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Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Dichtung, insbesondere Trägerrahmendichtung, die im Hinblick auf die Bestimmung und Einhaltung von Positionierungs- bzw. Montage-Toleranzen optimiert ist, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
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Im Bereich von Trägerrahmendichtungen gibt es vermehrt Systeme, bei denen Dichtungen mit anderen Bauteilen verbunden werden und dann als System oder Modul ans Montageband geliefert werden. Zur Verbindung von z. B. Trägerrahmendichtungen mit Blechölwannen werden an die Trägerrahmen Elastomer-Pins angespritzt, wobei diese dann in entsprechende Öffnungen an der Blechölwanne eingedrückt werden.
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Da bei neueren Systemen die Bauteile und somit Flanschflächen immer kleiner werden, sind alle vermeidbaren Systemtoleranzen zu eliminieren. Diese Toleranzen könnten dazu führen, dass eine Dichtung, die als Baugruppe zusammen mit einer Ölwanne montiert und geliefert wurde, nicht mehr vollständig auf dem Gehäuse oder Bauteilflansch aufliegt und es somit zu Undichtigkeiten kommen kann. Um die Systemtoleranzen so klein wie möglich zu halten, besteht daher die Forderung, dass alle Systembauteile – wie z. B. auch Dichtung und Ölwanne – gemeinsame übereinstimmende Fixierpunkte oder Nullpunkte besitzen. Idealerweise werden die Bauteile dann auch an diesen Nullpunkten aneinander fixiert, damit weitere Toleranzen eliminiert werden können und hierdurch zusätzliche Toleranzketten vermieden werden.
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Diese Forderung lässt sich bei bestimmten Bauarten von Dichtmodulen (z. B. Blechölwanne mit Trägerrahmendichtung und Elastomer-Fixierpins) heute nicht sinnvoll umsetzen. Die Problemstellung ist hierbei, dass grundsätzlich der Mittelpunkt eines elastomeren Montagepins als Nullpunkt der Dichtung gewählt werden sollte. Um minimale Systemtoleranzen zu erhalten, wird für die Vermessung und Tolerierung des Lochbildes und der Flanschfläche der Ölwanne ein Zentrierpin der Dichtung und eine Öffnung in der Ölwanne, in die der Zentrierpin gesteckt wird, als Nullpunkt gefordert.
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Wird der elastomere Pin als Nullpunkt gewählt, ergibt sich das messtechnische Problem, dass der elastomere Pin meist einen relativ kleinen Durchmesser besitzt, und zusätzlich natürlich flexibel ist, da er aus Elastomer besteht. Außerdem machen Einflüsse wie Materialschwund und Deformation eine Ausrichtung am elastomeren Pin sehr schwierig und stellen die Messung des gesamten Bauteils in Frage.
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Wird hingegen eine Verschraubungsöffnung im Metallträger als Nullpunkt gewählt, lässt sich das Bauteil (im Wesentlichen das Lochbild und somit auch die Lage der Dichtlippen) sehr gut messtechnisch erfassen, allerdings gibt es dann eine zusätzliche Messstrecke mit Toleranz bis zum angespritzten elastomeren Pin, die oft aufgrund der geringen Flanschüberdeckung oft nicht akzeptiert werden kann.
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Bei beiden Varianten besteht folgendes Problem, das mit dem metallischen Trägerrahmen zusammenhängt: Bei der Fertigung des metallischen Trägerrahmens kann es nur sinnvoll sein, auch wiederum den identischen Nullpunkt für die Herstellung und spätere Vermessung des Bauteils zu wählen. Nur so ergeben sich auch hierbei wieder minimale Abweichungen. Problemstellung ist hierbei, dass bei den bekannten Ausführungen der Pin auf die metallische Fläche des Trägerrahmens gespritzt wird. Hierbei ist im Allgemeinen ein Kanal eingeprägt, über den der Pin mit Elastomer gefüllt wird. Der Mittelpunkt des Pins liegt über dieser Fläche oder am Trägerrahmen auf dieser geprägten Fläche. Wird der Mittelpunkt an dieser Stelle definiert, kann er im Prinzip messtechnisch am Bauteil nicht erfasst werden, da er zeichnerisch auf einer ebenen Fläche definiert ist und somit auf einer Blechoberfläche liegt.
