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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen rechteckförmigen Dichtrahmen für einen solchen Wärmeübertrager sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Wärmeübertrager.
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In modernen Kraftfahrzeugen müssen unterschiedliche Komponenten auf unterschiedliche Temperaturen gekühlt werden, um diese jeweils in einem optimalen Temperaturbereich und damit mit optimaler Leistung betreiben zu können. Bekannt hierzu sind beispielsweise Wärmeübertrager mit unterschiedlichen Temperaturbereichen, beispielsweise einem Niedertemperaturbereich und einem Hochtemperaturbereich, wobei der Hochtemperaturbereich beispielsweise zur Kühlung einer Brennkraftmaschine und der Niedertemperaturbereich beispielsweise zur Kühlung einer Fahrgastzelle eingesetzt werden. Um dabei einen möglichst geringen Bauraumbedarf erreichen zu können, werden der Niedertemperaturkühler bzw. der Hochtemperaturkühler oftmals in einen gemeinsamen Wärmeübertrager integriert, so dass beispielsweise ein gemeinsamer Sammelkasten verwendet werden kann, der eine Trennwand aufweist, um einen Hochtemperaturbereich von einem Niedertemperaturbereich zu trennen.
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Bei derartigen Wärmeübertragern ist es besonders wichtig, den Hochtemperaturbereich dauerhaft dicht vom Niedertemperaturbereich zu trennen, um eine unerwünschte Vermischung und damit einen Temperaturausgleich zu verhindern, der im Hochtemperaturbereich zu einer Temperaturerniedrigung und im Niedertemperaturbereich zu einer Temperaturerhöhung führen würde, wodurch die jeweils daran angeschlossenen Komponenten unter Umständen nicht mehr in ihrem optimalen Temperaturfenster betrieben werden können. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertragern tritt jedoch immer wieder eine Leckage und damit ein unerwünschtes Vermischen der Kühlmittel auf.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Wärmeübertrager der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere das Risiko einer Leckage zumindest reduziert.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Dichtkontur zwischen einem Rohrboden und einer Trennwand eines Sammelkastens eines Wärmeübertragers erstmals so auszugestalten, dass ein im Einbauzustand formschlüssiges Ineinandergreifen der Trennwand und der Dichtkontur und damit eine deutlich zuverlässigere Abdichtung im Bereich der Trennwand erreicht werden kann. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager, welcher beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, besitzt dabei den zuvor erwähnten Sammelkasten mit einem Niedertemperaturbereich und einem Hochtemperaturbereich, wobei die beiden Bereiche über die Trennwand voneinander getrennt sind. Über den Hochtemperaturbereich können somit andere Komponenten bedarfsgerecht gekühlt werden, als über den Niedertemperaturbereich. Der Sammelkasten ist über einen Rohrboden abgeschlossen, in welchem in entsprechenden Durchgangsöffnungen Wärmeübertragerrohre, beispielsweise Flachrohre, aufgenommen sind. Die Durchgangsöffnungen können dabei als Durchzüge ausgebildet sein. Die Trennwand ist gegenüber dem Rohrboden über einen Dichtsteg abgedichtet und teilt dadurch den Sammelkasten in den Niedertemperaturbereich und den Hochtemperaturbereich, wobei der Hochtemperaturbereich Teil eines Hochtemperaturmittelkühlers und der Niedertemperaturbereich Teil eines Niedertemperaturmittelkühlers ist. Erfindungsgemäß weist nun dieser Dichtsteg eine der Trennwand zugewandte Ausnehmung auf, in welche die Trennwand in montiertem Zustand dicht und insbesondere formschlüssig eingreift. Bislang war ein derartiger Dichtsteg mit einer der Trennwand zugewandten Ebene ausgestattet, so dass nur durch ein vordefiniertes Verpressen der Trennwand mit dem Dichtsteg eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden konnte. Dies lag insbesondere auch daran, dass bei den bislang verwendeten Dichtstegen lediglich eine linienartige Verbindung zwischen diesen und der jeweiligen Trennwand bestand. Mit dem erfindungsgemäßen Dichtsteg hingegen, bei welchem die Trennwand in eine entsprechende Ausnehmung am Dichtsteg eingreift, kann eine deutlich verbesserte Labyrinthdichtung geschaffen werden, bei welcher die Dichtfläche deutlich größer ist als bei herkömmlichen Dichtstegen und die dadurch zusätzlich in der Lage ist, fertigungsbedingte oder temperaturbedingte Toleranzen auszugleichen, ohne dass Beeinträchtigungen der Dichtwirkung zu befürchten sind.