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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Saugrohr für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist bekannt, Ladeluftkühler für Verbrennungsmotoren als indirekte Kühler auszubilden, bei denen die Wärme des Ladeluftstroms mittels eines den Kühler durchströmenden Kühlfluids abgeführt wird. Es ist weiter bekannt, dass solche Ladeluftkühler in ein Saugrohr des Verbrennungsmotors integriert werden können. Dabei ist es üblich, den Ladeluftkühler mit einer Flanschplatte zu versehen, sodass er in eine Öffnung eines Saugrohrgehäuses quer zur Ladeluftströmungsrichtung eingeschoben und mit einem Rand der Flanschplatte am Gehäuse verschraubt oder verschweißt werden kann.
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In der
DE 10 2009 012 024 A1 sind das Flanschglied und das Bodenglied separat von dem Kühlerblock des Ladeluftkühlers ausgebildet und gegenüber dem Kühlerblock und dem Saugrohrgehäuse abgedichtet. Bei der
DE 10 2009 025 282 A1 ist der gesamte Ladeluftkühler von dem Saugrohrgehäuse umgeben und der Ladeluftkühler weist Seitenteile auf, die eine Strukturierung zur Ausbildung einer Labyrinthdichtung gegenüber einer Innenwand des Saugrohrgehäuses aufweisen, um einen Leckstrom der Ladeluft zwischen Ladeluftkühler und Saugrohrgehäuse zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ ist auch der Einsatz von Elastomerdichtungen zwischen den Seitenteilen des Ladeluftkühlers und der Innenseite des Saugrohrgehäuses bekannt.
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Der Ladeluftkühler der
DE 10 2009 050 258 B3 weist wenigstens einen Kühlfluidkasten als integralen Bestandteil auf, welcher gleichzeitig einen Teil des Saugrohrgehäuses bildet. Im Gegensatz dazu ist bei dem Saugrohr der
DE 10 2007 030 464 A1 wenigstens einer der Kühlfluidkästen des Ladeluftkühlers als integraler Bestandteil des Saugrohrgehäuses ausgebildet.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Saugrohr mit integriertem Ladeluftkühler mit einer verbesserten Kühlleistung zu schaffen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Saugrohr mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Saugrohr, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, weist ein einen Ladeluftkanal definierendes Gehäuse und einen Ladeluftkühler mit einem Kühlerblock, welcher in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass er von der Ladeluft durchströmt werden kann, auf. Gemäß der Erfindung schließt der Kühlerblock des Ladeluftkühlers an einer dem Gehäuse zugewandten Seite mit einem äußeren Bauelement, vorzugsweise einem Kühlelement ab, wie vorzugsweise mit einer Kühl- oder Wellrippe oder einem Seitenteil, und ist in diesem äußeren Bauelement des Kühlerblocks wenigstens eine Ausnehmung ausgebildet, welche sich zumindest über einen Teil der Länge des Kühlerblocks im Wesentlichen quer zu einer Ladeluftströmungsrichtung erstreckt. Zudem ist an einer dem Kühlerblock des Ladeluftkühlers zugewandten Innenseite des Gehäuses wenigstens ein Vorsprung vorgesehen, welcher sich zumindest über einen Teil der Innenseite des Gehäuses im Wesentlichen quer zur Ladeluftströmungsrichtung erstreckt und zumindest teilweise in die wenigstens eine Ausnehmung des Kühlerblocks dichtend eingreift.
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Durch den gegenseitigen dichtenden Eingriff zwischen der zumindest einen Ausnehmung in dem äußeren Bauelement des Kühlerblocks und dem zumindest einem Vorsprung an der Innenseite des Saugrohrgehäuses ist eine wirksame Abdichtung zwischen dem Kühlerblock und dem Saugrohrgehäuse geschaffen, die einen Leckstrom der Ladeluft zwischen Kühlerblock und Saugrohrgehäuse, der nahezu ungekühlt am Ladeluftkühler vorbeiströmt, reduziert und auf diese Weise die Kühlleistung erhöht.
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Da der Kühlerblock des Ladeluftkühlers mit einem äußeren Bauelement abschließt und die wenigstens eine Ausnehmung in diesem äußeren Bauelement ausgebildet ist, kann im Gegensatz zu herkömmlichen Saugrohren mit integriertem Ladeluftkühler auf ein Seitenteil des Ladeluftkühlers mit daran angebrachten gesonderten Dichtelementen verzichtet werden. Auf diese Weise lassen sich das Gewicht, der Materialaufwand und die Herstellungskosten des Ladeluftkühlers und damit des aus Saugrohr und Ladeluftkühler gebildeten Ansaugmoduls reduzieren. Außerdem lässt sich auf diese Weise der von der Ladeluft durchströmbare Querschnitt des Ladeluftkühlers ggf. erweitern.