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Es ist bekannt, dass bei Bauteilen, bei denen zusätzliche Toleranzen nicht akzeptabel sind, man sich doch dazu entschließt, den Nullpunkt auf den Pin zu legen, auch wenn die eindeutige messtechnische Definition später zu Problemen führen kann und das Ergebnis nicht immer eindeutig ist. Damit die zugehörigen Lochbilder bei Trägerrahmendichtungen eindeutig vermessen werden können, wählt man dann doch einen Nullpunkt am Trägerrahmen in einem der Verschraubungslöcher nahe des Zentrierpins, auch wenn das nicht die optimale Lösung ist. Das Risiko, am Trägerrahmen einen am Bauteil messtechnisch nicht eindeutig festzulegenden Nullpunkt zu wählen, und das sich dadurch ergebende Problem, hierdurch ein messtechnisch nur unzureichend bestimmtes und überprüfbares Lochbild am Trägerrahmen zu haben, ist bei bekannten Bauteilen als großes Problem anzusehen.
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Aufgabenstellung ist es daher, eine Lösung zu entwickeln, die alle diese Nachteile nicht mehr aufweist und ein ideales funktionales Zusammenspiel gewährleistet und sich dabei auch messtechnisch gut überprüfen und darstellen lässt. Unterbaugruppen wie z. B. der Trägerrahmen einer Dichtung, sollen integriert werden.
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Die im Folgenden beschriebene Erfindung betreffen eine Trägerrahmendichtung sowie ein Herstellungsverfahren davon ermöglicht es, alle genannten Vorgaben umzusetzen und somit den Nullpunkt im Bereich des Zentrierpins festzulegen, ohne die bekannten und beschriebenen Nachteile in Kauf zu nehmen.
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Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird eine Trägerrahmendichtung bereitgestellt, umfassend:
- – einen Trägerrahmen mit mindestens einer inneren Durchgangsöffnung;
- – mindestens ein Dichtelement, das die innere Durchgangsöffnung umgibt; und
- – mindestens einen Elastomer-Pin, der von einer ersten Seite des Trägerrahmens vorragt; wobei
- – der Trägerrahmen ein Durchgangsloch aufweist, das mit dem mindestens einen Elastomer-Pin fluchtet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der mindestens eine Elastomer-Pin massiv ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der mindestens eine Elastomer-Pin ein Durchgangsloch auf, das mit dem zugehörigen Durchgangsloch in dem Trägerrahmen fluchtet.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt der mindestens eine Elastomer-Pin sich teilweise in das zugehörige Durchgangsloch hinein, so dass nur der Innenrand des zugehörigen Durchgangsloches mit Elastomer bedeckt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der mindestens eine Elastomer-Pin eine Hinterschneidung auf. Dadurch kann eine Verliersicherung vorgesehen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der mindestens eine Elastomer-Pin einstückig mit dem mindestens einen Dichtelement ausgeführt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerrahmendichtung bereitgestellt, umfassend:
- – Bereitstellen eines Trägerrahmens mit mindestens einer inneren Durchgangsöffnung;
- – Versehen des Trägerrahmens mit mindestens einem Durchgangsloch;
- – Aufbringen mindestens Dichtelements, das die innere Durchgangsöffnung umgibt, auf einer ersten Seite des Trägerrahmens;
- – Anspritzen mindestens eines Elastomer-Pins, so dass dieser von der ersten Seite des Trägerrahmens vorragt und mit dem mindestens einen Durchgangsloch fluchtet.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der mindestens eine Elastomer-Pin massiv ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter, nach dem Versehen des Trägerrahmens mit dem mindestens einen Durchgangsloch:
- – Aufnehmen des Trägerrahmens in einem Anspritzwerkzeug, wobei ein Stift fluchtend in das mindestens eine Durchgangsloch eingreift;
wobei das Anspritzen des mindestens einen Elastomer-Pins so ausgeführt wird, dass er ein Durchgangsloch erhält, das mit dem zugehörigen Durchgangsloch in dem Trägerrahmen fluchtet.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Anspritzen des mindestens einen Elastomer-Pins so ausgeführt, so dass nur der Innenrand des zugehörigen Durchgangsloches mit Elastomer bedeckt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Anspritzen des mindestens einen Elastomer-Pins so ausgeführt, dass der mindestens eine Elastomer-Pin eine Hinterschneidung erhält.