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Ausnehmung des Dichtstegs im Querschnitt V-förmig oder rechteckförmig ausgebildet. Bei einer V-förmigen Ausbildung ist es denkbar, dass die Trennwand einen V-förmigen Endabschnitt aufweist, über welchen sie in montiertem Zustand, insbesondere formschlüssig, in die Ausnehmung des Dichtsteges eingreift. Bei einer rechteckförmigen Ausnehmung ist es denkbar, dass die beiden seitlich verlaufenden Stege beim Einpressen der Trennwand in die Ausnehmung verformt werden und sich darüber dicht an den V-förmigen Endabschnitt der Trennwand anlegen. Unabhängig von der gewählten Querschnittsform der Ausnehmung kann jedoch mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtsteg in jedem Fall eine Labyrinthdichtung geschaffen werden, mit welcher eine deutlich verbesserte Dichtwirkung im Vergleich zu bislang bekannten planen Dichtflächen am Dichtsteg erreicht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Dichtsteg einstückig mit einem Dichtrahmen ausgebildet, der den Rohrboden gegenüber dem Sammelkasten abdichtet. Ein derartiger Dichtrahmen besitzt üblicherweise eine rechteckförmige Gestalt sowie zwei Längs- und zwei Querseiten, wobei zwischen den beiden Querseiten ein parallel zu diesen verlaufender Dichtsteg angeordnet ist, der die zuvor beschriebene Ausnehmung zur Aufnahme der Trennwand besitzt. Durch die einstückige Ausbildung des Dichtsteges mit dem Dichtrahmen kann eine kostengünstige und zugleich qualitativ hochwertige Herstellung, insbesondere in einem Kunststoffspritzgießprozess, erreicht werden.
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Zweckmäßig weist der Rohrboden eine Aufnahme auf, in welcher der Dichtsteg in montiertem Zustand dicht aufgenommen ist. Neben den einzelnen Durchgangsöffnungen zur Aufnahme der Flachrohre besitzt somit der Rohrboden auch die beschriebene Aufnahme, die neben der Abdichtung des Hochtemperaturbereichs vom Niedertemperaturbereich zwischen dem Dichtsteg und dem Rohrboden auch zur Fixierung des Dichtsteges, insbesondere zur formschlüssigen Fixierung desselben, dient. Die Aufnahme kann dabei beispielsweise V-förmig ausgebildet sein und dem Dichtsteg zugewandte konvexe Schenkel aufweisen. Diese konvexen Schenkel ermöglichen eine verstärkte Pressung des Dichtsteges bei montierter Trennwand bzw. bei am Rohrboden montiertem Sammelkasten, wodurch auch hier eine Labyrinthdichtung mit verbesserter Dichtwirkung geschaffen werden kann.
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Zweckmäßig weist der Dichtsteg einen der Ausnehmung gegenüberliegenden V-förmigen Dichtbereich auf, mit welchem er in montiertem Zustand dicht in die Aufnahme des Rohrbodens eingreift. Ein derartiger V-förmiger Dichtbereich wird durch die in die Ausnehmung des Dichtsteges eingedrückte Trennwand komplementär zu beispielsweise den konvexen Schenkeln der Aufnahme des Rohrbodens verformt, so dass in diesem Fall der Dichtbereich konkave Flanken aufweist, die formschlüssig an den konvexen Schenkeln der rohrbodenseitigen Aufnahme anliegen und darüber eine große Dichtfläche schaffen. Auch hierdurch kann die Dichtwirkung gesteigert werden und insbesondere können Fertigungstoleranzen bzw. temperaturbedingte Relativbewegungen zwischen Rohrboden und Trennwand besser ausgeglichen werden, ohne dass dabei befürchtet werden muss, dass die gewünschte Dichtheit verloren geht.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen rechteckförmigen Dichtrahmen für einen zuvor beschriebenen Wärmeübertrager anzugeben, der zwei Längsseiten und zwei Querseiten sowie einen zwischen den beiden Querseiten und parallel zu diesen verlaufenden Dichtsteg aufweist, der die beiden Längsseiten verbindet und eine Ausnehmung mit zwei seitlichen Stegen aufweist. Die Ausnehmung dient dabei zur späteren dichten Aufnahme der Trennwand. Mittels eines derartigen rechteckförmigen Dichtrahmens mit dem zuvor beschriebenen Dichtsteg lässt sich ein Hochtemperaturbereich von einem Niedertemperaturbereich eines Wärmeübertragers zuverlässig und langfristig abdichten.