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Da der Kühlerblock des Ladeluftkühlers mit einem äußeren Bauelement vorzugsweise in Form eines Kühlelements, einer Kühl- oder Wellrippe oder einem Seitenteil abschließt, wird der verbleibende Leckstrom der Ladeluft, der ggf. trotz der erfindungsgemäßen Dichtungskonstruktion zwischen dem Kühlerblock und der Innenseite des Saugrohrgehäuses am Kühlerblock vorbei strömt, durch das äußere Kühlelement des Kühlerblocks zumindest etwas gekühlt. Der Leckstrom erfährt somit im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen des Saugrohrs mit integriertem Ladeluftkühler eine deutlich höhere Abkühlung. Dies hat als Ergebnis den weiteren Vorteil, dass im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen größere Leckströme der Ladeluft zwischen dem Kühlerblock und dem Saugrohrgehäuse zugelassen werden dürfen, bevor es zu einer merklichen Anhebung der Temperatur des Ladeluftstroms am Einlass des Verbrennungsmotors kommt.
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Unter „Ladeluft” im Sinne der Erfindung wird das einem Verbrennungsmotor zugeführte Gas verstanden. In diesem Zusammenhang beinhaltet die „Ladeluft” auch beliebige Mischungen aus Luft und Abgas, sofern der Verbrennungsmotor mit einem Abgasrückführsystem ausgestattet ist. Das erfindungsgemäße Saugrohr kann sowohl mit Benzinmotoren als auch mit Dieselmotoren kombiniert werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße Saugrohr bei Verbrennungsmotoren mit und ohne Turbolader eingesetzt werden.
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Die „Ladeluftströmungsrichtung” bezeichnet die Hauptströmungsrichtung der Ladeluft durch den Abschnitt des Saugrohrgehäuses, in dem der Ladeluftkühler angeordnet ist.
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Der Begriff „Kühlerblock” bezeichnet in diesem Zusammenhang den Teil des Ladeluftkühlers, in dem der Wärmeaustausch zwischen der Ladeluft und dem Kühlfluid (z. B. Wasser, Kältemittel, etc.) stattfindet. Die wesentlichen Bestandteile des Kühlerblocks sind mehrer Kühlfluidkanäle und vorzugsweise zusätzlich mehrere zwischen den Kühlfluidkanälen angeordnete Kühlelemente, vorzugsweise in Form von Kühlrippen. Die Kühlfluidkanäle sind vorzugsweise in der Art eines Rohr- bzw. Rohrbündelkühlers oder eines Stapelscheibenkühlers ausgebildet und angeordnet. Die Kühlelemente zwischen den Rohren stehen mit diesen Rohren in thermisch leitender Verbindung und vergrößern die wirksame Wärmetauschfläche des Kühlerblocks. Der Kühlerblock ist vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, wobei die Hauptseiten im Wesentlichen quer zur Ladeluftströmungsrichtung liegen und von der Ladeluft durchströmt werden, ohne dass die Erfindung auf diese Geometrie beschränkt sein soll. Der Kühlerblock ist an seinen beiden Enden jeweils durch eine Sammelplatte begrenzt, welche Öffnungen zum Aufnehmen der Kühlfluidkanäle aufweist. Die Kühlfluidkanäle münden durch diese Sammelplatten dann jeweils in einen Sammler (häufig auch als Kühlfluidkasten oder Wasserkasten bezeichnet). Die Sammler sind mit einem Zulauf-Anschlussstutzen und einem Ablauf-Anschlussstutzen zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlfluid zu bzw. aus dem Ladeluftkühler versehen. Dabei können Zulauf und Ablauf entweder beide am gleichen Sammler oder an verschiedenen Sammlern vorgesehen sein. Dementsprechend sind im Rahmen der Erfindung Ladeluftkühler mit Einströmungsrichtung (I-förmiger Strömungsweg), Zweiströmungsrichtung (U-förmiger Strömungsweg) oder Mehrströmungsrichtung möglich. Ferner können einer oder beide Sammler im Rahmen der Erfindung integral mit dem Kühlerblock ausgebildet sein, als separate Komponenten ausgebildet und mit dem Kühlerblock verbunden (z. B. verschweißt, verlötet oder verklebt) sein oder integral mit dem Saugrohrgehäuse ausgebildet und gegen den Kühlerblock abgedichtet sein.
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Das „äußere Bauelement” des Kühlerblocks bezeichnet – zum Beispiel im Gegensatz zu einem Seitenteil oder Gehäuseteil um den Kühlerblock – einen Bestandteil des Kühlerblocks selbst. Vorzugsweise ist dieses äußere Bauelement als ein Kühlelement des Kühlerblocks ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Kühlelement um eine Kühlrippe oder ein anderes Element mit großer Wärmetauschfläche.
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Unter dem Begriff „im Wesentlichen quer zur Ladeluftströmungsrichtung” zählen insbesondere eine Richtung senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung, aber auch Richtungen mit einer Hauptkomponente senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung, d. h. Richtungen in einem Winkelbereich von zum Beispiel etwa ±30 Grad gegenüber der Senkrechten zur Hauptströmungsrichtung.