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Gemäß einer Ausführungsform werden das mindestens eine Dichtelement und der mindestens eine Elastomer-Pin einstückig zusammen angespritzt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Aufsicht eines Trägerrahmens einer herkömmlichen Trägerrahmendichtung;
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2 zeigt einen Querschnitt der Trägerrahmendichtung von 1;
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3 zeigt eine Aufsicht eines Trägerrahmens einer Trägerrahmendichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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4 zeigt die Trägerrahmendichtung von 3 im Querschnitt;
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5 zeigt eine Trägerrahmendichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt; und
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6 zeigt eine Trägerrahmendichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil des Trägerrahmens 2 einer herkömmlichen Trägerrahmendichtung. An der mit X bezeichneten Stelle wird sich bei der fertiggestellten Trägerrahmendichtung ein Elastomer-Pin befinden. An dem Innenrand soll bei dieser Dichtung ein Elastomer-Dichtelement angebracht werden. Der Elastomer-Pin soll dann einstückig zusammen mit dem Elastomer-Dichtelement angespritzt werden. Damit Elastomer die mit X bezeichnete Stelle sicher erreichen und somit der Elastomer-Pin ausgebildet werden kann, ist eine kanalartige Vertiefung bzw. Einprägung vorgesehen. Das Problem bei dieser herkömmlichen Dichtung besteht darin, dass die Position des Elastomer-Pins nicht direkt messbar ist, da sie in der Blech-Ebene liegt.
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2 zeigt einen Querschnitt entlang der in 1 strichpunktierten Linie, mit bereits angespritztem Dichtelement 6 und Elastomer-Pin 4. Es wird angemerkt, dass die in dieser Figur rechte Seite dem inneren Rand des Trägerrahmens von 1 entspricht. Die einzige Möglichkeit der Vermessung des Nullpunktes des Elastomer-Pins besteht hier darin, den Pin selbst, bzw. dessen Spitze, zu vermessen. Wie vorstehend erläutert gestattet dies keine sichere Vermessung, unter anderem wegen der flexiblen Eigenschaften des Elastomers und der Strecke zwischen Pin-Spitze und Ebene der Verschraubungslöcher etc. im Trägerrahmen, die zusätzliche unerwünschte Toleranzen einbringt.
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Zur Lösung dieses Problems wird von der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Trägerrahmendichtung vorgeschlagen. Eine erste Ausführungsform ist in 3 in Aufsicht gezeigt. Der Trägerrahmen 2 einer entsprechenden Dichtung wird an der Position des anzuspritzenden Elastomer-Pins mit einem zusätzlichen Durchgangsloch 8 versehen.
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In 4 ist die Ausführungsform von 3 mit bereits angespritztem Dichtelement 6 und Elastomer-Pin 4 im Querschnitt gezeigt. Es wird angemerkt, dass die in den Figuren rechte Seite jeweils dem inneren Rand des Trägerrahmens von 3 entspricht.
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Der Elastomer-Pin 4 ist in diesem Beispiel massiv ausgeführt, d. h. verschließt oberhalb der Ebene des Trägerrahmens 2 die Durchgangsöffnung 8. Ein Ausläufer am Fuß des Elastomer-Pins 4 erstreckt sich dabei allerdings so in die Durchgangsöffnung 8 hinein, dass deren Innenrand mit einer dünnen Elastomerschicht 10 bedeckt ist.
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Der Trägerrahmen der Dichtung muss sinnvollerweise den Nullpunkt als Basis der Vermessung von Lochbild und Dichtungsgeometrie an der Stelle des Zentrierpins (Nullpunkt Dichtung) besitzen. Der Nullpunkt am Trägerrahmen wird an dieser Stelle gemäß der Erfindung messtechnisch dadurch eindeutig definiert, dass am Trägerrahmen 2 auch an dieser Stelle eine zusätzliche Öffnung 8 eingestanzt wird. Anhand dieser Öffnung 8 lässt sich die Nullposition nun eindeutig festlegen und messen. Vorteilhafterweise kann diese Öffnung 8 gemäß einer Ausführungsform mit den Verschraubungsöffnungen gemeinsam gestanzt werden, ist vorzugsweise rund und weist beispielsweise einen Durchmesser von ca. 3 mm auf.
