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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager.
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Ein derartiger Wärmeübertrager ist beispielsweise aus der
JP 2019-056 517 A bekannt und weist einen Rohrboden, in den zahlreiche parallele Rohre für ein Kühlmittel eingesetzt sind, sowie einen Sammler auf, in dem das durch die Rohre strömende Kühlmittel gesammelt wird. Zwischen dem Rohrboden und dem Sammler ist eine Dichtung vorgesehen. Ähnliche Anordnungen gehen aus der
JP 2013-164 256 A ,
US 4 544 029 A ,
DE 20 2017 103 235 U1 ,
DE 43 38 959 A1 ,
WO 2012/ 038 125 A1 und
DE 10 2008 051 841 A1 hervor.
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Besondere Herausforderungen ergeben sich, wenn der Sammler insbesondere in seiner Längsrichtung durch eine vergleichsweise lange Trennwand geteilt werden soll. In diesem Fall muss die Trennwand gegenüber dem Rohrboden zuverlässig abgedichtet werden.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager zu schaffen, in dem unterschiedliche Bereiche des Sammlers zuverlässig voneinander abgedichtet sind.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt zum einen durch den Wärmeübertrager gemäß dem Patentanspruch 1.
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Demzufolge weist die Dichtung zumindest einen von dem Rohrboden vorstehenden Abschnitt auf, der mit einem Abschnitt des Sammlers in abdichtendem Eingriff ist. Bei dem Abschnitt des Sammlers kann es sich typischerweise um eine Trennwand handeln, die im zusammengebauten Zustand des Wärmeübertragers typischerweise im Wesentlichen senkrecht zu dem Rohrboden und/oder im Wesentlichen parallel zu den in den Rohrboden eingesetzten Rohren ausgerichtet ist. Der abdichtende Eingriff kann insbesondere dadurch besonders gut gewährleistet werden, dass die Dichtung einen von dem Rohrboden vorstehenden Abschnitt aufweist, der somit besonders zuverlässig mit dem Abschnitt des Sammlers in Eingriff kommen kann. Hierdurch kann beispielsweise auch bei einem aus Kunststoff ausgeführten Sammler, der vergleichsweise großen Toleranzen unterliegt, die Dichtigkeit zwischen einzelnen Abschnitten des Sammlers gewährleistet werden.
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Bevorzugt steht der vorstehende Abschnitt bis über das Niveau der in den Rohrboden eingesetzten Rohre vor. In einem üblichen Anwendungsfall kann der vorstehende Abschnitt um etwa 2 - 6 mm vorstehen. Der abdichtende Eingriff sorgt für einen besonders langen Weg, den Leckagefluid zurücklegen müsste, sodass die Dichtigkeit besonders zuverlässig gewährleistet werden kann. Dies gilt in besonderem Maße für die nachfolgend beschriebene, in dem vorstehenden Abschnitt bevorzugt ausgebildete Nut.
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Eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem Rohrboden und dem Sammler einschließlich des abdichtenden Eingriffs kann dadurch erreicht werden, dass der Rohrboden und der Sammler mittels zumindest eines Clips verbunden sind. Die Zusammenwirkung des Clips mit einem Verriegelungsvorsprung kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, die Positionsbeziehung zwischen Sammler und Rohrboden zu definieren und damit die auf die Dichtung wirkenden Kräfte in vorteilhafter Weise einzustellen. Ferner kann die Verbindung mittels eines Clips die oben beschriebene Verformung des Rohrbodens im Zuge der Crimpverbindung verhindern oder umfangreich einschränken.
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Ferner bietet es in bestimmten Situationen Vorteile, dass der Clip oder ein mit dem Clip zusammenwirkender Verriegelungsvorsprung an einem separaten Element vorgesehen ist, das in den Rohrboden eingesetzt ist.
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Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Für die Funktion des vorstehenden Abschnitts in Zusammenwirkung mit dem Abschnitt des Sammlers hat sich eine V- oder U-förmige Nut in dem vorstehenden Abschnitt als vorteilhaft erwiesen. Dementsprechend kann der Abschnitt des Sammlers, typischerweise die Trennwand, eine V-förmige Spitze oder U-förmig gerundete Form aufweisen, um besonders gut mit der beschriebenen Nut zusammenzuwirken. Die Nut kann etwa 1 - 6 mm tief sein. Bei dem abdichtenden Eingriff zwischen dem vorstehenden Abschnitt der Dichtung und dem Abschnitt des Sammlers sorgen die die Nut begrenzenden seitlichen Rippen oder Lippen für eine besondere Stabilität. Insbesondere werden diese, wenn der Abschnitt des Sammlers den Boden der Nut erreicht und auf diesen eine gewisse Kraft ausübt, zueinander, mit anderen Worten derart bewegt, dass die Nut gegen den Abschnitt des Sammlers „verschlossen“ wird, und die Dichtigkeit in besonderem Maße gewährleistet ist.
