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Die
Erfindung betrifft eine zumindest im Wesentlichen metallische Flachdichtung
mit mindestens einer ersten Metallblechlage aus einem Federstahl sowie
mindestens einer zweiten Metallblechlage aus einem duktilen Stahl,
wobei die erste Lage mit mindestens einer Abdichtsicke und die zweite
Lage in mindestens einem Randbereich, welcher an einen freien, peripheren
oder einen inneren Rand der Metallblechlage angrenzt, mit mindestens
einer verdickten Zone als Abstützelement
zur Aufnahme von bei eingebauter Flachdichtung auf diese einwirkenden Pressungskräften versehen
ist.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine solche Flachdichtung, welche als Zylinderkopfdichtung ausgebildet
ist, und im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zylinderkopfdichtungen
erläutert
werden, obwohl sich eine erfindungsgemäße Flachdichtung auch für andere
Einsatzzwecke eignet, z. B. für eine
Dichtung zwischen einem Zylinderkopf und einem Auspuffkrümmer, oder
eine sogenannte Flanschdichtung zwischen miteinander durch Schrauben zu
verbindenden Flanschen zweier Rohre oder anderer Bauteile.
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Typisch
für eine
solche Flachdichtung ist z. B. die sich aus der US 2002/0063394-A1
ergebende Zylinderkopfdichtung, welche zwei äußere erste Metallblechlagen
aus einem Federstahl sowie eine zwischen diesen angeordnete zweite
Metallblechlage aufweist; um die Brennraumöffnungen dieser Zylinderkopfdichtung
herum sind die beiden äußeren ersten
Metallblechlagen mit in diese eingeprägten Abdichtsicken versehen,
welche beim Einbau der Zylinderkopfdichtung und im Motorbetrieb
dadurch gegen übermäßige Abflachungen
aufgrund der auf die Zylinderkopfdichtung einwirkenden Pressungskräfte geschützt werden,
dass die mittlere, zweite Metallblechlage um die Brennraumöffnungen
herum mit Verformungsbegrenzern (sogenannte Stopper) versehen ist,
die dadurch erzeugt wurden, dass um die Brennraumöffnungen
herum jeweils ein ringförmiger Randbereich
der zweiten Metallblechlage um- und auf die eigentliche Metallblechlage
zurückgefaltet wurde,
so dass dieser Randbereich eine ringförmige, verdickte Zone bildet.
Auf diese Weise ergibt sich zwar ein inkompressibles verdicktes
Abstützelement, welches
jedoch mehrere Nachteile hat: Auf die geschilderte Weise lässt sich
nur ein Abstützelement
erzeugen, dessen Dicke gleich dem Zweifachen der Blechdicke der
betreffenden Metallblechlage ist, für manche Einsatzzwecke wäre jedoch
ein Abstützelement
größerer Dicke
wünschenswert;
ferner lässt sich
in der geschilderten Weise nur ein Abstützelement erzeugen, dessen
Breite (also seine auf die zugehörige
Brennraumöffnung
bezogen radiale Abmessung) verhältnismäßig klein
ist, denn wollte man ein breiteres Abstützelement herstellen, würde das Blech
beim Umfalten des besagten Randbereichs von seinem freien Rand her
einreißen.
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Aus
dem US-Patent 1 587 626 ergibt sich eine aus einer Metallblechlage
hergestellte einlagige Zylinderkopfdichtung, bei der die Metallblechlage
um die Brennraumöffnungen
herum jeweils mehrfach derart auf sich selbst zurückgefaltet
wurde, dass sich um jede Brennraumöffnung herum ein verdicktes ringförmiges Abdichtelement
ergibt, in dessen Querschnitt das Metallblech ein S-förmiges Gebilde
oder ein Gebilde mit zwei ineinandergeschachtelten Ringen bildet,
deren Querschnitt jeweils einem liegenden U entspricht. Abgesehen
davon, dass diese bekannte Zylinderkopfdichtung eine einlagige Dichtung ist,
wegen der Herstellbarkeit der Abdichtelemente nicht aus einem Federstahlblech
bestehen kann und infolgedessen sich auch nicht mit den üblichen
höhenelastischen
Abdichtsicken versehen lässt,
bilden die verdickten Zonen Abdichtelemente und nicht etwa zu Abdichtelementen
hinzu kommende Abstützelemente;
ferner ist auch bei dieser bekannten Zylinderkopfdichtung die Dicke
einer verdickten Zone notwendigerweise stets ein Vielfaches der
Blechdicke, und außerdem
lassen sich auch diese verdickten Zonen nur mit einer geringen Breite
herstellen, weil sonst das Blech beim Umfalten einreißt.