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Das Elastomerspritzwerkzeug, in das der Trägerrahmen 2 eingelegt wird, um die elastomeren Dichtlippen 6 und die Zentrier- und Befestigungspins 4 anzuspritzen, muss im Bereich des Zentrierpins 4, der den Nullpunkt markiert, eine besondere Ausführung aufweisen. Der Trägerrahmen 2 muss genau an der Stelle ”Nullpunkt von Trägerrahmen und späterer Dichtung” im Werkzeug fixiert werden, damit sich minimale Toleranzen zwischen dem angespritzten Zentrierpin 4 und dem gestanzten Lochbild der Dichtung ergeben.
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Hierbei ist das Werkzeug an dieser Stelle so ausgeführt, dass ein z. B. metallischer Stift in die Öffnung 8 des Trägerrahmens 2 eingreift und das Blechteil sicher lokalisiert und fixiert. Der Stift ist vorteilhafterweise an der aus dem Werkzeug herausragenden Seite abgerundet oder besitzt eine Einführschräge, damit das Trägerblech 2 einfacher positioniert werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist die Abstimmung zwischen Zentrierpin und Lochdurchmesser im Trägerblech 2 so gewählt, dass sich beim Einspritzen des Elastomers eine sehr dünne Elastomerschicht 10 zwischen Zentrierpin 4 und Trägerblech 2 ausbildet. Diese Schicht kann von wenigen hundertstel Millimetern bis zu einigen Zehntel Millimeter dick sein und wird exakt so gewählt, dass diese zwar umlaufend geschlossen, aber nicht dicker als unbedingt notwendig ist, um diese geschlossene elastomere Kreisgeometrie um den Fixierstift 4 abzubilden. Diese sehr dünne Elastomerschicht 10 hat verschiedene Aufgaben.
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Die Elastomerschicht 10 zwischen Zentrierpin 4 und Blechrahmen 2 sichert eine gute Entformbarkeit des fertigen Bauteils. Bei rein metallischem Kontakt müssten größere Toleranzen gewählt werden, um ein Verklemmen des Bauteils zu verhindern.
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Eine weitere wichtige Funktion dieser Elastomerschicht 10 ist die direkte Abhängigkeit und Unveränderbarkeit der Zuordnung zwischen der Elastomerschicht 10 und dem Zentrierpin 4, da beide im Werkzeug exakt vorgegeben sind und ihre relative Position dadurch exakt fixiert ist. Das bedeutet, dass die Lage der beispielsweise kreisrunden Elastomerschicht 10 in der Öffnung direkt unterhalb des Elastomer-Pins 4 genau mit der Position und Lage des Nullpunktes und somit des darüberliegenden Zentrierpins 4 übereinstimmt. Nach dem Entformen der Dichtung aus dem Werkzeug befindet sich genau an der Stelle des Nullpunktes auf der gegenüberliegenden Seite des Zentrierpins 4 eine kreisrunde Öffnung 8, an der nun präzise der Nullpunkt für die Vermessung ermittelt werden kann.
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Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung ist auch, dass bei einer sehr dünnen Elastomerschicht 10 in der Öffnung diese durch den direkt dahinterliegenden Trägerrahmen 2 abgestützt wird und aufgrund des inkompressiblen Materialverhaltens von Elastomeren in der dünnen Schicht praktisch keine Flexibilität mehr besitzt. Außerdem ist diese dünne Elastomerschicht 10 auch wie alle anderen Elastomerbereiche an den Trägerrahmen 2 anvulkanisiert.
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Es gibt damit eine gute Möglichkeit den Nullpunkt des fertigen Teils eindeutig zu bestimmen und eine eindeutige Vermessung des Lochbildes der Dichtung relativ zu diesem Punkt.
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Bei der zweiten Ausführungsform, die in 5 im Querschnitt gezeigt ist, wird das Trägerblech 2 ebenfalls direkt an der Stelle, an der der elastomere Zentrierpin 4 (Nullpunkt) sitzt, mit einer entsprechenden – beispielsweise kreisrunden, generell aber zumindest punktsymmetrischen – Öffnung 8 im Trägerblech 2 ausgeführt.