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Zweckmäßig ist die Ausnehmung im Querschnitt V-förmig oder rechteckförmig ausgebildet und dadurch in der Lage, zusammen mit einem zugehörigen V-förmigen Endabschnitt der Trennwand eine formschlüssige Labyrinthdichtung herzustellen, die eine zuverlässige Abdichtung ermöglicht.
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Der Dichtrahmen ist dabei mit seinen Längsseiten, Querseiten und seinem Dichtsteg vorzugsweise einstückig ausgebildet, wodurch er nicht nur kostengünstig, sondern auch qualitativ hochwertig herstellbar ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtrahmens weist der Dichtsteg einen der Ausnehmung gegenüberliegenden, V-förmigen Dichtbereich auf, mit welchem er in montiertem Zustand dicht in die Aufnahme des Rohrbodens eingreift. Ein derartiger V-förmiger Dichtbereich kann durch ein entsprechendes Anpassen eines Kunststoffspritzgießwerkzeugs vergleichsweise einfach hergestellt werden, wobei der V-förmige Dichtbereich so gestaltet ist, dass er sich in montiertem Zustand möglichst großflächig und formschlüssig an die rohrbodenseitige Aufnahme anpasst. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Ausnehmung kann eine zuverlässige Abdichtung gegenüber der Trennwand geschaffen werden, während mit dem gegenüberliegenden V-förmigen Dichtbereich eine zuverlässige Abdichtung gegenüber dem Rohrboden geschaffen werden kann. Beide Dichtzonen sind dabei in der Art von Labyrinthdichtungen ausgebildet und besitzen dadurch eine deutlich verbesserte Dichtwirkung.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch einen Wärmeübertrager entsprechend dem Stand der Technik,
- 2 eine Ansicht auf einen Dichtsteg eines Dichtrahmens entsprechend dem Stand der Technik,
- 3 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtsteg im Bereich eines Rohrbodens,
- 4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einem erfindungsgemäßen Dichtsteg,
- 5 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager im Bereich der Trennwand, des Dichtsteges und des Rohrbodens.
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Entsprechend den 1 und 2, weist ein Wärmeübertrager 1', insbesondere für eine Kraftfahrzeug 2' einen Sammelkasten 3' mit einem Niedertemperaturbereich 4' und einem Hochtemperaturbereich 5' auf, die über eine Trennwand 6' voneinander getrennt sind. Der Sammelkasten 3' ist dabei mit einem Rohrboden 7' abgeschlossen, wobei in dem Rohrboden 7' über entsprechende und nicht gezeigte Durchgangsöffnungen Wärmeübertragerrohre, insbesondere Flachrohre, aufgenommen sind. Die Trennwand 6' ist dabei gegenüber dem Rohrboden 7' über einen Dichtsteg 8' abgedichtet, wobei in diesem Fall der Dichtsteg 8' eine der Trennwand 6' zugewandte plane Dichtfläche 9' aufweist. Die Trennwand 6' ist dabei gegen die plane Dichtfläche 9' vorgespannt und bewirkt hierüber die Dichtwirkung zwischen dem Niedertemperaturbereich 4' und dem Hochtemperaturbereich 5'. Dabei ist ersichtlich, dass die Trennwand 6' und die ebene Dichtfläche 9' lediglich eine senkrecht zur Bildebene verlaufende Dichtlinie 10' bilden, so dass bei mangelnder Anpresskraft oder temperaturbedingten bzw. fertigungsbedingten Toleranzen bzw. Dehnungen unter Umständen ein Abheben der Trennwand 6' von der Dichtfläche 9' erfolgen und bereits bei einem geringfügigen Abheben eine unerwünschte Leckage bzw. ein unerwünschter Austausch der Kühlmittel zwischen dem Niedertemperaturbereich 4' und dem Hochtemperaturbereich 5' erfolgen können. Die ebene bzw. plane Dichtfläche 9' ist auch nochmals in 2 dargestellt.
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Generell gelten die mit Apostroph versehenen Bezugszeichen aus den 1 und 2 für einen Wärmeübertrager 1' gemäß dem Stand der Technik auch in analoger, insbesondere gleicher, Weise für den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 gemäß den 3 bis 5.