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Bei
ein- und mehrlagigen metallischen Zylinderkopfdichtungen verwendet
man verdickte Abstützelemente
auch an anderen Stellen als um abzudichtende Öffnungen der Zylinderkopfdichtung
herum: Bei einem Mehrzylindermotor hat die übliche Lage der Zylinderkopfschrauben
zur Folge, dass der Zylinderkopf im Bereich seiner Schmalseiten,
d. h. seiner Längsenden,
tendenziell stärker
nach unten, d. h. in Richtung auf den Motorblock, gezogen wird;
außerdem
haben im Motorbetrieb die hohen, in den Brennräumen herrschenden Gasdrücke zur
Folge, dass sich der Zylinderkopf im Motorbetrieb zwischen seinen
Längsenden
wenn auch geringfügig
aufwölbt. Diesen
beiden Effekten hat man schon dadurch entgegengewirkt, dass man
die Zylinderkopfdichtung im Bereich ihrer Längsenden mit verdickten Zonen
versieht, welche als erhöhte
Abstützelemente
für die Längsenden
des Zylinderkopfs dienen. Zur Herstellung dieser Abstützelemente
werden üblicherweise an
der Peripherie einer Metallblechlage der Zylinderkopfdichtung vorgesehene
zungen- oder lappenartige Randbereiche umgefaltet und so auf die
eigentliche Metallblechlage zurückgelegt.
Auch hier gilt wieder, dass die Dicke dieser Abstützelemente
notwendigerweise gleich dem doppelten der Blechdicke ist; außerdem ist
es problematisch, an einem in der Draufsicht runden Randbereich
der Metallblechlage ein Abstützelement
zu erzeugen, welches sich vom Rand der Zylinderkopfdichtung über ein
größeres Maß in das
Innere der Dichtung hineinerstreckt, weil dann, wie oben beschrieben,
das Blech beim Umfalten zum Einreißen neigt.
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Der
Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung der eingangs
erwähnten
Art vorzuschlagen, bei der der Konstrukteur in der Gestaltung eines
Abstützelements
nicht den vorstehend geschilderten Einschränkungen unterworfen ist.
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Diese
Aufgabe lässt
sich erfindungsgemäß dadurch
lösen,
dass das Abstützelement
von mindestens einer in den Randbereich der zweiten Lage aus duktilem
Stahl eingeprägten,
länglichen
und sich ungefähr
parallel zum freien Rand des Randbereichs erstreckenden Auswölbung der
zweiten Lage gebildet wird und derart komprimiert wurde, dass das
Metallvolumen des Abstützelements
ein Vielfaches des gesamten Hohlraumvolumens ist, welches das Abstützelement
sowie zwei an letztere angelegte und zur Ebene der zweiten Lage
parallele Tangentialebenen zwischen sich einschließen.
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Da
sich eine solche Auswölbung
ebenso wie herkömmliche
geprägte
Sicken in der gewünschten Höhe ohne
weiteres herstellen lässt,
sich mehrere solche Auswölbungen
gleichfalls problemlos unmittelbar nebeneinander herstellen lassen
und sich die Auswölbung
bzw. mehrere nebeneinander liegende Auswölbungen mittels eines geeigneten
Presswerkzeugs senkrecht und/oder parallel zur Lagenebene stark
komprimieren lässt
bzw. lassen, ermöglicht
es die Erfindung, ein Abstützelement
mit einer vorgegebenen gewünschten
Höhe und/oder
Breite durch einfache Umformtechniken herzustellen, was sonst nur mit
auf eine Metallblechlage aufgeschweißten oder in anderer Weise
aufgebrachten, separat herzustellenden Abstützelementen gelingt.
