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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für einen Abgaskühler gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus der
DE 10 2004 010 232 A1 ist ein Verbindungs-Element zum Verbinden eines Abgasrohrs an einem Abgasturbolader bekannt. Das Verbindungs-Element umfasst Schrauben, eine Feder, einen Zwischenring und eine Sickendichtung. Die Sickendichtung dient zur Abdichtung zwischen dem Flansch und dem Abgasrohr. Das Verbindungs-Element ist axial verschiebblich auf dem Abgasrohr angeordnet. Die Schrauben üben über die Feder eine Vorspannkraft auf die Sickendichtung aus, sodass diese auch bei thermischen Einflüssen dauerhaft ein Austreten von Abgas zwischen Flansch und Abgasrohr verhindert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches eine besonders zuverlässige Abdichtung zur Vermeidung eines Austretens von Kühlmittel geschaffen ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Dichtungsvorrichtung für einen Abgaskühler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Dichtungsvorrichtung für einen Abgaskühler, mit einer Dichtungseinheit, zum Abdichten eines Anschlussbereichs zwischen einer Kühlmittelaustauschöffnung in einem Flansch des Abgaskühlers und einem Kühlmittelverteilelement, über welches Kühlmittel zwischen dem Abgaskühler und dem Kühlmittelverteilelement unter Vermittlung der Kühlmittelaustauschöffnung austauschbar ist, aus.
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Um eine besonders zuverlässige Abdichtung zur Vermeidung eines Austretens von Kühlmittel zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dichtungseinheit axial verschiebbar an dem Flansch lagerbar ist und ein erstes Dichtelement zum radialen Abdichten des Anschlussbereichs und ein zweites Dichtelement zum axialen Abdichten des Anschlussbereichs umfasst. Durch diese beiden axial und radial abdichtenden Dichtelemente ist eine besonders zuverlässige Abdichtung zur Vermeidung eines Austretens von Kühlmittel geschaffen. Durch die axiale Verschiebbarkeit können etwaige temperaturbedingte Längenänderungen zwischen dem Abgaskühler und dem Kühlmittelverteilelement besonders wirksam und unter Vermeidung von etwaigen Verspannungen kompensiert werden. Bei dem Kühlmittelverteilelement kann es sich beispielsweise um ein Verteilergehäuse handeln über welches Kühlmittel unter Vermittlung der Kühlmittelaustauschöffnung beispielsweise in den Abgaskühler einströmen kann oder alternativ dazu aus dem Abgaskühler ausströmen kann. Der Flansch kann beispielsweise als Rohrendstück ausgestaltet sein, an welchem die Dichtungseinheit axial verschiebbar gelagert sein kann. Das erste Dichtelement und zusätzlich oder alternativ das zweite Dichtelement kann/können beispielsweise als O-Ring ausgestaltet sein, um nur ein Beispiel zu nennen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Dichtungseinheit einen Trägerring umfasst, an welchem das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement gehalten sind. Dieses von Vorteil, da durch einen derartigen Trägerring ein besonders zuverlässiges Halten der jeweiligen Dichtelemente sichergestellt werden kann. Der Trägerring kann jeweilige Nuten aufweisen, in welchen die jeweiligen Dichtelemente in axialer bzw. radialer Erstreckungsrichtung des Trägerrings aufgenommen bzw. gelagert sein können. Hierdurch können etwaige, verschleißfördernde Relativbewegungen und jeweiligen Auflageflächen der Dichtelemente zumindest verringert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Dichtelement zur Ausbildung eines ersten Dichtsitzes zwischen dem Trägerring und dem Kühlmittelverteilelement und das zweite Dichtelement zur Ausbildung eines zweiten Dichtsitzes zwischen dem Flansch und dem Trägerring ausgebildet ist. Durch das Ausbilden dieser beiden Dichtsitze durch die jeweils voneinander verschiedenen Dichtelemente kann sichergestellt werden, dass