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Das entsprechende Produktionswerkzeug ist so ausgeführt, dass das Blech 2 exakt an dieser Stelle über einen Stift aufgenommen und zentriert werden kann. Zusätzlich wird aber bei dieser Ausführungsform über das Spritzwerkzeug der innere Bereich 12 des Pins 4 beim Einspritzen des Elastomers freigehalten und nicht mit Elastomer gefüllt. Dadurch ergibt sich auch nach dem Anspritzen des Pins 4 die Möglichkeit, die Öffnung 8 im Trägerblech 2 zur Bestimmung des Nullpunktes heranzuziehen.
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Vorteil dieser Lösung ist, dass durch das Abprägen (Abdichten) um die Zentrieröffnung diese im Nachhinein nach dem Entformen der Dichtung aus dem Werkzeug komplett frei von Elastomer ist. Die exakte Relation des Elastomer-Pins 4 zur Lage der Öffnung 8 ist bei dieser Lösung dadurch gegeben, dass die Pin-Position und die angespritzten Pins 4 bei minimalen Toleranzen exakt im Werkzeug fixiert sind.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform darf im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Zentrierpin 4 gegenüber der Öffnung 8 im Trägerblech 2 nur ein so geringes ”Spiel” besitzen, dass sich dieser gerade noch montieren und nach dem Spritzprozess wieder entformen läßt.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass der Pin 4 durch die innere Aussparung 12 sich einfacher in Öffnungen montieren lässt, die Klemmwirkung nach der Montage aber durch die kreisrunde Form weitgehend auf dem gleichen Niveau wie beim voll gefüllten bzw. massiv ausgeführten Pin in Ausführungsform wie in 4 bleibt.
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In einer dritten beispielhaften Ausführungsform, die in 6 im Querschnitt gezeigt ist, sind Elemente der vorstehend beschriebenen zwei Ausführungsformen kombiniert. Bei dieser Ausführungsform ist der Pin 4 wie in der zweiten Ausführungsform gemäß 5 innen mit einem Hohlraum 12 ausgeführt. Außerdem wird die Öffnung 8 im Trägerblech 2 wie in der ersten Ausführungsform beim Einspritzen des Elastomers mit einer sehr dünnen Elastomerauflage 10 versehen.
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Dadurch, dass die Position des Pins 4 und wiederum die Position der Elastomerschicht 10 exakt im Werkzeug vorgegeben sind, kann diese für die Messung herangezogen werden. Der große Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass durch den offenen Pin 4 die elastomerbeschichtete Öffnung 8 im Bereich des Trägerrahmens 2 mit z. B. einer Messmaschine direkt angefahren werden kann. Die durchgehende Öffnung 8, 12 macht den Einsatz bestimmter Messverfahren erst möglich (beispielsweise optische Verfahren).
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Bei den vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen ist jeweils ein Elastomer-Pin beschrieben worden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass eine erfindungsgemäße Dichtung auch mehrere Elastomer-Pins aufweisen kann, die sich entweder alle auf der gleichen Seite des Trägerrahmens oder auf verschiedenen bzw. gegenüberliegenden Seiten befinden können.
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Die Position und Form des Dichtelements ist nicht auf die beispielhafte Form in den 4 bis 6 beschränkt, sondern kann auch anders ausgeführt sein. Insbesondere kann das Dichtelement anstatt auf dem Innenrand des Trägerrahmens auch oder zusätzlich auf einer oder beiden Seiten des Trägerrahmens vorgesehen werden. Das Dichtelement muss nicht zwangsläufig einstückig mit dem bzw. den Elastomer-Pins ausgeführt sein.
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Die Erfindung kann allgemein für alle Arten von Trägerrahmendichtungen eingesetzt werden, beispielsweise für Trägerrahmendichtungen für Ölwannen.
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Die Erfindung bietet unter anderem die folgenden Vorteile. Eine optimale toleranzseitige Auslegung eines Moduls „Ölwanne mit Dichtung” wird ermöglicht. Die Eliminierung der Einflüsse unterschiedlicher Nullpunkte an Komponenten und am Fertigteil wird erreicht, ebenso wie eine Eliminierung von Einflüssen, die bei Messungen an flexiblen Elastomer-Pins bestehen. Eine optimale Vermessung von Trägerrahmendichtungen im Hinblick auf nachfolgend wichtige Toleranzmaße wird gewährleistet.