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„Ausnehmung” und „Vorsprung”, die ineinander eingreifen, sind im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig geformt, sofern sie im Wesentlichen komplementär zueinander ausgebildet sind, sodass sie eine ausreichende Dichtwirkung erzielen. Die Ausnehmung ist vorzugsweise nutartig ausgebildet. Ausnehmung und Vorsprung sind vorzugsweise mit zumindest teilweise runden bzw. abgerundeten Querschnittsformen ausgebildet.
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Ausnehmung und Vorsprung sollen sich jeweils zumindest über einen Teil des Kühlerblocks bzw. der Innenseite des Gehäuses quer zur Ladeluftströmungsrichtung erstrecken. Dies bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Ausnehmung und der Vorsprung jeweils im Wesentlichen über die gesamte Breite des Ladeluftkanals quer zur Ladeluftströmungsrichtung oder nur über einen Teil dieser Breite erstrecken. Ausnehmung und Vorsprung verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Kühlerblocks, können im Rahmen der Erfindung aber auch in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Längsrichtung des Kühlerblocks verlaufen.
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Ausnehmung und Vorsprung sind vorzugsweise in Ladeluftströmungsrichtung mittig zum Kühlerblock bzw. symmetrisch zur Mitte des Kühlerblocks angeordnet, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll.
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Der „Vorsprung” an der Innenseite des Gehäuses ist vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Vorsprung als separate Komponente ausgebildet und fest mit dem Gehäuse verbunden (z. B. verschweißt, verklebt und/oder verklemmt). Dabei weist das Gehäuse zum Beispiel eine Ausnehmung oder Aussparung auf, in welche der Vorsprung eingesetzt werden kann. Bei der letztgenannten Ausführungsform kann der Vorsprung unabhängig vom Material des Saugrohrgehäuses aus einem Material gebildet werden, das für die Dichtungskonstruktion ausreichend formstabil ist.
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Mit der Terminologie, dass der Vorsprung „zumindest teilweise” in die Ausnehmung eingreift, soll in diesem Zusammenhang gemeint sein, dass der Vorsprung über zumindest einen Teil der Länge des Vorsprungs oder der Ausnehmung in Breitenrichtung des Ladeluftkanals und/oder zumindest in einen Teil der Tiefe der Ausnehmung in die Ausnehmung eingreift.
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Gemäß der Erfindung ist „wenigstens eine Ausnehmung” und ist „wenigstens ein Vorsprung” vorgesehen. Dies umfasst Anzahlen von genau ein, zwei, drei oder mehr Ausnehmungen bzw. Vorsprüngen. Die Anzahlen der Ausnehmungen und der Vorsprünge stimmen vorzugsweise überein. Falls mehrere, d. h. wenigstens zwei Ausnehmungen und Vorsprünge vorgesehen sind, verlaufen diese vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise im Wesentlichen parallel zueinander und beabstandet sind. Sind mehrere Ausnehmungen und Vorsprünge vorgesehen, können sich diese alle über die gesamte Breite des Ladeluftkanals erstrecken oder nur einen Teil dieser Breite einnehmen. Im letztgenannten Fall sind die Ausnehmungen und Vorsprünge vorzugsweise jeweils in Längsrichtung des Kühlerblocks des Ladeluftkühlers versetzt zueinander angeordnet, sodass insgesamt vorzugsweise die gesamte Breite des Ladeluftkanals mit der erfindungsgemäßen Dichtungsmaßnahme versehen ist. Im Fall mehrerer Ausnehmungen und Vorsprünge sind diese vorzugsweise im Wesentlichen gleich zueinander dimensioniert, sie können im Rahmen dieser Erfindung aber auch unterschiedliche Tiefen und/oder Stärken aufweisen.
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Gemäß der Erfindung ist eine Dichtkonstruktion aus wenigstens einer Ausnehmung in dem äußeren Bauelement des Kühlerblocks und wenigstens einem Vorsprung an der Innenseite des Saugrohrgehäuses an einer dem Gehäuse zugewandten Seite des Kühlerblocks vorgesehen. Vorzugsweise ist eine solche Dichtkonstruktion an beiden Seiten des Kühlerblocks, die einer Innenseite des Gehäuses zugewandt sind, vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, dass die erfindungsgemäße Dichtkonstruktion nur auf einer Seite des Kühlerblocks vorgesehen ist und die andere Seite des Kühlerblocks gegenüber der Innenseite des Saugrohrgehäuses in einer anderen Weise abgedichtet ist.