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Im
Zusammenhang mit der Erfindung sei noch bemerkt, dass unter einem
Federstahlblech ein solches Stahlblech zu verstehen ist, welches
gewährleistet,
dass die in ihm ausgebildete Abdichtsicke auch bei eingebauter Flachdichtung
und unter Betriebsbedingungen höhenelastisch
ist – typische solche
Federstähle
für die
Herstellung von Zylinderkopfdichtungen sind die Stahlsorten mit
einer Streckgrenze Re von mehr als 1000 N/mm2.
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Hingegen
ist unter einer Metallblechlage aus einem duktilen Stahl ein solches
Metallblech zu verstehen, welches sich durch Umformen mittels eines Präge- und/oder Presswerkzeugs
dauerhaft plastisch verformen lässt,
und für
diesen Einsatzzweck typische Stahlsorten sind solche, welche – vor dem
Umformen – eine
Streckgrenze Re von weniger als 600 N/mm2 aufweisen.
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Es
sei aber darauf hingewiesen, dass sich durch hinreichendes Komprimieren
der Auswölbung bzw.
der nebeneinander liegenden Auswölbungen ein
Abstützelement
erzeugen lässt,
welches unter den beim Einbau der Flachdichtung sowie im Betrieb auftretenden
Pressungskräften
druckfest und nicht höhenverformbar
ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Abstützelement kann
in einer Draufsicht auf seine (d. h. die zweite) Lage eine mäanderförmige Gestalt
aufweisen, ähnlich
wie dies bei den Abstützelementen
der Fall ist, welche sich aus den 17 und 19 der EP-1 298 364-B1 ergeben.
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Ergänzend zu
dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik sei noch auf die
DE-100 60 872-A1 hingewiesen, weil sich aus deren 2 eine dreilagige
metallische Zylinderkopfdichtung ergibt, bei der die beiden äußeren Metallblechlagen
aus Federstahlblech für
jede Brennraumöffnung
eine diese umschließende
Abdichtsicke aufweisen, welche in Richtung auf die mittlere Metallblechlage
vorspringt, die radial innerhalb einer jeden Abdichtsicke (auf die jeweilige
Brennraumöffnung
bezogen) mit einem dem Schutz der Abdichtsicke dienenden Verformungsbegrenzer
oder Stopper versehen ist; dieser hat die Form mehrerer in die mittlere
Metallblechlage eingeprägten
Sicken, die die Brennraumöffnung
ringförmig
umgeben und unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, so dass der
die Brennraumöffnung umgebende
Ringbereich der mittleren Metallblechlage im Querschnitt ein Wellenprofil
besitzt. Dieser sogenannte Wellenstopper kann jedoch aufgrund seiner
Gestaltung unter dem Einfluss der beim Einbau der Zylinderkopfdichtung
sowie im Motorbetrieb auftretenden Pressungskräfte niemals druckfest (d. h. nicht
höhenverformbar)
sein, und das Metallvolumen des Wellenstoppers, d. h. des Abstützelements
dieser bekannten Zylinderkopfdichtung, beträgt auch nicht ein Vielfaches
(im Sinne der vorliegenden Erfindung) des gesamten Hohlraumvolumens,
welches das Abstützelement
sowie zwei an letztere angelegt und zur Ebene der mittleren Metallblechlage
parallele Tangentialebenen zwischen sich einschließen – unter einem
Vielfachen im Sinne der vorliegenden Erfindung soll mindestens das
3-fache, vorzugsweise mindestens das ungefähr 5-fache, verstanden werden.
Auch kann erfindungsgemäß das Hohlraumvolumen
mit einer Beschichtung ausgefüllt
sein, z. B. mit einem wärmebeständigen Harz.
