DE102006000708A1

DE102006000708A1 - Dichtungsanordnung für eine Wärmetauschervorrichtung

Info

Publication number: DE102006000708A1
Application number: DE102006000708A
Authority: DE
Inventors: Klaus Grunert; Günter Steffens; Andreas Dr. Stolze
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2006-01-03
Filing date: 2006-01-03
Publication date: 2007-07-05
Also published as: WO2007077098A1

Abstract

Die Dichtungsanordnung für eine Wärmetauschervorrichtung weist einen ersten (1) und einen zweiten Wärmetauscher (2) auf, die beabstandet zueinander angeordnet und mit zumindest einem Verbindungselement (6; 6') mechanisch verbunden sind, wobei zumindest ein Peltier-Element (3, 4) in einem Zwischenraum (5) zwischen den beiden Wärmetauschern (1, 2) angeordnet ist und der Zwischenraum (5) durch zumindest ein Dichtelement (7; 7') im Wesentlichen feuchtedicht abgedichtet ist. Das Verbindungselement (6; 6') und das Dichtelement (7; 7') sind parallel zueinander zwischen die Wärmetauscher (1, 2) eingespannt. Die Wärmetauschervorrichtung ist insbesondere eine Peltier-Wärmepumpe, und gehört vorzugsweise zu einem Hausgerät insbesondere zur Wäschepflege.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Wärmetauschervorrichtung.

Wärmetauschervorrichtungen, welche beispielsweise in Haushaltsgeräten eingesetzt werden, sind in vielfältiger Weise bekannt. Aus der DE 69 261 82 U1 ist ein Wäschetrockner bekannt, welcher eine Wärmetauschervorrichtung mit Peltier-Elementen aufweist. Dazu sind Peltier-Elemente zwischen zwei Wärmetauschern angeordnet, wobei ein Wärmetauscher an der Warmseite und ein zweiter Wärmetauscher an der Kaltseite der Peltier-Zellen angeordnet sind. Die Peltier-Elemente bilden dabei eine flächige Anordnung zwischen den Wärmetauschern.

Aus einem Dokument, welches am 25. November 2005 von der Internet-Adresse
http://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element
herunterladbar war, ist ein Peltier-Element in Aufbau und Funktion bekannt, welches den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist. Die Halbelemente dieses Peltier-Elements sind säulen- oder quaderförmig ausgebildet und bestehen aus dotierten Halbleitern als Werkstoffe. Die Halbleiter sind insbesondere Wismut-Tellurid, und es kommen ein pleitend dotierter und ein n-leitend dotierter Halbleiter zum Einsatz. Jeweils ein Halbelement aus dem p-leitend dotierten Halbleiter und ein Halbelement aus dem n-leitend dotierten Halbleiter sind jeweils an einer Seite über ein Leiterplättchen, auch als Metallbrücke bezeichnet, miteinander verbunden, und an einer anderen Seite, welche der genannten einen Seite gegenüber liegt, über jeweils ein weiteres Leiterplättchen mit einem weiteren Halbelement oder einem Anschlusskontakt zum Anschluss des Pettier-Elements an ein elektrisches Netzwerk verbunden.

Weitere Hinweise zu Grundlagen, anwendungsbezogener Auswahl und Montage von Peltier-Elementen ergeben sich aus Dokumenten, die am 25. November 2005 von den Internet-Adressen
http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Erlaeuterung-zu-Peltierelementen.pdf und
http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Einbau.pdf
herunterladbar waren.

Aus der DE 1 410 206 A geht eine Waschmaschine hervor, in welcher Waschgut nicht nur gewaschen, sondern auch getrocknet werden kann. Für die dazu erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen zeigt die Schrift mehrere Alternativen. Insbesondere ist eine Wärmetauschvorrichtung umfassend eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines zur Trocknung von Waschgut eingesetzten Luftstroms und einen einfachen Wärmetauscher zum Abkühlen des erwärmten Luftstroms nach dem Beaufschlagen des Waschguts vorgesehen; Heiz- und Kühlvorrichtung können aber auch zu einer Wärmepumpeinrichtung gehören. Die Wärmepumpeinrichtung kann eine Wärmepumpeinrichtung sein, welche mit Peltier-Elementen zur Nutzung des thermoelektrischen Effekts arbeitet.