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Die erfindungsgemäße Dichtkonstruktion zwischen Saugrohrgehäuse und Kühlerblock schließt nicht aus, dass weitere Dichtungsmaßnahmen vorgesehen sind. Zum Beispiel können zusätzlich Dichtelemente wie beispielsweise Elastomerdichtung und dergleichen zwischen dem Kühlerblock und dem Saugrohrgehäuse angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise für Saugrohre anwendbar, bei denen der Ladeluftkühler jederzeit vom gesamten Ladeluftstrom durchströmt wird. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist vorzugsweise aber auch bei Saugrohren einsetzbar, bei denen ein Bypasskanal vorgesehen ist, welcher an dem Ladeluftkühler vorbei geführt ist. Stellelemente zum Einstellen eines Massenstromverhältnisses zwischen Ladeluftkühler und Bypasskanal können in diesem Fall wahlweise stromauf und/oder stromab des Ladeluftkühlers im Saugrohrgehäuse angeordnet sein. Außerdem kann der Bypasskanal wahlweise mittels einer in dem Saugrohrgehäuse angeordneten Trennwand getrennt oder zumindest abschnittweise als zu dem Hauptkanal separate Rohrführung ausgebildet sein.
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Nachfolgend werden zu bevorzugende Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse eine Öffnung zum Einschieben des Ladeluftkühlers in Richtung quer zur Ladeluftströmungsrichtung in das Gehäuse auf. Das (seitliche) Einschieben des Ladeluftkühlers in das Saugrohrohrgehäuse erfolgt vorzugsweise quer zur Ladeluftströmungsrichtung und damit im Wesentlichen in Längsrichtung des Ladeluftkühlers bzw. seines Kühlerblocks.
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Die Öffnung des Saugrohrgehäuses ist verschließbar ausgebildet, um den Ladeluftkanal abzudichten. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise an der in Einschubrichtung des Ladeluftkühlers hinteren Sammelplatte oder an dem in Einschubrichtung des Ladeluftkühlers hinteren Sammlers ein Flansch oder dergleichen vorgesehen, der mit dem Saugrohrgehäuse zum Beispiel verschraubt oder verschweißt wird. Vorzugsweise ist der Flansch einstückig mit der Sammelplatte bzw. dem Sammler ausgebildet.
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In einem Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse des Saugrohrs auch mit zwei Öffnungen an einander abgewandten Gehäuseseiten ausgebildet sein, durch welche der Ladeluftkühler hindurchgeschoben werden kann. In diesem Fall sind beide Öffnungen wie oben beschrieben verschließbar. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der eine Sammler des Ladeluftkühlers mit dem Zulauf-Anschlussstutzen versehen ist und der andere Sammler des Ladeluftkühlers mit dem Ablauf-Anschlussstutzen versehen ist.
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Anstelle des Einschiebens des Ladeluftkühlers in dessen Längsrichtung in das Saugrohrgehäuse ist es grundsätzlich auch denkbar, das Saugrohrgehäuse in Ladeluftströmungsrichtung zu teilen und den Ladeluftkühler zwischen die beiden Gehäuseteile zu setzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Ausnehmung in dem äußeren Bauelement des Kühlerblocks während eines Montagevorganges des Ladeluftkühlers in das Gehäuse des Saugrohrs durch den wenigstens einen Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses gebildet. Vorzugsweise drückt der Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses das äußere Bauelement ein (plastische Verformung) und bildet so die Ausnehmung. Auf diese Weise wird eine Dichtungskonstruktion mit allenfalls sehr kleinen Spalten zwischen dem Kühlerblock und dem Saugrohrgehäuse erzielt. Da die Ausnehmung während des Montagevorganges automatisch ausgebildet wird, entfällt ein entsprechender Fertigungsschritt vor der Montage, wodurch die Herstellungskosten des Ladeluftkühlers reduziert werden können. Diese Ausführungsform kann sowohl bei einem seitlich einschiebbaren als auch bei einem einsetzbaren Ladeluftkühler angewendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Ausnehmung in dem äußeren Bauelement des Kühlerblocks vorgeformt und während eines Montagevorganges des Ladeluftkühlers in das Gehäuse des Saugrohrs mit dem wenigstens einen Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses in Eingriff gebracht. Aufgrund der vorgeformten Ausnehmung in dem äußeren Bauelement ist der Montagevorgang des Ladeluftkühlers einfacher, insbesondere mit weniger Kraftaufwand durchführbar. Auch diese Ausführungsform kann sowohl bei einem einschiebbaren als auch bei einem einsetzbaren Ladeluftkühler angewendet werden.