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Bei
der zu dem Abstützelement
zu komprimierenden Auswölbung
könnte
es sich zunächst
um eine übliche,
in die zweite Metallblechlage eingeprägte sogenannte Vollsicke mit
ungefähr
kreisbogenförmigem
oder U-förmigem
Querschnitt handeln, welche sodann mittels eines entsprechenden
Presswerkzeugs an einer Vergrößerung ihrer
Breite gehindert sowie quer zu ihrer Längsrichtung und zumindest ungefähr senkrecht
zur Ebene der zweiten Lage so stark komprimiert und umgeformt wird,
dass der zunächst
von der konkaven Seite der Sicke gebildete Hohlraum nahezu verschwindet
und das Abstützelement
im Querschnitt insbesondere einen ungefähr rechteckigen Block bildet,
welcher an der Stelle des zuvor von der Sicke gebildeten Hohlraums
nur noch eine kleine Rinne aufweist.
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Zusätzlich oder
alternativ kann die Auswölbung,
d. h. also insbesondere eine Sicke, aber auch durch ein entsprechendes
Werkzeug an einer Vergrößerung der
Höhe der
Auswölbung
gehindert sowie quer zu ihrer Längserstreckung
und parallel zur Ebene der zweiten Lage so stark komprimiert und umgeformt werden,
dass aus der zuvor vorhandenen Auswölbung wiederum ein kompakter
Block entsteht – wurde
von einer üblichen
Vollsicke ausgegangen, liegen dann die seitlichen Sickenschenkel
gegeneinander an, und der Block hat auf seiner einen Seite höchstens
noch eine sehr kleine Rinne.
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Bei
diesem Umformvorgang bzw. diesen Umformvorgängen lässt sich mit einem geeigneten Presswerkzeug
das Abstützelement
nicht nur kalibrieren (insbesondere hinsichtlich seiner Höhe), sondern
erfindungsgemäß auch mit
einem Höhenprofil versehen,
so dass die Höhe
des Abstützelements längs desselben
variiert – ein
solches Höhenprofil
ist bei Verformungsbegrenzern, d. h. sogenannten Stoppern, an sich
bekannt und dient dazu, dem Umstand Rechnung zu tragen, dass die
Bauteile, zwischen denen die Flachdichtung eingespannt werden soll,
nicht überall
dieselbe Steifigkeit aufweisen und/oder die Einspannkräfte nicht überall gleich
groß sind,
so dass bei eingebauter, gepresster Flachdichtung die die letztere
zwischen sich aufnehmenden Dichtflächen der gegeneinander abzudichtenden
Bauteile keine ebenen Flächen
sind.
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Wenn
an einer Flachdichtung ein besonders breites (quer zu seiner Längsrichtung)
Abstützelement
erzeugt werden soll, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Abstützelement
von mehreren, ungefähr
parallel zueinander verlaufenden und einander benachbarten Auswölbungen
(bei denen es sich vor dem Komprimieren insbesondere um Vollsicken
handelt) gebildet wird, welche im Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung
der Auswölbungen zu einem
kompakten Mäandergebilde
komprimiert sind; ein besonders standfestes Abstützelement zeichnet sich dann
insbesondere dadurch aus, dass die Mäanderschlingen des Abstützelements
gegeneinander anliegen.
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Abstützelemente
der in Rede stehenden Art müssen
nicht in jedem Fall und überall
absolut druckfest und nicht höhenverformbar
sein – für manche Anwendungsfälle genügt auch
ein Abstützelement, welches
noch geringfügige
elastische und/oder plastische Eigenschaften aufweist. Bevorzugt
werden jedoch Ausführungsformen,
bei denen das Abstützelement
derart dimensioniert und der Stahl der zweiten Lage derart ausgewählt ist,
dass das Abstützelement unter
den beim Einbau der Flachdichtung sowie im Betrieb auftretenden
Pressungskräften
zumindest im Wesentlichen druckfest und nicht höhenverformbar ist.
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Insbesondere
dann, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Flachdichtung um eine Zylinderkopfdichtung
handelt, kann es vorteilhaft sein, wenn die zweite, mit dem Abstützelement
bzw. mit Abstützelementen
versehene Metallblechlage zwischen zwei ersten, mit Abdichtsicken
versehenen Metallblechlagen angeordnet ist, wobei dann ein Abstützelement
bzw. Abstützelemente
einen oder mehrere Stopper bilden kann bzw. können, welcher bzw. welche Abdichtsicken
der beiden ersten Metallblechlagen vor übermäßigen Verformungen schützt bzw. schützen.