Eine aus einem in der Datensammlung „Patent Abstracts of Japan" zur JP 08 057 194 A gehörigen englischen Kurzauszug hervorgehende Vorrichtung zum Trocknen von Waschgut, welche wiederum der Eingangs beschriebenen Gattung entspricht, enthält in ihrem ersten Kanalsystem neben einer Wärmetauschervorrichtung mit einem Heizer und einem Kühler, welche beide zu einer thermoelektrisch betreibbaren Wärmepumpeinrichtung gehören, einen dem Kühler vorgeschalteten zusätzlichen Wärmetauscher zur Abkühlung des von dem Waschgut abgeführten Luftstroms und eine dem Heizer nachgeschaltete zusätzliche Heizeinrichtung zum weiteren Erwärmen des Luftstroms vor dem Beaufschlagen des Waschguts.

Üblicherweise sind die Wärmetauscher durch Schraubverbindungen miteinander verbunden, wobei zumindest einer der beiden Wärmetauscher ein Durchgangsloch aufweist, durch welches eine Schraube oder ein Bolzen hindurch gesteckt ist.

Beim Betrieb der Peltier-Elemente ist es für eine ordnungsgemäße Funktion vorteilhaft, wenn möglichst wenig Feuchtigkeit zu diesen Peltier-Elementen gelangt. Es kann dazu vorgesehen sein, dass im Randbereich der Wärmetauscher Flachdichtungen angebracht sind. Darüber hinaus können Unterlegscheiben aus plastisch verformbarem Material, insbesondere Kunststoff, für Schraubverbindungen benutzt werden, welche jedoch einen Nachteil darin aufweisen, dass durch Kriechen des Materials ein erheblicher Verlust der Vorspannkraft einer entsprechenden Schraubverbindung eintreten kann. Die Erhaltung einer entsprechenden Vorspannkraft ist jedoch für eine möglichst gute thermische Ankopplung, entsprechend einer maximalen Pumpleistung, der Peltier-Elemente notwendig.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung zu schaffen, welche eine verbesserte Dichtfunktion aufweist und eine stabile thermische Ankopplung von Peltier-Elementen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Dichtungsanordnung, welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, gelöst.

Eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist für eine Wärmetauschervorrichtung ausgebildet. Diese weist einen ersten und zumindest einen zweiten Wärmetauscher auf, welche beabstandet zueinander angeordnet und über zumindest ein mechanisches Verbindungselement miteinander verbunden sind. Es ist zumindest ein Peltier-Element in einem Zwischenraum zwischen den beiden Wärmetauschern angeordnet, derart, dass ein erster Wärmetauscher mit einer Kaltseite und ein zweiter Wärmetauscher mit einer Warmseite des Peltier-Elements verbunden sind. Dieser Zwischenraum ist durch zumindest ein Dichtelement im Wesentlichen feuchtedicht abgedichtet. Erfindungsgemäß sind das Verbindungselement und das Dichtelement parallel zueinander zwischen die Wärmetauscher (1, 2) eingespannt.

In dieser Dichtungsanordnung ist eine auf das Dichtelement einwirkende mechanische Spannung entkoppelt von einer auf das Verbindungselement einwirkenden Spannung, wobei die mechanische, im Wesentlichen starre Verbindung zwischen den Wärmetauschern vor allem durch das Verbindungselement definiert ist. Die auf das Dichtelement einwirkende Spannung kann unabhängig von der für die mechanische Verbindung notwendigen Spannung vorgegeben und eingestellt werden, so dass ein Fließen des Dichtelements mit nachfolgender Beeinträchtigung der mechanischen Verbindung verhindert wird.

Durch die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist einerseits eine sichere und zuverlässige mechanische Verbindung zwischen den Wärmetauschern durch das Dichtelement und das Verbindungselement geschaffen. Andererseits wird auch das Peltier-Element durch die Dichtungsanordnung derart abgedichtet, dass praktisch keine Feuchte mehr zu dem Peltier-Element gelangen kann und seine Funktion nicht negativ beeinflusst wird. Nicht zuletzt ist die Dichtungsanordnung aufwandswarm und kostengünstig realisierbar.