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in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Ladeluftkühler auf seiner in Einbaurichtung vorderen Seite eine Sammelplatte auf, wobei das äußere Bauelement des Kühlerblocks diese Sammelplatte um einen Überstand überragt. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einem seitlich in das Saugrohrgehäuse einschiebbaren Ladeluftkühler von Vorteil. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die vordere Sammelplatte während des Montagevorganges den Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses stört, der in die Ausnehmung in dem äußeren Bauelement eingreifen soll bzw. diese Ausnehmung beim Einschieben des Ladeluftkühlers in das Saugrohrgehäuse bilden soll.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Saugrohrs beträgt der Überstand zu dem äußeren Bauelement des Kühlerblocks vorzugsweise wenigstens etwa 20%, bevorzugter wenigstens etwa 30%, noch bevorzugter wenigstens etwa 40% einer Höhe des äußeren Bauelements in Richtung quer zur Ladeluftströmungsrichtung. Außerdem beträgt der Überstand des äußeren Bauelements des Kühlerblocks vorzugsweise höchstens etwa 80%, höchstens etwa 70%, noch bevorzugter höchstens etwa 60% der Höhe des äußeren Bauelements in Richtung quer zur Ladluftströmungsrichtung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Ladeluftkühler auf seiner in Einbaurichtung vorderen Seite eine Sammelplatte auf und ist diese vordere Sammelplatte des Ladeluftkühlers mit wenigstens einem Führungselement versehen, in welches der wenigstens eine Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses während des Montagevorganges des Ladeluftkühlers in das Gehäuse eingreifen kann. Das Führungselement ist vorzugsweise im Wesentlichen komplementär zu dem Vorsprung an der Innenseite des Saugrohrgehäuses ausgebildet und etwas größer als dieser dimensioniert. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einem seitlich in das Gehäuse einschiebbaren Ladeluftkühler von Vorteil. Das Führungselement unterstützt die richtige Einschubrichtung des Ladeluftkühlers in das Saugrohrgehäuse und die richtige Positionierung der vorgeformten oder noch auszubildenden Ausbildung relativ zu dem Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses. Die Anzahl der Führungselemente entspricht vorzugsweise der Anzahl der Vorsprünge, kann aber auch kleiner oder größer gewählt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Vorsprung an der Innenseite des Gehäuses in Einbaurichtung des Ladeluftkühlers eine zunehmende Tiefe senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung auf. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einem seitlich in das Gehäuse einschiebbaren Ladeluftkühler von Vorteil, da sie das Formen der Ausnehmung in dem äußeren Bauelement erleichtert. Unter dem Begriff „zunehmende Tiefe” sollen alle Ausgestaltungen verstanden werden, bei denen die Tiefe des Vorsprungs auf der Seite der Einschuböffnung kleiner als am anderen Ende ist. Vorzugsweise nimmt die Tiefe des Vorsprungs kontinuierlich, d. h. ohne Abschnitte mit abnehmender Tiefe, zu. Dies kann vorzugsweise stetig oder stufenweise erfolgen.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung beträgt eine mittlere Steigung der Tiefe des Vorsprungs vorzugsweise wenigstens etwa 0,1°, bevorzugter wenigstens etwa 0,25°, noch bevorzugter wenigstens etwa 0,35°. Zudem beträgt die mittlere Steigung der Tiefe des Vorsprungs vorzugsweise höchstens etwa 5°, bevorzugter höchstens etwa 2°, noch bevorzugter höchstens etwa 1°.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Verhältnis einer Höhe des äußeren Bauelements des Kühlerblocks quer zur Ladeluftströmungsrichtung zu einer Tiefe des Vorsprungs an der Innenseite des Gehäuses wenigstens etwa 0,3, bevorzugter wenigstens etwa 0,5. Zudem beträgt das Verhältnis der Höhe des äußeren Bauelements des Kühlerblocks zur Tiefe des Vorsprungs an der Innenseite des Gehäuses vorzugsweise höchstens etwa 3:1, bevorzugter höchstens etwa 2:1. Im Fall einer in Einbaurichtung des Ladeluftkühlers zunehmenden Tiefe der Vorsprünge beziehen sich die hier angegeben Verhältnisse auf die mittlere Tiefe dieser Vorsprünge.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Darin zeigen, zum Teil schematisch:
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1 eine Perspektivansicht eines Ladeluftkühlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine ausschnittweise Perspektivansicht, zum Teil im Schnitt, einer Verbindung zwischen dem Ladeluftkühler und dem Saugrohrgehäuse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 eine Teilperspektivansicht eines nahezu vollständig in das Saugrohrgehäuse eingeschobenen Ladeluftkühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 eine Teilperspektivansicht des vollständig in das Saugrohrgehäuse eingeschobenen Ladeluftkühlers von 3;
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5 eine perspektivische Querschnittsansicht des in das Saugrohrgehäuse eingeschobenen Ladeluftkühlers von 3;
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6 eine perspektivische Längsschnittsansicht des in das Saugrohrgehäuse eingeschobenen Ladeluftkühlers von 3 gemäß Linie A-A in 5;
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7 eine perspektivische Längsschnittsansicht des in das Saugrohrgehäuse eingeschobenen Ladeluftkühlers von 3 gemäß Linie B-B in 5; und
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8 eine Perspektivansicht eines Ladeluftkühlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 bis 7 zeigen Ladeluftkühler gemäß einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel, die in ein Saugrohr eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs integriert sind. Die beiden Ausführungsbeispiele werden nachfolgend gemeinsam beschrieben, da sie sich nur geringfügig unterscheiden.