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Betrachtet man somit den Dichtsteg 8 gemäß den 3 bis 5, so kann man erkennen, dass dieser eine der Trennwand 6 zugewandte Ausnehmung 11 aufweist, in welche die Trennwand 6 in montiertem Zustand (vergleiche 5) dicht eingreift. Wie dabei der 5 zu entnehmen ist, kann mit der erfindungsgemäß am Dichtsteg 8 vorgesehenen Ausnehmung 11 eine Labyrinthdichtung zusammen mit der Trennwand 6 erreicht werden, wodurch eine deutlich verbesserte Dichtwirkung erzielt werden kann.
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Die Ausnehmung 11 kann dabei im Querschnitt rechteckförmig sein, wie dies gemäß den 3 und 4 dargestellt ist, oder auch V-förmig, wie dies gemäß der 5 dargestellt ist, wobei selbstverständlich auch ein entsprechendes Verformen zweier die Ausnehmung 11 seitlich begrenzender Stege 12 beim Eindrücken der Trennwand 6 in die Ausnehmung 11 denkbar ist.
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Betrachtet man die Trennwand 6 gemäß der 5, so kann man erkennen, dass diese einen V-förmigen Endabschnitt 13 aufweist, über welchen sie in montiertem Zustand in die Ausnehmung 11 des Dichtsteges 8 eingreift, insbesondere sogar formschlüssig eingreift und hierüber eine eine vergleichsweise hohe Dichtwirkung aufweisende Labyrinthdichtung bewirkt. Der Dichtsteg 8 ist dabei vorzugsweise einstückig mit einem Dichtrahmen 14 ausgebildet, der den Rohrboden 7 gegenüber dem Sammelkasten 3 abdichtet. Der Dichtrahmen 14 kann dabei zwei Längsseiten 15 und zwei dazu in Querrichtung verlaufende und gemäß der 4 bzw. der 2 nicht dargestellte Querseiten aufweisen, wobei der Dichtsteg 8 zwischen den beiden Querseiten und im Wesentlichen parallel zu diesen, das heißt im Wesentlichen orthogonal zu den Längsseiten 15 verläuft und letztere verbindet.
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Der Rohrboden 7 des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1 besitzt eine Aufnahme 16, in welcher der Dichtsteg 8 in montiertem Zustand dicht aufgenommen ist. Die Aufnahme 16 ist dabei vorzugsweise V-förmig ausgebildet und weist dem Dichtsteg 8 zugewandte, konvexe Schenkel 17 auf. Diese konvexen Schenkel 17 bewirken ein Eindrücken eines im Wesentlichen V-förmigen Dichtbereichs 18 des Dichtsteges 8, sofern dieser über die Trennwand 6 in die Ausnehmung 16 am Rohrboden 7 eingedrückt wird. Durch das Verformen des Dichtbereichs 18 des Dichtsteges 8 kann eine großflächige Anlage desselben an die konvexen Schenkel 17 der Aufnahme 16 und damit eine besonders wirksame Labyrinthdichtung zwischen dem Dichtsteg 8 und dem Rohrboden 7 erreicht werden.
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Unter Schutz gestellt werden soll mit der vorliegenden Erfindung nicht nur der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 1, sondern auch der erfindungsgemäße Dichtrahmen 14 mit dem die Ausnehmung 11 aufweisenden Dichtsteg 8, wobei dieser Dichtrahmen 14 vorzugsweise zusammen mit dem Dichtsteg 8 als einstückiges Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und dadurch kostengünstig und qualitativ hochwertig herstellbar ist.
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Generell kann mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 eine deutlich verbesserte Dichtwirkung zwischen dem Hochtemperaturbereich 5 und dem Niedertemperaturbereich 4 eines Zweikreiskühlmittelkühlers erreicht werden, wobei zusätzlich auch bei einer toleranzbedingten, geometrischen Abweichung zwischen Rohrboden 7, Sammelkasten 3 bzw. Trennwand 6 eine verringerte oder gar keine Leckagerate zu erreichen ist. Auch bei einer alterungsbedingten Relaxierung des Dichtrahmens 14 bzw. des Dichtsteges 8 kann mit der erfindungsgemäß am Dichtsteg 8 vorgesehenen Ausnehmung 11 eine verringerte Leckage und damit eine verbesserte Dichtwirkung erreicht werden.
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Zusätzlich kann bei einer Einmischung von Fremdkörperpartikel, wie beispielsweise Flux, Aluminium, oder mineralischen Fremdkörperpartikeln, ebenfalls die Leckage verringert werden.