In vorteilhafter Weise ist das Verbindungselement als Schraube ausgebildet, welche einen Schraubenkopf und einen Schraubenschaft aufweist. Das Verbindungselement ist dabei relativ einfach ausgebildet und kann aufwandsarm angebracht werden. Die somit entstandene Verbindung erstreckt sich nicht völlig über das funktionsbestimmt relativ weiche und duktile Dichtelement, sondern auch von dem relativ harten und zähen Schraubenkopf zu einer harten und zähen Auflage für den Schraubenkopf. Es liegt deshalb ein „harter Schraubfall" vor: das Drehmoment beim Anziehen der Schraube ist recht gering, bis der Schraubenkopf seine Auflage erreicht, und steigt dann sehr rasch und sehr stark an. Ein üblicher, auf ein maximales Drehmoment einstellbarer Schrauber, mit dem solche Verbindungen im Rahmen einer Serienproduktion gebildet werden, kann die Drehmomente in den Verbindungen deshalb relativ genau bestimmen und somit die Verbindungen mit geringer Schwankungsbreite hinsichtlich des Drehmomentes ausführen. Somit kann durch diese Ausgestaltung eine Serie zuverlässiger mechanischer Verbindungen geschaffen werden.

In vorteilhafter Weise ist das Dichtelement zwischen den Wärmetauschern angeordnet. Das Dichtelement ist dabei in bevorzugter Weise benachbart zum Schraubenschaft angeordnet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Dichtung auch sehr nahe und unmittelbar benachbart zum Peltier-Element angebracht werden und dadurch ein Feuchtigkeitszutritt zum Peltier-Element besonders gut verhindert werden. Darüber hinaus ist durch diese Anordnung die Verwendung von herkömmlichen Verbindungselementen, insbesondere bekannten Schrauben, gegeben. Dadurch wird ebenfalls eine kostengünstige Ausgestaltung ermöglicht.

Das Dichtelement ist in bevorzugter Weise als Dichthülse ausgebildet, welche den Schraubenschaft ringförmig umgibt und welche umlaufend beabstandet zum Schraubenschaft angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders günstige mechanische Verbindung der Wärmetauscher erreicht, wobei insbesondere die Vorspannkraft dieser mechanischen Verbindung praktisch nicht reduziert wird, wenn es doch zum Fließen des Dichtelements kommen sollte.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Schraubenkopf eine umlaufende Nut ausgebildet, in welcher ein als Dichtring ausgebildetes Dichtelement angeordnet ist.

Das Dichtelement ist in dieser Ausgestaltung unmittelbar mit dem Verbindungselement kontaktiert und ermöglicht auch in dieser Ausgestaltung, die Verbindung im Wesentlichen ohne Beeinträchtigung durch eine mögliche Reduzierung der Vorspannkraft des Dichtelements einzustellen. Darüber hinaus kann bei dieser Ausgestaltung eine Platz sparende Lösung realisiert werden, da das Dichtelement im Endzustand quasi in dem Schraubenkopf enthalten ist und somit kein zusätzlicher Platz für das Dichtelement erforderlich ist. Das Dichtelement kann als loses Fertigteil zu Schraube gebracht oder an der gewünschten Stelle urgeformt, insbesondere angespritzt werden.

In vorteilhafter Weise ist die umlaufende Nut an der dem Schraubenschaft zugewandten Unterseite des Schraubenkopfs ausgebildet. Die feuchtigkeitsdichte Abdichtung des Peltier-Elements kann dadurch optimal gewährleistet werden.

In vorteilhafter Weise ist die umlaufende Nut darüber hinaus derart ausgebildet, dass der Schraubenkopf an der Unterseite einen umlaufenden Randbereich aufweist. Dies ermöglicht, dass zumindest Teilbereiche des Schraubenskopfs unmittelbar mit einem der Wärmetauscher beim Ausbilden der mechanischen Verbindung kontaktierbar sind und eine sichere mechanische Verbindung gewährleistet werden kann. Indem die Randbereiche auf einem der Wärmetauscher aufliegen, kann die mechanische Verbindung besonders stabil und das Verbindungselement exakt positioniert sein und in dieser Position gehalten werden.