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Das Gehäuse 10 des Saugrohrs definiert einen Ladeluftkanal, durch den Ladeluft in einer Ladeluftströmungsrichtung L dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. In diesem Ladeluftkanal ist der Ladeluftkühler 12 integriert, wobei dieser in diesem Ausführungsbeispiel durch eine entsprechende Öffnung 14 im Gehäuse 10 seitlich in dieses Gehäuse 10 in einer Einbaurichtung M im Wesentlichen senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung L der Ladeluft durch den Ladeluftkanal eingeschoben werden kann.
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Stromab des Ladeluftkühlers 12 verzweigt der Ladeluftkanal bzw. das Saugrohrgehäuse 10 üblicherweise in mehrere Einlasskanäle (nicht dargestellt), die an einen Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeflanscht sind.
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Der Ladeluftkühler 12 weist einen Kühlerblock 16 auf, der im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist, wobei die Längsrichtung des Kühlerblocks 16 im Wesentlichen parallel zur Einbaurichtung M des Ladeluftkühlers 11 und damit senkrecht zur Ladluftströmungsrichtung L durch das Gehäuse 10 des Saugrohrs ausgerichtet ist, sodass der Kühlerblock 16 von der Ladeluft durchströmt werden kann.
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Der Kühlerblock 16 des Ladeluftkühlers 12 ist im Wesentlichen aus mehreren übereinander angeordneten Rohren 18 und dazwischen angeordneten Kühlrippen 20 zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche aufgebaut. Wie in 5 erkennbar, sind bei diesem Ausführungsbeispiel zudem zwei Stapel von Rohren 18 in der Ladeluftströmungsrichtung L hintereinander angeordnet, um die Kühlleistung zu erhöhen. Erfindungsgemäß schließt der Kühlerblock 16 an den beiden Seiten, die einer Innenseite des Gehäuses 10 senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung L und zur Längsrichtung M des Ladeluftkühlers 12 zugewandt sind, jeweils mit einem äußeren Bauelement in Form einer äußeren Kühlrippe 22 ab. Die Kühlrippen 20, 22 erstrecken sich in der Ladeluftströmungsrichtung L über beide Stapel der Rohre 18.
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In der Längsrichtung M ist der Kühlerblock 16 des Ladeluftkühlers 12 jeweils durch eine Sammelplatte 24, 26 oder einen Sammelkasten begrenzt. Dabei kann zwischen einer in der Einbaurichtung M vorderen Sammelplatte 26 und einer in der Einbaurichtung M hinteren Sammelplatte 24 unterschieden werden. Die beiden Sammelplatten 24, 26 sind mit Durchbrechungen versehen, in welche die Rohre 18 des Kühlerblocks 16 eingesetzt sind.
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Die Komponenten 18–26 des Kühlerblocks 16 sind vorzugsweise miteinander verlötet oder verschweißt.
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Die hintere Sammelplatte 24 bildet gleichzeitig einen Befestigungsflansch, der die Öffnung 14 des Gehäuses 10 überragt, sodass der Ladeluftkühler 12 mit dieser Sammelplatte 24 an das Gehäuse 10 verschraubt oder vernietet (vgl. 1 und 8) oder gecrimpt oder verclipst (vgl. 3, 4, 6 und 7) werden kann (alternativ verschweißt oder verklebt). Zwischen der hinteren Sammelplatte 24 und dem Gehäuse 10 des Saugrohrs ist vorzugsweise zudem ein Dichtelement 42 zum Beispiel in Form einer O-Ring-Dichtung angeordnet.
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Die hintere Sammelplatte 24 ist mit einem ersten Sammler 28 verbunden und die vordere Sammelplatte 26 ist mit einem zweiten Sammler 30 verbunden.
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Dabei sind die Sammler 28, 30 jeweils durch eine Art Deckel gebildet, der mit der jeweiligen Sammelplatte 24, 26 verbunden, insbesondere verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Der erste Sammler 28 ist mit einem Zulauf-Anschlussstutzen 32 und einem Ablauf-Anschlussstutzen 34 versehen (vgl. 3 und 6). Die beiden Stutzen 32, 34 sind mit dem ersten Sammler 28 einstückig ausgebildet (z. B. angespritzt) oder mit diesem verschweißt oder verlötet.
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In diesen Ausführungsbeispielen mit zwei Stapeln von Rohren 18 ist der erste Sammler 28 zum Beispiel durch eine zwischen den beiden Stapeln angeordnete Trennplatte unterteilt. Außerdem ist der zweite Sammler 30 in diesen Ausführungsbeispielen integral mit dem Kühlerblock 16 ausgebildet oder fest mit diesem verbunden; alternativ kann der zweite Sammler 30 auch als Teil des Saugrohrgehäuses 10 ausgebildet sein.
