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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderkopfhaube für einen
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Stand der Technik
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Zylinderkopfhauben
in Brennkraftmaschinen kommt neben der Abdeckfunktion die zusätzliche Aufgabe
zu, diverse Bauelemente aufzunehmen, welche für die Funktion der Brennkraftmaschine
erforderlich sind, beispielsweise Einspritzdüsen, Zündspulen oder Befestigungselemente
wie z. B. Schrauben. Zur Abdichtung des in die Zylinderkopfhaube einzuführenden
Bauteils sind Dichtungselemente erforderlich, die in Querrichtung – quer zur
Achse der Öffnung
in der Wandung der Zylinderkopfhaube gesehen – einen Spielausgleich zwischen
der Zylinderkopfhaube und dem exakt zu positionierenden, in die Öffnung der
Zylinderkopfhaube einzuführenden
Bauteil ermöglichen.
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Von
diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfach aufgebaute Zylinderkopfhaube anzugeben,
die mit mindestens einer Öffnung
zur Aufnahme eines weiteren Bauteils versehen ist, wobei dieses
weitere Bauteil in der Öffnung
in gewünschter
Weise zentriert bzw. einen Toleranzausgleich in Querrich tung ausführen können soll,
ohne dass die Dichtigkeit gegenüber
der Zylinderkopfhaube beeinträchtigt
ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche
geben zweckmäßige Weiterbildungen
an.
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Die
erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube für einen
Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist mindestens eine in ihre
Wandung eingebrachte Öffnung
zur Aufnahme eines weiteren Bauteiles auf, beispielsweise einer
Einspritzdüse,
einer Zündspule oder
eines Befestigungselementes wie Schrauben oder dergleichen. Zur
Abdichtung dieses weiteren Bauteils gegenüber der begrenzenden Wandung
ist in die Öffnung
ein Dichtungselement eingebracht, welches einen Stützkörper umfasst,
der von einem Elastomer umspritzt ist. Der Stützkörper verleiht sowohl dem Dichtungselement
selbst als auch dem umschlossenen Bauteil zusätzliche Stabilität, so dass das
Bauteil sicher in der Öffnung
in der Zylinderkopfhaube gehalten ist und diese Position auch bei
den üblichen,
im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Belastungen bzw.
Schwingungen beibehalten kann.
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Zum
andern ist über
die Nachgiebigkeit des Dichtungsmaterials gewährleistet, dass das Bauteil eine
gewünschte,
exakt auf den Zylinderkopf ausgerichtete Position einnehmen kann,
trotz ggf. vorhandener Bauteiltoleranzen insbesondere bei der Zylinderkopfhaube.
Die Nachgiebigkeit des Dichtungsmaterials erlaubt es, dass das Bauteil
bezogen auf die die Öffnung
begrenzenden Wandungen der Zylinderkopfhaube eine Relativverschiebung
in Querrichtung, also quer zur Achse der Öffnung ausführen kann. Hierdurch ist es
möglich,
Abweichungen von der Koaxialität
des einzuführenden
Bauteiles zu kompensieren.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführung
ist der Stützkörper des
Dichtungselementes einteilig mit der Zylinderkopfhaube ausgebildet
und über mindestens
einen Steg mit der die Öffnung
begrenzenden Wandung der Zylinderkopfhaube verbunden. Über den
Umfang verteilt ist zweckmäßigerweise eine
Mehrzahl derartiger Stege zur Verbindung des Stützkörpers mit der Zylinderkopfhaube
vorgesehen, beispielsweise vier derartige Stege. Die Stege erlauben
ein seitliches Verschieben des Stützkörpers in beide Querrichtungen,
bezogen auf die Achse der Öffnung,
und damit den gewünschten
Toleranzausgleich des in die Öffnung
eingeführten
weiteren Bauteils.
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Die
Stege können
Sollbruchstellen bilden, welche nach dem Umspritzen des Stützkörpers, der vorzugsweise
in dieser Ausführung
ringförmig
ausgebildet ist, durchtrennt werden, so dass die Verbindung zwischen
dem Stützkörper und
der Wandung der Zylinderkopfhaube allein über das Elastomer hergestellt
ist. Diese Ausführung
zeichnet sich durch ein Höchstmaß an Flexibilität und Dämpfung von Schwingungen
zwischen Zylinderkopfhaube und dem einzuführenden Bauteil aus.