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Dient
das Abstützelement
als Verformungsbegrenzer für
eine Abdichtsicke, ist das Abstützelement – in einer
Draufsicht auf die Flachdichtung – der Abdichtsicke benachbart.
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Soll
das Abstützelement
nur der Aufnahme von Pressungskräften
dienen, z. B. einen Zylinderkopf vor Verzügen schützen, wird es vorteilhafterweise
einem äußeren Rand
der Flachdichtung benachbart angeordnet.
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Wie
sich aus dem Vorstehenden ergibt, betrifft die Erfindung auch ein
Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, bei dem eine
Metallblechlage aus einem hinreichend duktilen Stahl zur Erzeugung
des Abstützelements
in einem von einem freien Rand begrenzten Randbereich dieser Metallblechlage
neben und entlang dieses Randbereichs fixiert und die mindestens
eine Auswölbung so
in die Metallblechlage eingeprägt
wird, dass dabei der freie Rand in Richtung auf den fixierten Bereich der
Metallblechlage gezogen wird. Bei dieser Art der Herstellung wird
also das für
das Prägen
der Auswölbung
erforderliche Material vom freien Rand der Metallblechlage her in
den umzuformenden Bereich gezogen, so dass durch das Prägen der
Auswölbung die
Blechdicke im Bereich der Auswölbung
zumindest nicht wesentlich reduziert wird.
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Da
sich bei dieser Art des Prägens
der Auswölbung
der freie Rand der Metallblechlage (sei es ein äußerer, d. h. peripherer Rand
der Metallblechlage oder der Rand einer in der Metallblechlage vorgesehenen Öffnung)
verlagert, empfiehlt es sich, nach der Bildung, d. h. der Fertigstellung
des Abstützelements,
diesen freien Rand nachzustanzen – erfindungsgemäß erhält also
der freie Rand des mit dem Abstützelement
versehenen Randbereichs der Metallblechlage erst nach der Bildung
des endgültigen Abstützelements
durch Stanzen seine endgültige Gestalt
und Lage.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den beigefügten
Ansprüchen
und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen
Darstellung bevorzugter Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Flachdichtung;
in der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen Teil einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
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2 einen
Schnitt nach der Linie 2-2 in 1, wobei
in diesem Schnitt eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt
ist;
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3A bis 3C drei
aufeinanderfolgende Schritte der Herstellung der ersten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Abstützelements;
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4A bis 4D vier
aufeinanderfolgende Schritte der Herstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abstützelements
sowie das fertige Abstützelement,
und
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5A bis 5D vier
aufeinanderfolgende Schritte der Herstellung einer dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Abstützelements
sowie das fertige Abstützelement.
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Die
in 1 zum Teil dargestellte Zylinderkopfdichtung hat
eine als Ganzes mit 10 bezeichnete Dichtungsplatte mit
mehreren Brennraumöffnungen 12 sowie
Schraubenlöchern 14 für den Durchtritt
von Zylinderkopfschrauben. Die Dichtungsplatte 10 ist aus
drei Metallblechlagen aufgebaut, nämlich zwei äußeren ersten Metallblechlagen 16 und
einer zwischen diesen angeordneten zweiten, inneren Metallblechlage 18.
Für die
Herstellung der beiden äußeren Metallblechlagen 16 wurde
ein Federstahlblech verwendet, für
die innere Metallblechlage 18 ein Blech aus einem verhältnismäßig duktilen
Stahl. Um jede Brennraumöffnung 12 herum
besitzt jede der äußeren Metallblechlagen 16 eine
als Vollsicke gestaltete Abdichtsicke 20; bei gegenüber der
dargestellten Ausführungsform
etwas abgewandelten Ausführungsformen
mit einem etwas größeren Abstand
der Brennraumöffnungen 12 voneinander
würde jede dieser
Abdichtsicken 20 einen in sich geschlossenen Kreisring
bilden, bei der dargestellten Ausführungsform zwingt der geringe
Abstand der Brennraumöffnungen 12 voneinander
jedoch dazu, dass in jeder der äußeren Metallblechlagen 16 die
Abdichtsicken 20 einander benachbarter Brennraumöffnungen 12 im
Bereich des zwischen den letzteren verlaufenden Stegs der Dichtungsplatte 10 ineinander
so übergehen,
dass jede der beiden äußeren Metallblechlagen 12 im
Stegbereich nur eine einzige Abdichtsicke 20 aufweist.