In vorteilhafter Weise ist die Wärmetauschervorrichtung als Pettier-Wärmepumpe ausgebildet.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Hausgerät zur Pflege von Wäschestücken, insbesondere einen Wäschetrockner, welches eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung oder eine vorteilhafte Ausgestaltung davon aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels; und
2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeigen versehen.
In 1 ist eine Dichtungsanordnung gezeigt, welche für eine Pettier-Wärmepumpe eines Wäschetrockners ausgebildet ist. In der Schnittdarstellung sind lediglich die für das Verständnis der folgenden Ausführungen wesentlichen Elemente gezeigt. Der Wäschetrockner mit seiner Peltier-Wärmepumpe umfasst einen ersten Wärmetauscher 1 und einen zweiten Wärmetauscher 2. Die Wärmetauscher 1 und 2 sind beabstandet zueinander angeordnet, wobei zwischen ihnen ein erstes Peltier-Element 3 und ein zweites Peltier-Element 4 angeordnet sind. Welcher der beiden Wärmetauscher 1 oder 2 mit einer Kaltseite oder mit einer Warmseite der Peltier-Elemente 3 und 4 verbunden ist, ist vorliegend von untergeordneter Bedeutung.
Wie des Weiteren zu erkennen ist, ist zwischen den Wärmetauschern 1 und 2 und benachbart zu den Pettier-Elementen 3 und 4 ein Zwischenraum 5 ausgebildet. In dem ersten Wärmetauscher 1 ist eine Durchgangsöffnung 11 ausgebildet, durch welche ein Verbindungselement, hier als Schraube 6 ausgebildet, hindurchgeführt ist. Durch diese Schraube 6 ist eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Wärmetauschern 1 und 2 hergestellt.
Wie aus der Darstellung in 1 zu erkennen ist, weist die Schraube 6 einen Schraubenkopf 61 und einen daran anschließenden Schraubenschaft 62 auf. Insbesondere der Schraubenschaft 62 ist durch die Durchgangsöffnung 11 hindurchgeführt und in ein in dem Wärmetauscher 2 ausgebildetes und nicht dargestelltes Gewinde eingeschraubt.
In dem Schraubenkopf 61 ist eine ringförmige umlaufende Nut 61a ausgebildet. Die umlaufende Nut 61a ist an einer Unterseite 61b des Schraubenkopfs 61 ausgebildet und erstreckt sich bogenförmig in den Schraubenkopf 61. Wie des Weiteren zu erkennen ist, weist die umlaufende Nut 61a in horizontaler Richtung der gezeigten Schnittdarstellung eine Ausdehnung auf, welche sich im Wesentlichen vom Übergang in den Schraubenschaft 62 bis zu einem Randbereich 61c erstreckt. An der Oberseite des Schraubenkopfs 61 ist ein Eingriffsbereich 61d ausgebildet, in den ein Werkzeug zum Betätigen, insbesondere zum Eindrehen der Schraube 6, eingreifen kann.
Wie in der Darstellung zu erkennen ist, ist in die umlaufenden Nut 61a ein Dichtelement in Form eines flexiblen Dichtrings 7 eingebracht.
In 1 ist die Schraube 6 in einer vollständig eingedrehten Endposition gezeigt, was bedeutet, dass eine stabile mechanische Verbindung zwischen den Wärmetauschern 1 und 2 hergestellt ist. Durch die gezeigte Anordnung der Schraube 6 und dem Dichtring 7 ist einerseits erreicht, dass die Peltier-Elemente 3 und 4 feuchtegeschützt angeordnet sind, und sind andererseits die Schraube 6 und der Dichtring 7 parallel zueinander zwischen die Wärmetauscher 1 und 2 eingespannt. Deshalb ist die mechanische Verbindung definiert im Wesentlichen durch die Schraube 6 und den Wärmetauscher 1, auf dem die Schraube 6 direkt aufliegt, und wird nicht beeinträchtigt, wenn sich die Vorspannkraft des Dichtelements 7 aufgrund einer plastischen Verformung seines Werkstoffs (Fließen) reduzieren sollte. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass die maximale Pumpleistung der Wärmepumpe stetig erreicht werden kann. Es wird auch ein Feuchtigkeitseintritt über die Durchgangsöffnung 11 und den Zwischenraum 5 zu den Peltier-Elementen 3 und 4 verhindert.
Darüber hinaus wird durch die in 1 gezeigte Ausführung auch ein sicheres Positionieren der Schraube 6 erreicht, da die Randbereiche 61c stabil auf der Oberfläche 12 des ersten Wärmetauschers 1 aufliegen. Die Auflage des Schraubenkopfs 61 bleibt somit in diesen Randbereichen 61c auch bei der gezeigten Ausgestaltung der Dichtungsanordnung unverändert bzw. ungestört. Die Vorspannkraft der Schraube 6 beim Ausbilden der mechanischen Verbindung bzw. beim Einschrauben wird somit durch den Dichtring 7 nicht beeinflusst.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung in einer Schnittdarstellung gezeigt. Im Unterschied zur Ausgestaltung in 1 ist hier ein herkömmliches Verbindungselement verwendet, welches ebenfalls als Schraube 6' ausgebildet ist. Wie in 2 zu erkennen ist, ist ein Dichtelement, welches als Dichthülse 7' ausgebildet ist, in dem Zwischenraum 5 zwischen den Wärmetauschern 1 und 2 angeordnet. Somit ist diese Dichthülse 7' benachbart zu den Peltier-Elementen 3 und 4 und auch benachbart zum Schraubenschaft 62, sowie parallel zu diesem zwischen den Wärmetauschern 1 und 2 eingespannt. Die Dichthülse 7' befindet sich somit zwischen den Wärmetauschern 1 und 2 und ermöglicht ebenfalls eine feuchtegeschützte Anordnung der Peltier-Elemente 3 und 4. Auch bei dieser Ausgestaltung wird durch die Anordnung der Dichthülse 7' einerseits ein Feuchteschutz für die Peltier-Elemente 3 und 4, und andererseits durch die Anordnung dieser Dichthülse 7' eine mechanische Verbindung der Wärmetauscher 1 und 2 erreicht werden, bei der die Vorspannkraft insbesondere der Schraube 6', praktisch nicht reduziert wird, wenn es bei der Dichthülse 7' zum Fließen des Werkstoffs oder einer anderen Beeinträchtigung der Vorspannkraft kommen sollte. Darüber hinaus ist bei dieser Ausgestaltung erreicht, dass die Unterseite 61b' des Schraubenkopfs 61' vollständig auf der Oberseite 12 des Wärmetauschers 1 aufliegt.

