie mit einer weiteren Seitenwand 2Ab oder 3Ab auf
dem Außenumfang.
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Im
Gegensatz dazu sind die einander gegenüberliegenden Oberflächen des
ersten und des zweiten äußeren Vorsprungs 2B, 3B nicht
als ringförmige Rillen
sondern als Ausnehmungen ausgebildet, d.h. die beiden äußeren Vorsprünge 2B, 3B sind
mit Seitenwänden 2Ba, 3Ba zur
Verbrennungskammeröffnung 10 hin
so ausgebildet, dass sie diese umgeben, aber sie sind nicht mit
Seitenwänden
an der anderen Seite ausgeführt.
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Als
Konsequenz dessen wird, berücksichtigt man
einen Bereich zwischen einem Paar aneinander angrenzender Verbrennungskammeröffnungen 10, der
Luftraum 15 zwischen den Seitenwänden 2Ba, 3Ba,
die aneinander angrenzen, ausgebildet, wie dies in 3 dargestellt
ist, aber die Innenflächen der
beiden äußeren Vorsprünge 2B, 3B,
die als Ausnehmungen ausgebildet sind, berühren einander in anderen Bereichen
als dem Bereich zwischen dem Paar aneinander angrenzender Verbrennungskammeröffnungen 10.
Somit ist ersichtlich, dass der Luftraum 15 in einem Bereich
ausgebildet ist, der zwischen den Seitenwänden 2Ba, 3Ba und
einer Kontaktfläche
zwischen den beiden Ausnehmungsflächen liegt.
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Andererseits
ist die erste Platte 4 mit einer ersten Voll-Randwulst 4A ausgebildet,
welche die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt,
und einer ersten Halb-Randwulst 4B, welche die erste Voll-Randwulst 4A umgibt,
wobei die erste Voll-Randwulst 4A in die Richtung zum ersten
inneren Vorsprung 2A des Dichtungssubstrats 2 hin
vorsteht und die erste Halb-Randwulst 4B so ausgebildet
ist, dass sie in die Richtung zum ersten äußeren Vorsprung 2B des
ersten Dichtungssubstrats 2 hin vorsteht.
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Ähnlich ist
die zweite Platte 5 mit einer zweiten Voll-Randwulst 5A ausgebildet,
welche die Verbrennungskammeröffnung 10 umgibt,
und mit einer zweiten Halb-Randwulst 5B,
welche die zweite Voll-Randwulst 5A umgibt, wobei die zweite Voll- Randwulst 5A so
ausgebildet ist, dass sie in die Richtung zum zweiten inneren Vorsprung 3A des zweiten
Dichtungssubstrats 3 vorsteht, und die zweite Halb-Randwulst 5B so
ausgebildet ist, dass sie in die Richtung zum zweiten äußeren Vorsprung 3B des zweiten
Dichtungssubstrats 3 hin vorsteht. Es ist anzumerken, dass
die Voll-Randwulste 4A, 5A und die Halb-Randwulste 4B, 5B so
ausgebildet sind, dass sie eine Flächensymmetrie definieren.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist der Zylinderblock 13 mit einer Buchse 16 versehen,
wie dies in den 2 und 3 dargestellt
ist, und die Buchse 16 ist mit einem Flansch 16A an
ihrem oberen Ende ausgebildet, der sich radial nach außen erstreckt.
Die Buchse 16 ist als eine Presspassung im Zylinderblock 13 befestigt,
und die Bodenfläche
des Flansches 16A ist aneinanderstoßend mit der Oberseite einer
Versetzstufe 13A angeordnet, die im Zylinderblock 13 ausgebildet
ist, wodurch die Buchse 16 auf dem Zylinderblock 13 positioniert
wird.
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Der
erste innere Vorsprung 2A des ersten Dichtungssubstrats 2,
der zweite innere Vorsprung 3A des zweiten Dichtungssubstrats 3,
die erste Voll-Randwulst 4A der ersten Platte 4 und
die zweite Voll-Randwulst 5A der zweiten Platte 5 sind
als einander überlappende
Anordnung auf der Oberseite des Flansches 16A der Buchse 16 angeordnet.