Wie besonders deutlich die 2 zeigt, sind
die Abdichtsicken 20 nicht unmittelbar an den Rändern der
Brennraumöffnungen 12 angeordnet, sondern
weisen vielmehr von diesen einen kleinen radialen Abstand auf.
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Für jede der
Brennraumöffnungen 12 ist
die innere Metallblechlage 18 mit einem in der Draufsicht auf
die Dichtungsplatte 10 kreisringförmigen Stopper versehen, bei
dem es sich um einen verdickten Bereich der inneren Metallblechlage 18 handelt,
und dieser verdickte Bereich bildet ein Abstützelement 22 im Sinne
der vorliegenden Erfindung. Bei eingebauter, d. h. gepresster Zylinderkopfdichtung
sowie im Motorbetrieb begrenzen die Abstützelemente 22 die Abflachung
der Abdichtsicken 20 und schützen diese so vor einer Beschädigung durch
eine übermäßige Verformung.
Wie die Abstützelemente 22 im
einzelnen gestaltet sind, wird anhand der 3A bis 3C noch
erörtert
werden.
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Die
Zylinderkopfdichtung kann an der inneren Metallblechlage 18 zusätzlich oder
alternativ periphere erfindungsgemäße Abstützelemente aufweisen, von denen
in 1 nur ein Abstützelement 26 dargestellt
wurde (an sich müsste
es in 1 gestrichelt dargestellt sein, da es von der
oberen Metallblechlage 16 überdeckt wird). Während die
Abstützelemente 22 an
freie innere Ränder
der Dichtungsplatte 10 angrenzen, grenzt das Abstützelement 26 an
einen freien peripheren Rand der Dichtungsplatte 10 an.
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Zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Abstützelements
an einer Metallblechlage wie der inneren Metallblechlage 18 der
in den 1 und 2 dargestellten Zylinderkopfdichtung
wird von einer ebenen Metallblechlage 30 (siehe 3A)
aus einem verhältnismäßig duktilen
Stahl ausgegangen, welche einen freien Rand 32 besitzt,
der nach der Fertigstellung dieser Metallblechlage einen peripheren, äußeren Rand
der Metallblechlage oder einen inneren freien Rand um eine Öffnung der
Metallblechlage herum bildet (gegebenenfalls nach einem vorstehend
beschriebenen Nachstanzen). An diesen Rand 32 schließt sich
ein Randbereich 34 der Metallblechlage 30 an,
welcher einen schmalen Streifen bildet, der parallel zum Rand 32 verläuft. Wie
die 3A und 3B zeigen,
wird die Metallblechlage 30 außerhalb des Randbereichs 34 fixiert,
und zwar mittels zweier Spannbacken 36 und 38,
welche nur senkrecht zur Metallblechlage 30 relativ zueinander verschiebbar,
ansonsten jedoch stationär
sind. Anschließend
wird in den Randbereich 34 ein wellenförmiges Profil eingeprägt, und
zwar mittels eines ein oberes und ein unters Werkzeugteil 40 bzw. 42 aufweisenden
Prägewerkzeugs;
dieses wellenförmige Profil
ist aus mehreren sickenartigen Auswölbungen 44 zusammengesetzt,
die sich parallel zueinander sowie zum freien Rand 32 erstrecken.
Vorteilhafterweise sind die Werkzeugteile 40 und 42 so
gestaltet und bei maximaler Annäherung
aneinander so positioniert, dass die Sickenfüße, d. h. die gemäß 3A unteren
Kuppen des Wellenprofils, in einer Ebene liegen, welche mit der
Unterseite des zwischen den Spannbacken 36, 38 eingespannten
Bereichs der Metallblechlage 30 fluchtet. Wie die 3A erkennen
lässt,
ist der freie Rand 32 während
des Prägens der
Auswölbungen 44 gemäß 3A nach
links, d. h. in Richtung auf den zwischen den Spannbacken 36, 38 eingespannten
Bereich der Metallblechlage 30 gewandert – natürlich muss
dies durch die Reibungsverhältnisse
zwischen der Metallblechlage und den Prägewerkzeugteilen ermöglicht werden,
eine Technik, die jedoch jedem Fachmann auf dem Gebiet des Prägens oder
Tiefziehens von Metallblechen geläufig ist.