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Durch den Zulauf-Anschlussstutzen 32 wird dem ersten Sammler 28 ein Kühlfluid (z. B. Wasser) zugeführt, welches aus dem Sammler zum Beispiel auf die in Ladeluftströmungsrichtung L stromaufwärtigen Rohre 18 des Kühlerblocks 16 aufgeteilt wird. Nach Durchströmen der Rohre 18 und dem Wärmeaustausch mit der Ladeluft gelangt das Kühlfluid in den zweiten Sammler 30 und wird von dort in die stromabwärtigen Rohre 18 des Kühlerblocks 16 umgeleitet. Nach Durchströmen der stromabwärtigen Rohre 18 und dem erneuten Wärmeaustausch mit der Ladeluft gelangt das Kühlfluid wieder in den ersten Sammler 28 und wird aus diesem über den Ablauf-Anschlussstutzen 34 abgeführt.
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Wie in 3 und 5 dargestellt, sind an den den äußeren Kühlrippen 22 des Kühlerblocks 16 zugewandten Innenseiten des Saugrohrgehäuses 10 jeweils zwei im Wesentlichen leisten- oder rippenartige Vorsprünge 36 ausgebildet. Im ersten Ausführungsbeispiel von 2 ist jeweils nur ein Vorsprung 36 an einer Innenseite des Gehäuses 10 vorgesehen. In diesen Ausführungsbeispielen sind die Vorsprünge 36 einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgebildet (vgl. 2 und 5), sie können aber ebenso als separate Komponenten ausgebildet und mit dem Gehäuse 10 verbunden werden.
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Die Vorsprünge 36 stehen im Wesentlichen senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung L und senkrecht zur Längsrichtung M des Kühlerblocks 16 ins Innere des Ladeluftkanals vor. Außerdem verlaufen die Vorsprünge 36 im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung M des Kühlerblocks. Zudem sind die beiden Vorsprünge 36 auf einer Seite des Kühlerblocks 16 in Ladeluftströmungsrichtung L im Wesentlichen symmetrisch zur Mitte des Kühlerblocks 16 angeordnet.
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Wie insbesondere in 2, 3 und 5 erkennbar, werden beim Einschieben des Ladeluftkühlers 12 durch die Öffnung 14 in das Gehäuse 10 des Saugrohrs die äußeren Kühlrippen 22 des Kühlerblocks 16 durch die nach innen ragenden Vorsprünge 36 plastisch deformiert. Auf diese Weise werden in den äußeren Kühlrippen 22 des Kühlerblocks 16 nutartige Ausnehmungen 38 gebildet, die im Wesentlichen komplementär zu den Vorsprüngen geformt sind. Die Ausnehmungen 38 verlaufen ebenfalls im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen parallel zur Einbaurichtung bzw. Längsrichtung M des Ladeluftkühlers 10.
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Durch das Ineinandergreifen der Vorsprünge 36 in die Ausnehmungen 38 werden Labyrinthdichtungen zwischen dem Gehäuse 10 des Saugrohrs und dem Kühlerblock 16 des Ladeluftkühlers 12 gebildet, die einen Leckstrom der Ladeluft zwischen dem Saugrohrgehäuse 10 und dem Kühlerblock 12 möglichst klein halten sollen. Da die Ausnehmungen 38 beim Einbau des Ladeluftkühlers 12 in das Gehäuse 10 unmittelbar durch die Vorsprünge 36 geformt werden, entstehen allenfalls kleine Spalte zwischen den Vorsprüngen 36 und den Ausnehmungen 38 mit dem Ergebnis eines sehr kleinen Leckstroms der Ladeluft.
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Da der verbleibende geringe Leckstrom zudem die äußeren Kühlrippen 22 des Kühlerblocks 16 überstreicht, wird auch dieser Leckstrom durch den Ladeluftkühler 12 zumindest etwas gekühlt. Dies hat zur Folge, dass der Leckstrom der Ladeluft im Vergleich zu herkömmlichen Ladeluftkühlern mit Seitenteilen größer sein darf, ohne dass es zu einer merklichen Erhöhung der Temperatur der Ladeluft kommt.
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Der Verzicht auf Seitenteile des Ladeluftkühlers 12 reduziert zudem in vorteilhafter Weise das Gewicht und die Herstellungskosten des Ladeluftkühlers 12.
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Wie in 2 und 7 dargestellt, haben die Vorsprünge 36 jeweils eine Tiefe Z senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung L und haben die äußeren Kühlrippen 22 jeweils eine Höhe H senkrecht zur Ladeluftströmungsrichtung L. Um das Einführen des Ladeluftkühlers 12 in das Gehäuse 10 zu ermöglichen, ohne mit den Vorsprüngen 36 zu kollidieren, sind die vordere Sammelplatte 26 und der zweite Sammler 30 so dimensioniert, dass die äußeren Kühlrippen 22 des Kühlerblocks 16 diese um einen Überstand U überragen (vgl. 1).
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Ein Verhältnis H/Z liegt in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2. Der Überstand U der äußeren Kühlrippen 22 liegt in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich von 30–70%, idealerweise von 40–60% der Höhe H der Kühlrippen 22.