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Möglich ist
es aber auch, die Stege nicht oder nicht vollständig oder nicht alle Stege
zu durchtrennen, sondern als Kunststoffverbindung zwischen dem Stützkörper und
der die Öffnung
begrenzenden Wandung der Zylinderkopfhaube zu belassen. In dieser
Ausführung
ist es jedoch zweckmäßig, dass
in die Stege ein Ausgleichsabschnitt eingebracht ist, der beispielsweise
in Form eines Schwanenhalses bzw. eines Knies ausgebildet ist, um
eine Verschiebung des Stützkörpers in
die Querrichtungen zu ermöglichen.
Es ist auch möglich,
dass ein Teil der Stege nachträglich
durchtrennt und ein anderer Teil nicht durchtrennt wird.
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Zur
Herstellung der Zylinderkopfhaube wird zunächst in einem ersten Verfahrensschritt
die Zylinderkopfhaube einschließlich
des Stützkörpers, der über Stege
mit der die Öffnung
begrenzenden Wandung verbunden ist, im Spritzgussverfahren hergestellt.
In einem darauf folgenden Verfahrensschritt wird der Stützkörper mit
dem Elastomer umspritzt, und zwar in der Weise, dass auch die die Öffnung begrenzenden
Wandungen von dem Elastomer erfasst werden, so dass der Stützkörper über das
Elastomer mit der Zylinderkopfhaube verbunden ist. In einem anschließenden Verfahrensschritt
werden schließlich die
Stege zumindest teilweise bzw. zumindest ein Teil der Stege durchtrennt.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der Erfindung ist das Dichtungselement als eigenständiges, separat
von der Zylinderkopfhaube ausgebildetes Bauteil gefertigt und in
die Öffnung
in der Zylinderkopfhaube eingesetzt.
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Der
Vorteil dieser Ausführung
liegt darin, dass das Dichtungselement vorgefertigt ist und erst nach
der Herstellung der Zylinderkopfhaube in die Öffnung eingeführt wird,
so dass die Herstellungsprozesse von Zylinderkopfhaube und Dichtungselement gekoppelt
sind. Auch in dieser Ausführung
ist eine gute Schwingungsdämpfung
sowie ein Toleranzausgleich des eingesetzten Bauteils in Querrichtung
gegeben, außerdem
kann das Bauteil mit der erforderlichen Stabilität in der Zylinderkopfhaube
aufgenommen werden.
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Das
Dichtungselement wird zweckmäßig allein
durch Eindrücken
in die Ausnehmung in der Zylinderkopfhaube mit dieser durch Festklemmen
verbunden. Das Festklemmen wird insbesondere dadurch bewirkt, dass
der Stützkörper des
Dichtungselementes einen konusförmigen
Dom aufweist, der eine Ausnehmung im Stützkörper begrenzt, welche im eingesetzten
Zustand mit der Öffnung
in der Wandung der Zylinderkopfhaube fluchtet. Die konusförmigen,
sich verjüngenden
Wandungen des Doms können
in die Öffnung
der Zylinderkopfhaube eingesetzt werden, wobei auf Grund der konusförmigen Erweiterung
mit zunehmendem Einsetzen auch ein zunehmendes Festklemmen des gesamten
Dichtungselementes an der Zylinderkopfhaube erreicht wird. Darüber hinaus
sind grundsätzlich
keine Befestigungsmaßnahmen
erforderlich, wenngleich diese ggf. vorgesehen sein können.