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Die Dichtigkeit wird ferner durch die bevorzugte Maßnahme unterstützt, wonach der Rohrboden in Richtung des Sammlers gewölbt ist. Dies ist vor dem Hintergrund zu sehen, dass der Rohrboden üblicherweise durch eine Crimpverbindung an dem Sammler befestigt wird. Bei der Crimpverbindung werden auf den Rohrboden von beiden Seiten in seitlicher Richtung, mit anderen Worten parallel zu demjenigen „Boden“ des Rohrbodens, in den die zahlreichen Rohre eingesetzt sind, Kräfte aufgebracht. Diese Kräfte können eine Verbiegung dieses Bodens derart verursachen, dass sich dieser von dem Sammler und damit von dem abdichtenden Eingriff wegbewegt. Dadurch, dass der Rohrboden bevorzugt in Richtung des Sammlers gewölbt ausgebildet ist, wird eine Verformung des Rohrbodens in der beschriebenen ungünstigen, von dem Sammler weg gerichteten Richtung unwahrscheinlicher. Vielmehr führen die Crimpkräfte in diesem Fall dazu, dass sich der Rohrboden zumindest ein wenig zusätzlich in Richtung des Sammlers wölbt, sodass die Dichtigkeit verbessert und nicht beeinträchtigt wird. Die beschriebene Verformung in Richtung einer Wölbung kann in vorteilhafter Weise durch den Abschnitt des Sammlers, der mit dem vorstehenden Abschnitt der Dichtung zusammenwirkt, gestoppt werden.
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Die Stabilität des Rohrbodens kann ferner dadurch verbessert werden, dass dieser zwischen Öffnungen für die Rohre zumindest eine Rippe oder Sicke aufweist.
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Nachdem auf den Rohrboden durch den dichtenden Eingriff zwischen dem Abschnitt des Sammlers und dem vorstehenden Abschnitt der Dichtung in besonderem Maße Kräfte aufgebracht werden, wird eine Rippe oder Sicke bevorzugt, die im Hinblick auf ihren Verlauf dem vorstehenden Abschnitt der Dichtung entspricht. Mit anderen Worten wird der vorstehende Abschnitt der Dichtung in besonderem Maße durch eine Rippe oder Sicke abgestützt. Eine Sicke, mit anderen Worten eine Rippe, die von dem vorstehenden Abschnitt weg gerichtet ist, bietet in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass die zu dem vorstehenden Abschnitt gerichtete Fläche in vorteilhafter Weise eben ist.
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Der Rohrboden weist typischerweise Reihen von Öffnungen auf, wobei sich die Reihen in Längsrichtung erstrecken können. Eine Breite der Öffnungen kann senkrecht zu der Reihenrichtung gemessen werden und variiert in vorteilhafter Weise entlang der Reihenrichtung. Mit anderen Worten sind in einer Reihe von Öffnungen unterschiedlich breite Öffnungen vorgesehen. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise parallele Reihen vermieden, die eine Verformung, insbesondere an den verbleibenden Stegen zwischen den Reihen, begünstigen würden.
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In vorteilhafter Weise können unterschiedlich breite Öffnungen beispielsweise dazu genutzt werden, zumindest eine Öffnung derart auszubilden, dass sie für die Aufnahme von zwei oder mehr Rohren geeignet ist.
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Für die Stabilität des Rohrbodens bietet es zusätzliche Vorteile, wenn der Rohrboden zumindest eine Öffnung aufweist, deren Rand von der Ebene der Öffnung vorsteht. Mit anderen Worten ist am Rand, bevorzugt um die gesamte Öffnung umlaufend, eine Rippe ausgebildet, die sich von dem Rohrboden im Wesentlichen in eine Richtung der eingesetzten Rohre erstrecken kann, und für zusätzliche Stabilität sorgt. Eine derartige umlaufende Rippe kann auch als kurze Hülse am Rand der Öffnung bezeichnet werden.