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Andererseits
sind der erste äußere Vorsprung 2B des
ersten Dichtungssubstrats 3, der zweite äußere Vorsprung 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3, die erste Halb-Randwulst 4B der
ersten Platte 4 und die zweite Halb-Randwulst 5B der
zweiten Platte als einander überlappende
Anordnung auf der Oberseite des Zylinderblocks 13 an der
Außenseite
des Flansches 16A angeordnet. Unter dieser Bedingung wird
die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen dem Zylinderkopf und
dem Zylinderblock 13 durch Befestigungsbolzen gehalten,
wie dies bereits obig ausgeführt
wurde.
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Mit
der beschriebenen Konstruktion ist die Zylinderkopfdichtung 1 zwischen
dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock 13 eines Motors
angeordnet und zwischen diesen abgedichtet, indem der Zylinderkopf
und der Zylinderblock 13 mittels Befestigungs bolzen aneinander
befestigt werden. Zu diesem Zeitpunkt durchlaufen der erste innere
Vorsprung 2A der ersten Dichtungsplatte 2 und
der zweite innere Vorsprung 3A der zweiten Dichtungsplatte 3 unter
dem Einfluss von Oberflächendruck
eine plastische Verformung in Richtung zum Luftraum 14 hin,
und der erste äußere Vorsprung 2B des
ersten Dichtungssubstrats 2 und der zweite äußere Vorsprung 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3 werden zum Luftraum 15 hin
plastisch verformt.
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Im
Fall, dass die Buchse 16 leicht oberhalb des Zylinderblocks 13 vorsteht,
wodurch der Oberflächendruck
in einem solchen Bereich erhöht
wird, erfahren der erste innere Vorsprung 2A und der zweite innere
Vorsprung 3A unter dem Einfluss des Oberflächendrucks
ein gesteigertes Ausmaß an
plastischer Verformung in Richtung zum Luftraum 14 hin,
wie dies in 5 gezeigt ist. Im Gegensatz
dazu erfahren, wenn die Buchse 16 vom Zylinderblock 13 geringfügig ausgenommen
ist, wodurch der Oberflächendruck
in einem solchen Bereich verringert wird, der erste innere Vorsprung 2A und
der zweite innere Vorsprung 3A unter Einfluss des Oberflächendrucks ein
geringes Ausmaß an
plastischer Verformung in Richtung zum Luftraum 14 hin,
wie dies in 6 veranschaulicht wird. Als
eine Konsequenz dessen kann ein Oberflächendruck, der so gleichmäßig wie
möglich
ist, über
den gesamten Bereich des Vierzylindermotors erhalten werden, wodurch
verhindert wird, dass ein Durchblasen von Verbrennungsgas in einem
Bereich mit reduziertem Oberflächendruck
erfolgt.
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Es
ist anzumerken, dass in Bezug auf eine einzelne Buchse 16 der
Oberflächendruck
an einer Position, die an das Bolzenloch 11 angrenzt, hoch
ist, aber an einer Position, die vom Bolzenloch 11 entfernt
ist, niedrig. Der erste innere Vorsprung 2A und der zweite
innere Vorsprung 3A erfahren aber ein Ausmaß einer
plastischen Verformung in die Umfangsrichtung der Verbrennungskammeröffnung 10, das
abhängig
von der Höhe
des Oberflächendrucks variiert,
wodurch es möglich
ist, einen Oberflächendruck
in die Umfangsrichtung der Verbrennungskammeröffnung 10 so gleichmäßig wie
möglich
zu halten.