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Der
Stützkörper ist
vorzugsweise als Stützgerüst ausgebildet,
der eine Mehrzahl von Verstrebungen aufweist, die ebenfalls mit
dem Elastomer umspritzt sind. Die zusätzlichen Verstrebungen verleihen
dem Stützkörper zum
einen eine erhöhte
Stabilität,
zum andern sind verschiedenartige Geometrien des Stützkörpers realisierbar,
wodurch dem Stützkörper bzw.
dem Dichtelement zusätzliche
Aufgaben zukommen können,
beispielsweise eine Abstützfunktion
an der Oberseite der Zylinderkopfhaube oder die Aufnahme weiterer
Bauelemente bzw. die Befestigung eines Bauelementes am Stützkörper des
Dichtungselementes.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen,
der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Zylinderkopfhaube, in die eine Mehrzahl
von Öffnungen zum
Einsetzen weiterer Bauteile eingebracht sind, insbesondere zum Einsetzen
von Einspritzdüsen, wobei
in jede Öffnung
ein ringförmiger
Stützkörper eingebracht
ist, der an vier Stellen über
den Umfang verteil über
schmale Stege mit den die Öffnung
begrenzenden Wandungen der Zylinderkopfhaube verbunden ist,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
aus dem Bereich der Öffnung
mit dem über
die Stege fixierten, ringförmigen
Stützkörper,
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3 einen
Schnitt durch die Zylinderkopfhaube im Bereich der Öffnung mit
dem ringförmigen Stützkörper,
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4 eine 2 entsprechende
Darstellung, wobei der Stützkörper mit
einem Elastomer umspritzt ist, das auch die Randbereiche der die Öffnung begrenzenden
Wandungen der Zylinderkopfhaube umfasst,
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5 eine
Zylinderkopfhaube mit einem Dichtungselement, bestehend aus einem
mit Elastomer umspritzten Stützkörper in
einer weiteren Ausführung,
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6 der
Stützkörper des
Dichtungselementes in einer perspektivischen Einzeldarstellung,
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7 das
aus dem mit Elastomer umspritzten Stützkörper gebildeten Dichtungselement,
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8 einen
Schnitt durch das Dichtungselement.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung
dargestellt. 1 zeigt eine Zylinderkopfhaube 1,
die als Spritzguss-Kunststoffbauteil
ausgeführt
ist und eine Mehrzahl von Öffnungen 2 aufweist,
die zur Aufnahme eines weiteren Bauteils, beispielsweise jeweils
einer Einspritzdüse
dienen. In den Öffnungen 2 befindet sich
jeweils ein ringförmiger
Stützkörper 3,
der den lichten Durchmesser der Öffnung 2 re duziert.
Der ringförmige
Stützkörper 3 ist
einteilig mit der Wandung der Zylinderkopfhaube ausgebildet und
wird ebenso wie die Wandung der Zylinderkopfhaube im gleichen Verfahrensschritt
des Spritzgießens
hergestellt. Wie insbesondere 2 zu entnehmen,
ist der ringförmige
Stützkörper 3 an
seiner radialen Außenseite
nur über
insgesamt vier schmal ausgebildete Stege 4, die zueinander
um 90° winkelversetzt
angeordnet sind, mit der die Öffnung 2 begrenzenden Wandung 5 der
Zylinderkopfhaube 1 verbunden. Über die übrigen Winkelabschnitte besteht
dagegen keine Verbindung zwischen der radialen Außenkante des
ringförmigen
Stützkörpers 3 und
der Innenseite der die Öffnung 2 begrenzenden
Wandung 5 der Zylinderkopfhaube.
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Wie
der Schnittdarstellung gemäß 3 zu entnehmen,
weisen die Stege 4 zwischen dem ringförmigen Stützkörper 3 und der Wandung 5 der
Zylinderkopfhaube 1 eine verhältnismäßig geringe Dicke auf, die
kleiner ist als die Dicke des Stützkörpers 3 und
der Wandung 5. Auf Grund der geringen Dicke der Stege 4 bilden
diese Sollbruchstellen, die nach dem Umspritzen mit Elastomer durchtrennt
werden können.
Im umspritzten Zustand, der in 4 dargestellt
ist, bedeckt das Elastomer zweckmäßigerweise vollständig die
Oberfläche
des Stützkörpers 3,
so dass dieser vollständig
in das Elastomer eingebettet ist, wobei ggf. auch Ausführungen
in Betracht kommen, bei denen das Elastomer die Oberfläche des Stützkörpers nur
teilweise bedeckt. Außerdem
erstreckt sich das Elastomer bis zur Innen seite der die Öffnung 2 begrenzenden
Wandung 5 der Zylinderkopfhaube, so dass über das
Elastomer eine Verbindung zwischen dem Stützkörper 3 und der Wandung 5 der
Zylinderkopfhaube 5 gebildet ist. Diese Verbindung ist
ausreichend, um das Dichtungselement in der gewünschten Position in der Öffnung 2 zu
fixieren. Nach dem Umspritzen mit dem Elastomer können daher
die Stege 4 getrennt werden.