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Zur Einschränkung der Verformung des Rohrbodens im Zuge der Crimpverbindung kann der Rohrboden und/oder der Sammler und/oder die Dichtung eine Öffnung für den Clip aufweisen. Die Ränder der Öffnung können hierbei in vorteilhafter Weise derart ausgeführt werden, dass sie die Dichtung zusammendrücken und dadurch ihre Funktion verbessern.
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Der Clip kann hier je nach Anwendungsfall an dem Rohrboden oder dem Sammler vorgesehen sein.
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Zu den bevorzugten Ausführungsformen, insbesondere dem gewölbten Sammler und dem Clip sei erwähnt, dass diese, wie beschrieben, in vorteilhafter Weise mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 zusammenwirken, jedoch auch unabhängig davon ihre vorteilhafte Wirkung entfalten. Insofern sind diese für sich alleine genommen oder in Kombination mit beliebigen vorangehend oder nachfolgend beschriebenen Merkmalen als eigenständiger Gegenstand der Anmeldung anzusehen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt des Wärmeübertragers im Bereich des Rohrbodens und Sammlers vor der Verbindung derselben;
- 2 eine der 1 entsprechende Ansicht im Zusammenbauzustand;
- 3a eine der 2 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform;
- 3b ein Detail der 3a;
- 4-8b bevorzugte Ausführungsformen des Rohrbodens des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers;
- 9 eine Ausführungsform des Wärmeübertragers im Bereich der Verbindung zwischen Rohrboden und Sammler;
- 10a-13 bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers im Bereich der Verbindung zwischen Rohrboden und Sammler
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Wie in 1 zu erkennen ist, weist ein Rohrboden 10 des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers typischerweise einen weitgehend ebenen Boden 40 auf, der mit zahlreichen Öffnungen 22 (vgl. auch 5, 7 und 8a und 8b) versehen ist, in die zahlreiche Rohre 42 eingesetzt sind, die der Führung von Fluid dienen. An den Rändern ist der Rohrboden 10 U- oder wannenförmig ausgebildet und mit einer Dichtung 44 zu einem seitlichen Rand des Sammlers 12 versehen.
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Der Sammler 12 weist in dem gezeigten Fall einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf und ist in Längsrichtung (gemäß 1 senkrecht zur Zeichenebene) durch eine Trennwand 18 geteilt. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Trennwand 18 nicht notwendigerweise mittig in dem Sammler 12 vorgesehen sein muss.
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Erfindungsgemäß wirkt die Trennwand 18 mit einer Dichtung 14 zu dem Rohrboden 10 zusammen, die von dem Rohrboden, insbesondere dessen Boden 40, vorsteht. In dem gezeigten Fall kann der vorstehende Abschnitt (16) der Dichtung 14 beispielsweise 2 - 6 mm vorstehen, und die zu erkennende Nut 20 kann eine Tiefe von 1 - 6 mm aufweisen. In dem gezeigten Fall stehen auch die Rohre 42 in gewissem Umfang von dem Boden 40 des Rohrbodens 10 vor, die Dichtung 14 steht jedoch weiter vor.
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Aus dem in 2 gezeigten Zusammenbauzustand geht hervor, dass die in dem gezeigten Fall an ihrem freien Ende spitz ausgeführte Trennwand 18 in die beschriebene Nut 20 eindringt, hier für einen dichtenden Eingriff sorgt, und insbesondere bewirkt, dass die Lippen oder Rippen seitlich der Nut 20 sich zueinander bewegen und/oder verformen und den Spalt zu der Trennwand 18 verschließen.
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In 3a ist der entsprechende Effekt für eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei welcher der vorstehende Abschnitt 16 an einer Dichtung 14 ausgebildet ist, die sich über den gesamten Bereich des Rohrbodens 10 erstreckt, in den Rohre 42 eingesetzt sind, und insbesondere bis in die seitlichen, U-förmigen Abschnitte des Rohrbodens 10 reicht. In diesem Fall kann der vorstehende Abschnitt 16 um 2 - 6 mm von demjenigen Abschnitt der Dichtung 14 vorstehen, der sich parallel zu dem Boden 40 des Rohrbodens 10 erstreckt. Die Tiefe der Nut 20 kann wie oben für die Ausführungsform von 1 und 2 angegeben ausgeführt sein.
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Dies ist ergänzend in 3b gezeigt und verdeutlicht, wobei in 3b der 1 entsprechende Zustand gezeigt ist, in dem die Trennwand 18 noch nicht in die Nut 20 eingedrungen ist.