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An
einer Position, an welcher der Oberflächendruck hoch ist, erfahren
der erste innere Vorsprung 2A und der zweite innere Vorsprung 3A unter dem
Einfluss des Oberflächendrucks
ein gesteigertes Ausmaß an
plastischer Verformung in die Richtung zum Luftraum 14 hin,
wie dies in 5 dargestellt ist, aber es ist
auch anzumerken, dass Bereiche, die sich nahe an den Seitenwänden 2Aa, 2Ab, 3Aa und 3Ab der
jeweiligen Vorsprünge 2A, 3A befinden,
eher weniger zu plastischer Verformung neigen als Mittelbereiche,
wodurch diese Seitenwandbereiche als eine Art Randwulst-Anschlag
wirken, wodurch verhindert wird, dass die jeweiligen Voll-Randwulste 4A, 5A übermäßig stark
zusammengedrückt
und somit beschädigt
werden. Dies gilt auch für
den ersten äußeren Vorsprung 2B,
den zweiten äußeren Vorsprung 3B,
die erste Halb-Randwulst 4B und die zweite Halb-Randwulst 5B.
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7 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, in welcher die inneren Vorsprünge 2A, 3A frei
bleiben, ohne dass sie in engen Kontakt zur Verbrennungskammeröffnung 10 gebracht
werden, während
die äußeren Vorsprünge 2B, 3B mit
Seitenwänden
auf sowohl dem Innen- als auch dem Außenumfang ausgebildet sind,
so dass die äußeren Vorsprünge in engem
Kontakt mit einander auf der Außenseite der
beiden Seitenwände
angeordnet werden.
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Zusätzlich dazu
sind die Position der Voll-Randwulste 4A, 5A und
der Halb-Randwulste 4B, 5B im Vergleich zur ersten
Ausführungsform
vertauscht, wobei die Halb-Randwulste 4B, 5B in überlappender
Beziehung mit den entsprechenden inneren Vorsprüngen 2A, 3A und
die Voll-Randwulste 4A, 5A in überlappender Beziehung mit
den äußeren Vorsprüngen 2B, 3B angeordnet
sind.
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Es
ist weiters anzumerken, dass die Voll-Randwulste 4A, 5A und
die äußeren Vorsprünge 2B, 3B näher zur
Verbrennungskammeröffnung 10 hin
angeordnet sind als in der ersten Ausführungsform, wodurch der Innenumfang
der äußeren Vorsprünge 2B, 3B in überlappender
Beziehung mit der Buchse 16 und die Voll-Randwulste 4A, 5A über der Buchse 16 und
dem Zylinderblock 13 angeordnet sind.
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8 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung, in welcher der erste äußere Vorsprung 2B des
ersten Dichtungssubstrats 3, der zweite äußere Vorsprung 3B des
zweiten Dichtungssubstrats 3, die erste Halb-Randwulst 4B der
ersten Platte 4 und die zweite Halb-Randwulst 5B der
zweiten Platte 5, die in der ersten Ausführungsform
dargestellt sind, weggelassen werden.
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Andererseits
ist eine Beilagscheibe 21 innerhalb des Luftraums 14 angeordnet,
um die Dichtungsleistung zu verbessern. Die Beilagscheibe 21 wird
aus Gründen
der Bedienung vorzugsweise zumindest an einem der Dichtungssubstrate 2 und 3 befestigt,
und sie kann am zweiten Dichtungssubstrat 3 durch Punktschweißung entlang
der Mittellinie der Beilagscheibe 21 befestigt werden.
Die Beilagscheibe 21 weist eine Dicke auf, die vorzugsweise
gleich oder geringer als 1/2 der Höhe des Luftraums 14 ist, der
zwischen den inneren Vorsprüngen 2A und 3A definiert
ist.
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Als
Alternative zur Beilagscheibe 21 kann eine Harzschicht
durch eine Harzlage, die haftend angebracht wird, oder durch das
Vorsehen einer Harzbeschichtung bereitgestellt werden. Vorzugsweise
umfasst die Harzschicht Polyamid oder Polyamideimid, das eine hohe
Wärmebeständigkeit
aufweist und mit einem Füllstoff
wie Graphit, Kohlefaser, Glasfaser oder Ton vermischt werden kann,
um Festigkeit; Wärmebeständigkeit
und/oder Haftung zu verbessern.