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Für den nächsten Schritt
treten an die Stelle der Prägewerkzeugteile 40 und 42 zwei
Begrenzungsbacken 48 und 50, deren einander zugekehrte Stirnflächen 48a und 50a einen
Spalt 52 zwischen sich einschließen, dessen Höhe der Dicke
des herzustellenden erfindungsgemäßen Abstützelements entspricht. Gegebenenfalls
kann eine oder können
beide Stirnflächen 48a, 50a so
topographisch gestaltet sein, dass das herzustellende Abstützelement
ein entsprechendes Höhenprofil
aufweist. In diesen Spalt wird ein Stempel 53 eingefahren,
mit dem der mit dem Wellenprofil versehene Randbereich 34 der Metallblechlage 30 gemäß der Zeichnung
in horizontaler Richtung, und zwar in Richtung auf den fixierten Bereich
der Metallblechlage 30, komprimiert wird, bis die Schenkel
der die Auswölbungen 44 bildenden
Sicken gegeneinander anliegen, so wie dies die 3C zeigt;
auf diese Weise entsteht ein in 3C dargestelltes
erfindungsgemäßes Abstützelement 54,
bei dem es sich um einen einer Abdichtsicke zugeordneten Stopper
oder um ein Abstützelement
wie das Abstützelement 26 aus 1 handeln
kann. Wenn das Abstützelement 54 kein
gerades längliches
Element ist, sondern ein Abstützelement
mit bogenförmigem
Verlauf (in diesem Fall hat auch der in 3A gezeigte
Randbereich 34 in der Draufsicht auf die Metallblechlage 30 einen
bogenförmigen
Verlauf), treten an die Stelle des Stempels 53 mehrere Stempelsegmente,
welche jeweils in radialer Richtung nach außen bewegt werden, oder es
tritt an die Stelle des Stempels 53 z. B. ein aufweitbarer
Ring, der sich z. B. hydraulisch oder in anderer Weise ringsum gleichförmig aufweiten
lässt.
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Aus 3C ergibt
sich mit aller Eindeutigkeit, dass bei dem erfindungsgemäßen Abstützelement 54 dessen
Metallvolumen mindestens das Zehnfache des gesamten Hohlraumvolumens
ist, welches das Abstützelement
sowie zwei an letztere angelegte und zur Ebene der Metallblechlage 30 parallele,
d. h. gemäß 3C horizontale
Tangentialebenen 56 zwischen sich einschließen, denn
dieses Hohlraumvolumen wird von ganz kleinen, oben und unten am
Abstützelement 54 verbleibenden
Rillen sowie von im Querschnitt noch viel kleineren Hohlräumen gebildet,
welche die Mäanderschlingen,
die das Abstützelement 54 bilden,
zwischen sich einschließen.
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In
den 4A bis 4D wurden,
soweit möglich,
dieselben Bezugszeichen verwendet wie in den 3A bis 3C,
jedoch unter Hinzufügung eines
Strichs, und nachdem sich die Ausführungsform nach den 4A bis 4D von
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
nicht all zu sehr unterscheidet, werden im Folgenden auch nur die
Unterschiede beschrieben werden.
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In
den Randbereich 34' der
zwischen den Spannbacken 36' und 38' eingespannten
Metallblechlage 30' wird
mittels der Werkzeugteile 40' und 42' ein Profil
eingeprägt,
dessen Querschnitt einem flachen W ähnlich ist und über eine
Querschnittsverjüngung 43' in den eingespannten
Bereich der Metallblechlage 30' übergeht. Das Querschnittsprofil
des Randbereichs 34' hat
also eine Auswölbung 44' und zwei nach
oben geneigte Schenkel 44a' und 44b'. In einem zeichnerisch
nicht dargestellten Verfahrensschritt wird der Randbereich 34' um die Querschnittsverjüngung 43' um 90° nach oben
umgebogen, so dass sich die in 4B gezeigte
Form der Metallblechlage 30' ergibt.