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In 4 ist der Rohrboden 10 in derjenigen bevorzugten Ausführungsform gezeigt, in der dieser, insbesondere dessen Boden 40 in Richtung des (in 4 nicht gezeigten) Sammlers, gemäß 4 nach oben, gewölbt ist. In 4 ist dies anhand der Tatsache zu erkennen, dass sich der Boden 40 im Bereich der beiden mittleren Rohre 42 etwas oberhalb eines Kragens 46 der Rohre befindet, als dies für die beiden seitlichen Rohre der Fall ist. Mit anderen Worten ist die zu dem Sammler gerichtete Seite des Bodens 40 zumindest geringfügig konvex gestaltet.
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In 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Stabilität des Rohrbodens 10 durch zahlreiche quer (gemäß 5 von links unten nach rechts oben) verlaufende Rippen 24 erhöht ist. Die Längsrichtung, die gemäß 1 - 4 senkrecht zur Zeichenebene verlief, ergibt sich in 5 von links oben nach rechts unten.
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Gemäß 6a verläuft eine Sicke 26 in dieser Längsrichtung. Es sei erwähnt, dass in der Längsrichtung auch eine Rippe, wie in 5 für die Querrichtung gezeigt, verlaufen kann.
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Dies ist in 6b gezeigt. Die Sicke gemäß 6a bietet jedoch den Vorteil, dass die Stabilität erhöht ist, und gleichzeitig (siehe auch 1 - 3a) diejenige Fläche eben ist oder lediglich eine kleine kanalartige Vertiefung aufweist, die die Dichtung 14 und insbesondere den vorstehenden Abschnitt 16 abstützt.
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In 6c ist ähnlich der 5 die Ausführungsform von 6b perspektivisch dargestellt, und gemäß 6d sind sowohl eine Längs- 24 als auch Querrippen 24 vorgesehen.
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Aus 7 geht diejenige bevorzugte Maßnahme hervor, wonach der Rohrboden 10 in Längsrichtung verlaufende Reihen von Öffnungen aufweist, die eine senkrecht zur Reihenrichtung gemessene Breite (in 7 von links unten nach rechts oben gemessen) aufweisen, die entlang der Reihe variiert. Wie in 7 erkennbar ist, wechselt in der linkesten Reihe die Breite der Öffnungen dahingehend, dass alternierend Öffnungen 22 für ein einziges Rohr und Öffnungen 28 ausgebildet sind, die für zwei Rohre ausgelegt sind. Auch im rechten Bereich des in 7 gezeigten Sammlers variieren die Breiten der Öffnungen entlang der Reihenrichtung, sodass keine durchgehenden Stege zwischen den Reihen von Öffnungen verbleiben, die eine Verformung oder ein Knicken des Rohrbodens begünstigen würden.
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In 7 ist ferner die Maßnahme gezeigt, wonach der Rand 30 der Öffnung von der Ebene der Öffnung vorsteht, um für zusätzliche Stabilität zu sorgen. Gemäß 7 ist dieser Rand 30 jeweils in einer Richtung vorstehend ausgebildet, die von dem (nicht gezeigten) Sammler weg gerichtet ist.
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In 8a ist eine für den Rohrboden 10 von 7 geeignete Dichtung 14 gezeigt, deren vorstehender Abschnitt 16 außermittig angeordnet ist. Wie in 8a zu erkennen ist, werden in der Dichtung geeignete Reihen von Öffnungen für Rohre definiert, wobei an geeigneten Stellen durch Brücken 48 in der Dichtung zwischen Öffnungen der Dichtung die Öffnungen für einzelne Rohre voneinander abgegrenzt werden, wenngleich mehr als ein Rohr in eine einzige, in dem Rohrboden 10 von 7 ausgebildete Öffnung 22 eingesetzt ist. Die Öffnungen weisen in diesem Fall jeweils eine(n) umlaufenden Kragen, Steg oder Rippe auf.
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In 8b ist die Ausführungsform von 8a von der zu dem Sammler gerichteten Oberseite gezeigt.