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Anstelle
der Beilagscheibe 21 oder der Harzschicht kann auch eine
abgeschrägte
Schicht bereitgestellt werden. Es ist zu verstehen, dass sowohl
die Beilagscheibe 21, die Harzschicht als auch die abgeschrägte Schicht
in der ersten oder zweiten Ausführungsform
bereitgestellt werden können.
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9 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung, die im Grunde genommen in ähnlicher Weise wie die erste
Ausführungsform
konstruiert ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden aber zur
Optimierung der Dichtungsleistung die Festigkeiten der inneren Vorsprünge 2A, 3A,
die in Richtung zu den Voll-Randwulsten 4A, 5A hin
angeordnet sind, so gewählt,
dass sie höher
sind als die Festigkeiten der äußeren Vorsprünge 2B, 3B,
die in Richtung zu den Halb-Randwulsten 4B, 5B hin
angeordnet sind.
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Noch
spezifischer wird das Ausmaß des Überstands
hf jedes der inneren Vorsprünge 2A, 3A so
gewählt,
dass es größer ist
als das Ausmaß des Überstands
der äußeren Vorsprünge 2B, 3B.
Zusätzlich
oder als Alternative dazu kann ein Anstiegswinkel θf jeder
Seitewand der inneren Vorsprünge 2A, 3A so gewählt werden,
dass er größer ist
als ein Anstiegswinkel θh
jeder Seitenwand der äußeren Vorsprünge 2B, 3B.
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Werden
die Festigkeiten der inneren Vorsprünge 2A, 3A,
die in Richtung zu den Voll-Randwulsten 4A, 5A hin
angeordnet sind, so gewählt, dass
sie größer als
die Festigkeiten der äußeren Vorsprünge 2B, 3B sind,
die in Richtung zu den Halb-Randwulsten 4B, 5B hin
angeordnet sind, so wird der Oberflächendruck, der im Bereich der Voll-Randwulste 4A, 5A während des
Befestigungsvorgangs erzeugt wird, größer als der Oberflächendruck,
der im Bereich der Halb-Randwulste 4B, 5B erzeugt
wird, so dass eine noch mehr optimierte Dichtungsleistung bereitgestellt
wird.
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Insbesondere
liegt eine Dichtkraft, die im Allgemeinen für eine Halb-Randwulst erforderlich
ist, in einer Größenordnung
von 0,3 bis 0,4 MPa, was erforderlich ist, um ein Eindringen von
Kühlwasser
auf die Stirnfläche
der Buchse zu verhindern, und auch um zu verhindern, dass ein Gas,
das aus der Voll-Randwulst auslecken kann, mit dem Kühlwasser
vermischt wird. Andererseits liegt eine Dichtkraft, die für eine Voll-Randwulst
erforderlich ist, in einer Größenordnung
von 6 bis 9 MPa, was erforderlich ist, um gegen den Explosionsdruck
eines Motors abzudichten. Entsprechend diesen Motorarten ist eine
höhere
Dichtkraft für
die Voll-Randwulst erforderlich. Somit ist die Dichtkraft, die für die Voll-Randwulst
erforderlich ist, größer als
die Dichtkraft, die auf die Halb-Randwulst angelegt wird.
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Ein
Zwischenraum zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock ist
so ausgeführt,
dass er in einem Umfangsbereich enger und in einem Bereich, der
von der Bohrung weiter entfernt ist, breiter ist. Demgemäß ist der
Oberflächendruck
im Bereich der äußeren Vorsprünge 2B, 3B relativ
höher,
was unerwünscht
ist, wenn die inneren Vorsprünge 2A, 3A eine
Versetzhöhe
aufweisen, die so gewählt
ist, dass sie gleich jener der äußeren Vorsprünge 2B, 3B ist,
der Oberflächendruck
im Bereich der äußeren Vorsprünge 2B, 3B wird
relativ höher
sein, was unerwünscht
ist.
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Zusätzlich dazu
ist der Oberflächendruck
im Bereich der äußeren Vorsprünge 2B, 3B relativ
höher,
was ebenso unerwünscht
ist, wenn die Buchse 16 unterhalb der Oberfläche des
Zylinderblocks 13 zusammengedrückt liegt. Steht aber die Buchse 16 über die
Oberfläche
des Zylinderblocks 13 hinaus, so ist der Oberflächendruck
im Bereich der inneren Vorsprünge 2A, 3A relativ
höher,
was erwünscht
ist.