Sodann wird die untere Spannbacke 38' gemäß den Zeichnungen etwas nach rechts
verschoben, so dass sie die in 4B dargestellte
Position einnimmt, worauf durch einen in 4B gezeigten
Stempel 54' der
Randbereich 34' quer
zu seiner Längserstreckung
komprimiert wird, wobei er so zwischen dem Stempel 54' und der Spannbacke 36' eingeschlossen
ist, dass sich der Randbereich 34' gemäß der Zeichnung in horizontaler
Richtung nicht verwerfen oder auswölben kann. Anschließend wird
der Randbereich 34' mittels
eines in 4C dargestellten Stempels 54a' um die Querschnittsverjüngung 43' wieder nach
unten geschwenkt und dann zwischen zwei Werkzeugteilen 48' und 50' in Richtung
senkrecht zu seiner Längserstreckung
und senkrecht zur Ebene der Metallblechlage 30' noch weiter
komprimiert, so dass sich ein kompaktes Abstützelement 54' ergibt, dessen
Querschnitt nahezu einem Rechteck entspricht, dessen Dicke jedoch
deutlich größer ist
als die Dicke der originären
Metallblechlage 30'.
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Auch
bei dieser zweiten Ausführungsform wandert
der freie Rand 32' des
Randbereichs 34' bei dem
in 4A dargestellten Prägevorgang gemäß der Zeichnung
nach links.
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Bei
der dritten, in den 5A bis 5D dargestellten
Ausführungsform
wird in einen Randbereich 34'' einer wieder
zwischen zwei Spannbacken 36'' und 38'' fixierten Metallblechlage 30'' eine sickenartige Auswölbung 44'' eingeprägt, und zwar mittels eines
Prägewerkzeugs,
welches ein oberes Werkzeugteil 40'' sowie
ein unteres Werkzeugteil 42'' aufweist. Sodann
wird der Randbereich 34'' in einem mehrteiligen,
in 5B dargestellten Prägewerkzeug komprimiert und
umgeformt. Dieses Prägewerkzeug
hat einen oberen Prägestempel 54a'', einen unteren Prägestempel 54b'', einen Pressstempel 54c'' sowie einen Widerlagerstempel 54d'', wobei in 5B die
Bewegungsrichtungen dieser Werkzeugteile durch Pfeile angedeutet
sind. Durch die an der gemäß der Zeichnung
linken Seite des Widerlagerstempels 54d'' vorgesehenen
Schrägflächen und den
Pressstempel 54c'' wird der Randbereich 34'' nicht nur senkrecht zur Ebene
der Metallblechlage 30'' komprimiert,
sondern auch in gemäß der Zeichnung
horizontaler Richtung. Es ergibt sich so ein Querschnittsprofil
des Randbereichs 34'', welches in der
Fachsprache des Konstrukteurs metallischer Flachdichtungen als Rechtecksicke
bezeichnet würde,
deren Querschnitt nahezu einem rechteckigen Block mit einer kleinen
Rinne an der Unterseite entspricht. In einem zweiteiligen, in 5C dargestellten
Presswerkzeug mit einem Presswerkzeugoberteil 70'' und einem Presswerkzeugunterteil 72'' wird der Randbereich 34'' in vertikaler Richtung noch weiter komprimiert,
so dass die vorstehend erwähnte
Rinne nahezu vollständig
verschwindet und sich ein erfindungsgemäßes Abstützelement 54'' ergibt, dessen Querschnitt nahezu
rechteckig ist, welches jedoch eine größere Dicke aufweist als die
originäre
Metallblechlage 30''. Wie in 5D durch
eine vertikale strichpunktierte Linie 80'' angedeutet
wurde, kann dann noch einmal nachgestanzt werden, damit der freie
Rand der Metallblechlage 30'' seine endgültige Gestalt
und Lage erhält.