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In 9a ist eine Verbindung zwischen dem Rohrboden 10 und dem Sammler 12 mittels eines Clips 32 gezeigt. Wie genauer aus 10a hervorgeht, ist der Clip 32 in eine geeignete Öffnung 34 in dem Rohrboden 10 eingesetzt und wirkt mit einem an dem Sammler 12 ausgebildeten Verriegelungsvorsprung 50 zusammen. Um dieses Zusammenwirken zu ermöglichen, ist ergänzend in der Dichtung 14 eine Öffnung für den Clip 32 ausgebildet, wie ergänzend in 10a erkennbar. In dem gezeigten Fall ist der Clip 32 an seinem oberen, zu dem Sammler 12 gerichteten Ende abgeschrägt, sodass im Rahmen der Verbindung von Sammler 12 und Rohrboden 10 eine Auslenkung des Clips 32 erleichtert wird. Da der Clip 32 und/oder der hierzu im Wesentlichen parallele Abschnitt, an dem der Verriegelungsvorsprung 50 ausgebildet ist, federnd gestaltet sind, können der Verriegelungsvorsprung 50 und der Clip 32 aneinander vorbei treten, bevor der Verriegelungsvorsprung 50 im Rahmen des Zusammenbaus in eine in dem Clip vorgesehene Öffnung 52 (vgl. 10a) einrastet. Entlang der Längsrichtung ist der Clip bevorzugt etwa mittig angeordnet, es können jedoch auch mehrere Clips vorgesehen sein. Der Clip 32 und/oder das in den Rohrboden 10 eingesetzte Element gemäß 10a oder 12 kann aus Kunststoff sein, ebenso wie der Sammler, während der Rohrboden typischerweise aus Metall ist.
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Der zu dem Rohrboden 10 gerichtete Rand 54 der für den Clip 32 vorgesehenen Öffnung in dem Sammler 12 ist darüber hinaus so gestaltet, dass er in diesem Bereich den vorstehenden Abschnitt der Dichtung 14 und/oder die Dichtung 14 selbst zusammendrückt und somit für besondere Dichtigkeit sorgt.
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Dies ist deutlicher in den 9b und 9c gezeigt, in denen der Sammler 12 allein bzw. ein Detail davon dargestellt ist. Für den zu dem Rohrboden 10 gerichteten Rand 54 ist insbesondere in 9c zu erkennen, dass er mit einer, gegenüber dem von dem freien Ende (in 9a bis 9c unten) entfernten Bereich, verringerten Dicke ausgeführt ist, so dass er gut mit der Dichtung zusammenwirken kann. In 9d ist der Sammler gemäß 9a und 9b in einer Draufsicht gezeigt.
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Aus 10a geht ergänzend hervor, dass neben der Öffnung 38 für den Clip die Trennwand 18 des Sammlers 12 verläuft. Ferner ist im gezeigten Fall der Clip 32 in eine Öffnung 34 in dem Rohrboden 10 eingesetzt und darin mittels Haken verankert.
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In 10b ist der Rohrboden 10 von 10a zur Verdeutlichung separat gezeigt. Im mittleren Bereich ist die von einer Art Kragen 58 umrandete Öffnung zu erkennen, die der Anbringung des Clips 32 (vgl. 10a) bei dieser Ausführungsform dient.
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Gemäß 12 ist die Anordnung gewissermaßen umgekehrt zu derjenigen von 9 und 10, und der Verriegelungsvorsprung 50 ist an einem separaten Element vorgesehen, das in die Öffnung 34 in dem Rohrboden 10 eingesetzt und dort verankert ist.
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Wie aus 11 hervorgeht, ist demzufolge der Clip 32 an dem Sammler vorgesehen, sodass lediglich die Dichtung 14 und der Rohrboden 10 eine Öffnung für den Clip aufweisen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Clip 32 unterhalb einer Vertiefung 56 in dem Sammler 12 vorgesehen.
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In 13 ist ein derartiger Sammler 12 alleine gezeigt, in dem in Längsrichtung die Trennwand 18 verläuft und in etwa in deren Mitte die in 11 erkennbare Vertiefung 56 mit dem Clip 32 vorgesehen ist. Es sei ergänzend erwähnt, dass der Rohrboden 10 gemäß 12 und derjenige gemäß 10a und b identisch sein kann, unabhängig davon, ob ein separates Element mit Verriegelungsvorsprung oder Clip eingesetzt ist.
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In 13 ist in der Umgebung des Clips 32 der rechteckig um den Clip 32 umlaufende Rand zu erkennen, der die Dichtung komprimiert, und für eine besondere Dichtigkeit sorgt, wie oben im Zusammenhang mit 9a beschrieben. Neben diesem Rand komprimiert die jeweilige Trennwand 18 die Dichtung und sorgt hierdurch für eine Abdichtung.