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Unter
Berücksichtung
dieser Punkte kann die Dichtkraft der äußeren Vorsprünge 2B, 3B so
gewählt
werden, dass die Halb-Randwulste das Kühlwasser abdichten können, wenn
die Buchse 16 über die
Oberfläche
des Zylinderblocks 13 vorsteht.
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In
jeder oben beschriebenen Ausführungsform
weisen der erste innere Vorsprung 2A und der zweite innere
Vorsprung 3A einen identischen Querschnitt im Umfang der
Verbrennungskammeröffnung 10 auf,
aber ihre Form kann abhängig
von der Position der mit den Befestigungsbolzen assoziierten Bolzenlöcher 11 so
geändert
werden, dass ein gleichmäßigerer
Oberflächendruck
in der angrenzenden Umgebung der Bolzenlöcher 11 und in einem
von diesen entfernten Bereich vorherrscht.
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Insbesondere
kann in der unmittelbaren Umgebung des Bolzenlochs 11,
z.B. in einem Bereich, der innerhalb von 20° bis 30° mittig um eine Linie, welche
die Mitte der Verbrennungskammeröffnung 10 und
die Mitte des Bolzenlochs 11 verbindet, liegt, das Ausmaß des Überstands
h jedes der inneren Vorsprünge 2A, 3A,
wie in 4 veranschaulicht, verringert, seine radiale Breite
w vergrößert oder
ein Anstiegswinkel θ jeder
Seitenwand reduziert werden, und zwar im Vergleich zu einer entsprechenden
Menge an einer vom Bolzenloch 11 entfernten Stelle. Es ist
offensichtlich, dass diese gewählten
Größen auch kombiniert
werden können.
Alternativ dazu kann, anstelle der Bereitstellung eines Oberflächendrucks
in die Umfangsrich tung, der so gleichmäßig wie möglich ist, auch eine Konstruktion
verwendet werden, die einen geringfügig höheren Oberflächendruck
im an die Verbrennungskammeröffnung 10 angrenzenden
Bereich bereitstellt.
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10 zeigt
eine fünfte
Ausführungsform der
Erfindung, welche im Grunde genommen ähnlich wie die erste Ausführungsform
konstruiert ist.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein oberes oder erstes Dichtungssubstrat 102, das in Richtung
zu einem nicht dargestellten Zylinderkopf hin angeordnet ist, mit
einem ersten inneren Vorsprung 102A ausgebildet, der eine
Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt
und in die Richtung zum Zylinderkopf hin vorsteht und weiters einen
radial mittigen Teil 102a aufweist, der nach unten oder
in die Richtung zu einem nicht dargestellten Zylinderblock hin vorsteht,
wodurch sich im Querschnitt eine Bogenkonfiguration ergibt. Andererseits
ist ein unteres oder zweites Dichtungssubstrat 103, das
in die Richtung zum Zylinderblock hin angeordnet ist, mit einem zweiten
inneren Vorsprung 103A ausgebildet, der die Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt
und nach unten vorsteht und weiters einen radial mittigen Teil 103a aufweist,
der im Querschnitt bogenförmig
ist und nach oben oder in Richtung zum Zylinderblock hin vorsteht.
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Der
erste innere Vorsprung 102A und der zweite innere Vorsprung 103A sind
in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen den beiden Dichtungssubstraten 102, 103 symmetrisch
zueinander ausgebildet, und wenn die beiden Dichtungssubstrate 102, 103 in überlappender
Beziehung angeordnet sind, so sind der radial mittige Teile 102a des ersten
inneren Vorsprungs 102A und der radial mittige Teil 103a des
zweiten inneren Vorsprungs 103A so angeordnet, dass sie
einander kontinuierlich in die Umfangsrichtung eng kontaktieren.