jeweils lediglich eines der Dichtelemente in lediglich einer Relativbewegungsebene etwaigen Relativbewegungen infolge temperaturbedingter Längenänderungen unterworfen ist. Mit anderen Worten können also die temperaturbedingten Längenänderungen auf die beiden Dichtelemente verteilt werden, wodurch insgesamt - im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei welchen lediglich ein Dichtungselement vorgesehen sein kann - eine insgesamt geringere Belastung der einzelnen Dichtelemente und damit eine verbesserte Langlebigkeit der einzelnen Dichtelemente erreicht werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trägerring aus einem Kunststoff oder aus Aluminium gebildet ist. Dieses von Vorteil, da der Trägerring somit besonders leicht ausgebildet sein kann und damit insgesamt eine Gewichtsersparnis einhergeht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtungsvorrichtung ein Spannband zum verspannen des Trägerrings gegenüber dem Flansch und zusätzlich oder alternativ gegenüber dem Kühlmittelverteilelement umfasst. Dieses von Vorteil, da mittels des Spannbandes eine insgesamt besonders gute Dichtwirkung erzielt werden kann und damit ein etwaiges Austreten des Kühlmittels besonders wirksam und weitgehend unterbunden werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die einzige Fig. zeigt eine Schnittdarstellung eines Abgaskühlers 12, welcher vorliegend lediglich ausschnittsweise und schematisch dargestellt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abgaskühler 12 als AGR-Kühler, also als Abgasrückführkühler ausgestaltet. An dem Abgaskühler 12 ist eine für die Erfindung beispielhafte Ausführungsform einer Dichtungsvorrichtung 10 angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung 10 umfasst eine Dichtungseinheit 14, zum Abdichten eines Anschlussbereichs 16 zwischen einer Kühlmittelaustauschöffnung 20 in einem Flansch 18 des Abgaskühlers 12 und einem Kühlmittelverteilelement 22, über welches Kühlmittel 24 zwischen dem Abgaskühler 12 und dem Kühlmittelverteilelement 22 unter Vermittlung der Kühlmittelaustauschöffnung 20 austauschbar ist. Das Kühlmittel 24 ist vorliegend durch einen Doppelpfeil verdeutlicht. Die Dichtungseinheit 14 ist axial verschiebbar an dem Flansch 18 gelagert und umfasst ein erstes Dichtelement 30 zum radialen Abdichten des Anschlussbereichs 16 und ein zweites Dichtelement 32 zum axialen Abdichten des Anschlussbereichs 16. Mittels der beiden Dichtelemente 30, 32 kann auch bei temperaturbedingten Längenänderungen beispielsweise des Abgaskühlers 12 und zusätzlich oder alternativ des Kühlmittelverteilelements 22 und daraus resultierenden Relativbewegungen eine zuverlässige Abdichtung vor einem Austreten des Kühlmittels 24 zwischen dem Abgaskühler 12 und dem Kühlmittelverteilelement 22 in verschiedenen Relativbewegungsebenen erreicht werden. Hierbei kann eine Relativbewegungsebene durch eine Richtung x sowie durch eine Richtung y eines in der Fig. gezeigten x-y-z-Koordinatensystems als in radialer Richtung orientierte Relativbewegungsebene aufgespannt sein.
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Die Dichtungseinheit 14 umfasst einen Trägerring 40, an welchem das erste Dichtelement 30 und das zweite Dichtelement 32 gehalten sind. Das erste Dichtelement 30 ist dabei zur Ausbildung eines ersten Dichtsitzes 34 zwischen dem Trägerring 40 und dem Kühlmittelverteilelement 22 ausgebildet. Das zweite Dichtelement 32 ist zur Ausbildung eines zweiten Dichtsitzes 36 zwischen dem Flansch 18 und dem Trägerring 40 ausgebildet.
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Der Trägerring 40 ist vorliegend aus einem Kunststoff gebildet. Alternativ dazu kann der Trägerring 40 auch aus Aluminium gebildet sein. Der Ring kann auch aus einem anderen Metall wie beispielsweise Stahl, Messing, Kupfer oder Magnesium hergestellt und gegebenenfalls beschichtet oder nicht beschichtet sein.