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Die
Stege 4 können
aber auch mit Ausgleichsabschnitten versehen sein, was in 3 über die
Biegung des Steges 4 angedeutet ist. Der Ausgleichsabschnitt
erlaubt in Quer- bzw. Radialrichtung einen Versatz bzw. eine Anpassung
der Position des in die Öffnung 2 und
in das Dichtungselement einzuführenden
zusätzlichen
Bauteils. Hierbei kann es zweckmäßig sein,
den Ausgleichsabschnitt in den Stegen 4 verhältnismäßig stark
ausgeprägt
auszuführen,
beispielsweise als Knie, wodurch eine Dehnung und Stauchung der
Stege erleichtert bzw. unterstützt
wird.
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In
den 5 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem das Dichtungselement 7 ein eigenständiges Bauteil
bildet, welches separat und unabhängig von der Zylinderkopfhaube 1 hergestellt
wird. Die Zylinderkopfhaube 1 kann wie im vorangegangenen
Ausführungsbeispiel
als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgeführt sein. Die Zylinderkopfhaube 1 ist
mit Öffnungen 2 zur
Aufnahme weiterer Bauteile versehen, beispielsweise zur Aufnahme von
Einspritzdüsen.
In die Öffnung 2 ist
das Dichtungselement 7 eingesetzt, das zur Zentrierung
und Abdichtung des ein gesetzten Bauteiles dient, wobei in Querrichtung,
also quer zur Achse der Öffnung 2, ein
Toleranzausgleich möglich
ist.
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Das
Dichtungselement 7 besteht aus dem Stützkörper 3, der in den 6 und 8 zu
erkennen ist, sowie einem Elastomer 6, mit dem der Stützkörper 3 umspritzt
ist. Der Stützkörper 3 bildet
ein Stützgerüst mit annähernd ovaler
Kontur, wobei in den Stützkörper eine
Ausnehmung 8 eingebracht ist, die im in die Zylinderkopfhaube 1 eingesetzten
Zustand mit der Öffnung 2 fluchtet.
Die Ausnehmung 8 befindet sich in einem Dom 9,
welcher einteilig mit den Wandungen des Stützkörpers ausgebildet ist und sich
konisch verjüngt.
Auf Grund der Konusform des Domes wird bei einem axialen Einsetzen
des Stützkörpers in
die Öffnung 2 in
der Zylinderkopfhaube 1 ein Festklemmen des gesamten Dichtungselementes 7 an
der Zylinderkopfhaube 1 bewirkt. Zugleich wird eine bestmögliche Zentrierung
mit koaxialer Ausrichtung von Öffnung 2 und
Ausnehmung 8 erreicht. Die Konusform des Domes 9 ermöglicht aber
auch einen Toleranzausgleich bei der Zentrierung des in die Öffnung 2 einzusetzenden,
weiteren Bauteils.
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Wie 6 weiter
zu entnehmen, weist der Stützkörper 3 eine
Mehrzahl von Verstrebungen 10 auf, die innerhalb der etwa
ovalen Kontur des Stützkörpers verlaufen
und die Ausnehmungen 11 und 12 begrenzen, die
zusätzlich
zu der mit der Öffnung 2 korrespondierenden
Ausnehmung 8 im Stützkörper 3 vorgesehen
sind. Die weiteren Ausnehmungen 11 und 12 dienen
beispielsweise zur Aufnehme weiterer Bauelemente, beispielsweise
für Befestigungselemente.
Möglich
ist aber auch eine Abstützungsfunktion,
indem beispielsweise die die Ausnehmung 12 begrenzenden
Wandungen zylindrisch ausgebildet sind und sich axial nach unten
erstrecken, so dass die freien Stirnseiten dieser Wandungen auf
der Oberseite der Zylinderkopfhaube aufliegen können.
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Wie
der Schnittdarstellung nach 8 zu entnehmen,
ist der Stützkörper 3 vollständig von
dem Elastomer 6 bedeckt.