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Das
erste Dichtungssubstrat 103 ist auch mit einem ersten äußeren Vorsprung 102B ausgebildet, der
den ersten inneren Vorsprung 102A umgibt und nach unten
vorsteht, und das zweite Dichtungssubstrat 103 ist mit
einem zweiten äußeren Vor sprung 103B ausgebildet,
der den zweiten inneren Vorsprung 103A umgibt und nach
unten vorsteht.
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Der
erste äußere Vorsprung 102B und
der zweite äußere Vorsprung 103B sind
auch in Bezug auf eine ineinandergreifende Fläche zwischen den beiden Dichtungssubstraten 102, 103 symmetrisch zueinander
ausgebildet, und wenn beide Dichtungssubstrate 102, 103 in überlappender
Beziehung angeordnet sind, so sind der erste äußere Vorsprung 102B und
der zweite äußere Vorsprung 103B,
die in einander entgegengesetzte Richtungen vorstehen, voneinander
auf ihrer Seite, die anliegend an die Verbrennungskammeröffnung 110 angeordnet
ist, beabstandet, aber sie sind an einer Position, die um einen bestimmten
Abstand auf der gegenüberliegenden Seite
entfernt oder von der Verbrennungskammeröffnung 10 weg liegt,
miteinander in engem Kontakt gebracht.
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Es
ist anzumerken, dass der erste innere Vorsprung 102A und
der zweite innere Vorsprung 103A eine Höhe und einen Anstiegswinkel
entlang der Innen- und Außenumfänge aufweisen,
die in die Umfangsrichtung variieren. Insbesondere 10 zeigt
einen Querschnitt an einer Zwischenposition zwischen den Bolzenlöchern, durch
welche die Befestigungsbolzen hindurchgehen (die Stelle ist durch die
Linie III-III in 1 bezeichnet), und es ist an
dieser Position ersichtlich, dass der erste innere Vorsprung 102A und
der zweite innere Vorsprung 103A eine erhöhte Höhe h1 entlang
der Innen- und Außenumfänge sowie
einen vergrößerten Anstiegswinkel θ1 vom Körper der
Dichtungssubstrate 102, 103 aufweisen. Im Gegensatz
dazu zeigt 11 einen entsprechenden Querschnitt
an einer Position, die in der Nähe
eines Bolzenlochs, durch welches ein Befestigungsbolzen hindurchgeführt wird,
liegt. An dieser Position weisen der erste Vorsprung 102A und
der zweite innere Vorsprung 103A eine reduzierte Höhe h2 und
einen reduzierten Anstiegswinkel θ2 entlang der Innen- und Außenumfänge auf.
Die Höhen
h1, h2 und die Winkel θ1, θ2 sind in
einem Bereich vorherrschend, der sich mittig um die Zwischenposition
zwischen den Bolzenlöchern
und der Position, die in der Nähe
des Bolzenlochs liegt, erstreckt, wobei die Höhe und der Winkel sich gleichförmig von
einem zum anderen Wert verändern.
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Eine
erste Platte 104 ist mit einer ersten Voll-Randwulst 104a ausgebildet,
welche die Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt,
und mit einer ersten Halb-Randwulst 104B, welche die erste Voll-Randwulst 104A umgibt,
wobei die erste Voll-Randwulst 104A so ausgebildet ist,
dass sie in die Richtung zum ersten inneren Vorsprung 102A des
Dichtungssubstrats 102 hin vorsteht, und die erste Halb-Randwulst 104B so
ausgebildet ist, dass sie in die Richtung zum ersten äußeren Vorsprung 102B des
ersten Dichtungssubstrats 102 hin vorsteht.
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Ähnlich ist
eine zweite Platte 105 mit einem zweiten Voll-Randwulst 105A ausgebildet,
welche die Verbrennungskammeröffnung 110 umgibt,
und einer zweiten Halb-Randwulst 105B,
welche die zweite Voll-Randwulst 105A umgibt, wobei die
zweite Voll-Randwulst 105A so ausgebildet ist, dass sie
in die Richtung zum zweiten inneren Vorsprung 103A des
zweiten Dichtungssubstrats 103 vorsteht, und die zweite
Halb-Randwulst 105B so ausgebildet ist, dass sie in die
Richtung zum zweiten äußeren Vorsprung 103B des
zweiten Dichtungssubstrats 103 hin vorsteht. Es ist anzumerken,
dass die Voll-Randwulste 104A, 105A und die Halb-Randwulste 104B, 105B so
ausgebildet sind, dass sie eine Flächensymmetrie bereitstellen.