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Die Dichtungsvorrichtung zehn umfasst des Weiteren ein Spannband 50 zum verspannen des Trägerrings 40 gegenüber dem Flansch 18 sowie gegenüber dem Kühlmittelverteilelement 22
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Zusammenfassend kann mittels der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung 10 eine verbesserte Dichtwirkung an dem Abgaskühler 12 erreicht werden. Mittels der Dichtungsvorrichtung 10 können auch etwaige Montagetoleranzen sowie eine etwaige Unebenheit von Dichtflächen ausgeglichen werden. Die Dichtungsvorrichtung 10 kann mittels der jeweiligen Dichtelemente 30, 32 etwaige aufgrund thermischer Ausdehnung entstehender Relativbewegungen zwischen dem Abgaskühler 12 und dem Kühlmittelverteilelement 22, welches auch als Kühlmittelverteilergehäuse bezeichnet werden kann, kompensieren, ohne dass dabei Undichtigkeiten entstehen. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei welchem radiale abdichtende, sogenannte „Plug and Seal“-Dichtelemente verwendet werden, ist mittels der vorliegenden Dichtungsvorrichtung 10 durch das zweite Dichtelement 32 auch ein axiales Abdichten ermöglicht. Konzept bedingt benötigen die aus dem Stand der Technik bekannten „Plug and Seal“-Dichtelemente besonders viel Bauraum insbesondere in einer Richtung z zudem erfordert die Herstellung dieser „Plug and Seal“-Dichtelemente einen komplizierten und aufwendigen Fertigungsprozess, welcher mit erheblichem Lieferanten-Know-how verbunden ist. Aufgrund dieser Nachteile sind die aus dem Stand der Technik bekannten „Plug and Seal“-Dichtelemente besonders teuer. Aus dem Stand der Technik sind auch axial-Dichtungssysteme wie das sogenannte „MDEG-Dichtungskonzept“ bekannt. Dieses Dichtungskonzept erfordert eine besonders hohe Genauigkeit im Bereich der Dichtflächen am Abgaskühler 12. Des Weiteren können etwaige Unebenheiten an Dichtflächen nicht ausgeglichen werden. Zudem ist es bei dem „MDEG-Dichtungskonzept“ erforderlich, massive Flansche am Kühler zu verwenden, welche zudem nachbearbeitet werden müssen, was zu erhöhten Kosten und zu einer Verschlechterung in Bezug auf eine technische Sauberkeit hinsichtlich einer Restschmutzbildung führt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit dem Trägerring 40 beispielsweise ein Kunststoffträger mit axial bzw. radial dichtenden O-Ringen (Dichtungselemente 30, 32) an dem Flansch 18 des Abgaskühlers 12 vormontiert, wobei bei diesem Vorgang montieren lediglich ein kraftschlüssiges Klemmen zwischen dem Flansch 18 und dem Verteilergehäuse (Kühlmittelverteilelement 22) unter Vermittlung des Spannbandes 50 erfolgen kann. Die Dichtung zwischen dem Abgaskühler 12 und dem Kunststoffträger (Trägerring 40) kann radial mittels des ersten Dichtelements 30 und zwischen dem Verteilergehäuse und dem Kunststoffträger axial mittels des zweiten Dichtelements 32 erfolgen. Ein Kontakt zwischen dem Abgaskühler 12 und dem Kunststoffträger ist dabei axial und flächig ausgebildet. Ein weiterer Kontakt zwischen dem Verteilergehäuse und dem Kunststoffträger ist ebenfalls axial und flächig ausgebildet. Durch die Dichtungsvorrichtung 10 können vorteilhafterweise Fertigungs- und Montagetoleranzen in den Richtungen x und y kompensiert werden. Zudem können in vorteilhafter Weise etwaige Unebenheiten einer Auflagefläche 26 zwischen dem Abgaskühler 12 und dem Trägerring 40 kompensiert werden. Die Auflagefläche 26 kann dabei auch als AGR-Kühler-Auflagefläche bezeichnet werden. Weiterhin können in vorteilhafter Weise etwaige thermische Ausdehnungen (temperaturbedingte Längenänderungen) beispielsweise in Richtung z ausgeglichen werden. Zwischen den jeweiligen Kontaktflächen ergibt sich zudem eine besonders gute Verteilung jeweiliger Flächenpressungen. Des weiteren sind keine zusätzlichen, mechanischen Bearbeitungen der jeweiligen Dichtflächen bzw. Auflageflächen notwendig. Die Dichtungsvorrichtung 10 stellt eine einfache und leichtfertig bare Komponente dar, welche eine besonders kompakte Bauweise aufweist.
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Bei der Montage können die-Ringe (Dichtelemente 30, 32) zunächst verliersicher an dem vorzugsweise aus Kunststoff oder Aluminium gebildeten Träger (Trägerring 40) formatiert werden. Der Träger kann auf dem rollierten Flansch 18 ebenfalls verliersicher montiert werden. Zwischen den Abgaskühler 12 und das Verteilergehäuse kann dann der Dichtungsträger (Trägerring 40) mit dem Spannband 50 verspannt und damit geklemmt werden. Zudem kann Schweißnahtfreigang 38 an einem Gasaustritt des Abgaskühlers 12 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dichtungsvorrichtung
- 12
- Abgaskühler
- 14
- Dichtungseinheit
- 16
- Anschlussbereich
- 18
- Flansch
- 20
- Kühlmittelaustauschöffnung
- 22
- Kühlmittelverteilelement
- 24
- Kühlmittel
- 26
- Auflagefläche zwischen Abgaskühler 12 und Trägerring 40
- 30
- erstes Dichtelement
- 32
- zweites Dichtelement
- 34
- Erster Dichtsitz
- 36
- zweiter Dichtsitz
- 38
- Schweißnahtfreigang
- 40
- Trägerring
- 50
- Spannband
- x
- Richtung
- y
- Richtung
- z
- Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004010232 A1 [0002]