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Um die Ausbildung der Ausnehmungen 38 in den äußeren Kühlrippen 22 beim Einschieben des Ladeluftkühlers 12 in das Saugrohrgehäuse 10 zu erleichtern, sind die Vorsprünge 36 vorzugsweise in Einbaurichtung M des Ladeluftkühlers 12 mit einer zunehmenden Tiefe Z ausgebildet.
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Beispielsweise ist die Tiefe Z der Vorsprünge 36 im Bereich der vorderen Sammelplatte 26 etwa doppelt so groß wie im Bereich der hinteren Sammelplatte 24. Auf diese Weise lässt sich eine mittlere Steigung der Tiefe Z der Vorsprünge 36 und damit der Ausformschräge der Ausnehmungen 38 von beispielsweise etwa 0,5° erzielen.
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8 zeigt einen Ladeluftkühler 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Gleiche Komponenten sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern wie in den 1 bis 7 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels gekennzeichnet.
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Der Ladeluftkühler 12 dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ladeluftkühler des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass die vordere Sammelplatte 26 mit Führungselementen 40 in Form von Einkerbungen versehen ist. Beim Einschieben des Ladeluftkühlers 12 in das Gehäuse 10 des Saugrohrs greifen die Vorsprünge 36 am Gehäuse in diese Führungselemente 40 ein, um den Ladeluftkühler 12 zu führen.
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Mit Hilfe der Führungselemente 40 wird das korrekte Einschieben des Ladeluftkühlers 12 in das Saugrohrgehäuse 10 vereinfacht. Außerdem kann der Überstand U der äußeren Kühlrippen 22 über die vordere Sammelplatte 26 im Vergleich zu den obigen Ausführungsbeispielen geringer bis gar nicht ausgebildet werden.
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Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen der Ladeluftkühler 12 durch eine seitliche Öffnung 14 in das Saugrohrgehäuse 10 eingeschoben wird und die Ausnehmungen 38 für die Labyrinthdichtungen zwischen dem Kühlerblock 16 des Ladeluftkühlers 12 und dem Saugrohrgehäuse 10 beim Montagevorgang unmittelbar durch die Vorsprünge 36 an dem Gehäuse 10 geformt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen aber auch Ausführungsformen, bei denen die Ausnehmungen 38 in den äußeren Bauelementen 22 des Kühlerblocks 16 zum Beispiel nutartig vorgeformt sind und die Vorsprünge 36 am Gehäuse 10 dann beim Montieren einfach in diese Ausnehmungen 38 eingreifen. Speziell im Fall der vorgeformten Ausnehmungen können zusätzliche Elastomerdichtungen zwischen den Ausnehmungen und den Vorsprüngen eingesetzt werden, um die Dichtwirkung zu verbessern. Ebenso liegen im Rahmen der Erfindung auch Ausführungsformen, bei denen das Saugrohrgehäuse 10 im Bereich des Ladeluftkühlers 12 geteilt ausgebildet ist, sodass der Ladeluftkühler 12 zwischen den beiden Gehäuseteilen eingesetzt werden kann.
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Der zumindest eine Vorsprung 36 ist vorteilhaft als kufenartiges Element ausgestaltet, dass an seinem vorderen Ende abgeschrägt oder abgerundet ausgebildet ist, so dass beim Eingraben in das Seitenteil oder in die Kühl- oder Wellrippe des Wärmetauschers diese nur niedergedrückt werden aber nicht weggeschoben werden.
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Bevorzugt ist der Vorsprung 36 als Steg ausgebildet, der mit dem Gehäuse des Saugrohrs einstückig gespritzt oder angespritzt ist.
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Die Bestandteile des Ladeluftkühlers 12 gemäß der Erfindung sind vorzugsweise alle aus einem Leichtmetall wie Aluminium gefertigt und miteinander verlötet. Eine solche Lösung ist besonders sicher und dauerhaft kühlfluiddicht, kühleffizient und kostengünstig herstellbar. Das Saugrohrgehäuse 10 ist zum Beispiel aus einem Kunststoff oder auch aus einem Metall (bevorzugt bei hohen Ladedrücken oder Temperaturen) gefertigt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn als Element, in welches die zumindest eine Verformung eingebracht wird, ein Seitenteil verwendet wird, welches im Bereich der späteren Einbringung der Verformung bereits eine Schwächung des Seitenteils vorgesehen ist. Die Schwächung kann als Perforation, als Lochung, als Prägung oder als bereichsweise Stanzung etc. vorgesehen sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn durch das Einschieben oder Verdrehen des Wärmeübertragers in der Öffnung des Saugrohrs der Vorsprung sich in das Seitenteil im Bereich der so vorgenommenen Schwächung eingräbt und eine Verformung erzeugt, die als Dichtung dient. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Seitenteil insgesamt in der Materialstärke geschwächt bzw. reduziert ist, dass eine plastische Verformung erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007030464 A1 [0003, 0005]
- DE 102009012024 A1 [0003, 0004]
- DE 102009025282 A1 [0003, 0004]
- DE 102009050258 B3 [0003, 0005]