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Mit
der beschriebenen Konstruktion ist die Zylinderkopfdichtung 101 zwischen
einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eines Motors angeordnet
und zwischen diesen abgedichtet, indem der Zylinderkopf und der
Zylinderblock mittels Befestigungsbolzen einstückig aneinander befestigt werden.
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In
die Umfangsrichtung der Verbrennungskammeröffnung 110 betrachtet,
ist der Oberflächendruck
an einer Position, die nahe zum Befestigungsbolzen liegt, erhöht, während er
an einer Position, die von diesem entfernt ist, reduziert ist. Da
der erste innere Vorsprung 102A und der zweite innere Vorsprung 103A eine
im Umfang variierende Höhe,
wie dies durch h1 und h2 angezeigt ist, und auch einen im Umfang
variierenden Anstiegswinkel entlang der Innen- und Außenumfänge darauf aufweisen,
kann der Oberflächendruck,
der an den ersten inneren Vorsprung 102A und an den zweiten
inneren Vorsprung 103A angelegt wird, in die Umfangsrichtung
der Verbrennungskammeröffnung 10 gesehen,
so gleichförmig
wie möglich
gemacht werden.
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Ist
der Motor im Betrieb, so zeigt jedes Gas, das dazu neigt, dass es
durch einen Zwischenraum zwischen dem ersten inneren Vorsprung 102A und dem
zweiten inneren Vorsprung 103A nach außen durchgeblasen wird, einen
Druck, der den ersten inneren Vorsprung 102A in die Richtung
zum Zylinderkopf hin drückt
und der gleichzeitig den zweiten inneren Vorsprung 103A in
die Richtung zum Zylinderblock hin drängt. Der zwischen dem ersten
inneren Vorsprung und dem Zylinderkopf wirkende Oberflächendruck
steigt daraufhin an, wodurch die Dichtungsleistung eines solchen
Bereichs verbessert wird. Ähnlich
steigt auch der zwischen dem zweiten inneren Vorsprung und dem Zylinderblock
wirkende Oberflächendruck
an, wodurch ebenfalls die Dichtungsleistung in einem solchen Bereich
verbessert wird. Wird der erste innere Vorsprung 102a gegen den
Zylinderkopf und der zweite innere Vorsprung 103A gegen
den Zylinderblock gedrückt,
so drücken die
Reaktionskräfte
dieser Drücke
den radial mittigen Teil 102A des ersten inneren Vorsprungs 102A und den
radial mittigen Teil 103A des zweiten inneren Vorsprungs 103A miteinander
in einen engeren Kontakt, wodurch somit die Dichtungsleistung in
einem solchen Bereich verbessert wird.
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Auf
diese Weise werden das erste Dichtungssubstrat 102 und
das zweite Dichtungssubstrat 103 gegeneinander gedrückt, während sie
gleichzeitig unter dem Druck des Verbrennungsgases gegen den Zylinderkopf
bzw. den Zylinderblock gedrückt werden,
wodurch in einer viel wirksameren Weise als herkömmlich nach dem Stand der Technik
verhindert wird, dass das Verbrennungsgas durchgeblasen wird.
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Es
ist anzumerken, dass ein geringfügig
höherer
Oberflächendruck
im an die Verbrennungskammeröffnung 110 angrenzenden
Bereich aufgebaut werden kann, anstelle dass ein Oberflächendruck, der
so gleichmäßig wie
möglich
ist, in die Umfangsrichtung bereitgestellt wird.
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Eine
Reihe von Modifikationen, die obig angesprochen sind, können ebenfalls
auf die vorliegende Ausführungsform
angewendet werden.