Claims

Dichtungsanordnung für eine Wärmetauschervorrichtung, welche einen ersten (1) und einen zweiten Wärmetauscher (2) aufweist, die beabstandet zueinander angeordnet und über zumindest ein Verbindungselement (6; 6') mechanisch miteinander verbunden sind, wobei zumindest ein Peltier-Element (3, 4) in einem Zwischenraum (5) zwischen den beiden Wärmetauschern (1, 2) angeordnet ist und der Zwischenraum (5) durch zumindest ein Dichtelement (7; 7') im Wesentlichen feuchtedicht abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (6; 6') und das Dichtelement (7; 7') parallel zueinander zwischen die Wärmetauscher (1, 2) eingespannt sind.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Dichtelement (7; 7') benachbart zum Verbindungselement (6; 6') angeordnet ist und zumindest mit einem Wärmetauscher (1, 2) kontaktiert ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der das Dichtelement (7; 7') zwischen den Wärmetauschern (1, 2) angeordnet ist und an beiden Wärmetauschern (1, 2) anliegt.
Dichtungsanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem das Verbindungselement eine Schraube (6; 6') mit einem Schraubenkopf (61; 61') und einem Schraubenschaft (62; 62') ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, bei der das Dichtelement (7; 7') benachbart zum Schraubenschaft (62; 62') angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, bei der das Dichtelement (7, 7') eine Dichthülse (7') ist, welche den Schraubenschaft (62') ringförmig umgibt und welche umlaufend, insbesondere umlaufend beabstandet, zum Schraubenschaft (62') angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, bei der in dem Schraubenkopf (61) eine umlaufende Nut (61a) ausgebildet ist, in welcher ein als Dichtring (7) ausgebildetes Dichtelement (7, 7') angeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die umlaufende Nut (61a) an einer dem Schraubenschaft (62) zugewandten Unterseite (61b) des Schraubenkopfes (61) ausgebildet ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die umlaufende Nut (61a) derart ausgebildet ist, dass der Schraubenkopf (61) an der Unterseite (61b) einen umlaufenden Randbereich (61c) aufweist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Wärmetauschervorrichtung, welche als Peltier-Wärmepumpe ausgebildet ist.
Hausgerät zur Pflege von Wäschestücken, insbesondere Wäschetrockner, welches eine Dichtungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche umfasst.