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Die Erfindung betrifft eine Kältemittelbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen elektrischen Kältemittelantrieb, insbesondere einen Kältemittelverdichter, und mindestens eine weitere Komponente.
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Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimaanlagen eingebaut, die mit Hilfe einer einen Kältemittelkreislauf bildenden Anlage den Fahrzeuginnenraum klimatisieren. Derartige Anlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Kältemittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-744 (Kohlenstoffdioxid, CO2) oder R-134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels eines (Kältemittel-) Verdichters oder Kompressors verdichtet, wobei das Kältemittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenommene Wärme wieder abgibt, bevor es über eine Drossel erneut zum Verdampfer geführt wird.
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Als Kältemittelverdichter wird häufig eine sogenannte Scrollmaschine eingesetzt, um ein Kältemittel zu verdichten. Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Scrollmaschine, eingesetzt als Verdichter für das Kältemittel einer Kraftfahrzeugklimaanlage, ist beispielsweise in
DE 10 2012 104 045 A1 beschrieben.
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Die unterschiedlichen Komponenten im Kältemittelkreislauf eines Klima- und/oder Wärmepumpensystems werden üblicherweise über (Rohr-)Leitungen miteinander verbunden. Aufgrund der Vielzahl von Komponenten und Schnittstellen ist die Montage des Kältemittelkreislaufs vergleichsweise aufwendig. Weiterhin stellt jede zusätzliche Schnittstelle ein Risiko für Leckagestellen des Kältemittels dar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Kältemittelbaugruppe für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Insbesondere soll die Anzahl der Schnittstellen - und somit das Leckagerisiko - in einem Kältemittelkreislauf reduziert werden
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, dass Komponenten eines Kältemittelkreislaufs eines Kraftfahrzeugs, welche typischerweise über Rohrleitungen oder sonstige zusätzliche Bauteile miteinander verbunden werden, direkt aneinander montiert werden.
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Die erfindungsgemäße Kältemittelbaugruppe ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Die Kältemittelbaugruppe weist einen elektrischen Kältemittelantrieb, insbesondere einen Kältemittelverdichter, vorzugsweise einen Scrollverdichter, und mindestens eine weitere Komponente auf. Bei der Komponente handelt es sich insbesondere um eine Kältemittelkreislaufkomponente, beispielsweise um eine Wärmepumpenkomponente oder um ein Sensorelement. Der Kältemittelantrieb weist hierbei ein Antriebsgehäuse mit mindestens einer Kältemittelöffnung auf, wobei die Komponente unmittelbar oder direkt, also ohne dazwischengeschaltete (Rohr-)Leitung, mit der Kältemittelöffnung beziehungsweise dem Antriebsgehäuse gefügt oder fügbar ist. Mit anderen Worten ist die Kältemittelöffnung als ein hochintegrierter Anschluss für die Komponente ausgeführt. Dadurch ist eine besonders geeignete Kältemittelbaugruppe realisiert.
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Das Antriebsgehäuse ist insbesondere als ein Aluminiumdruckgussteil ausgeführt, Die Kältemittelöffnung ist hierbei insbesondere ein Kältemitteleinlass, durch welchen Kältemittel in das Antriebsgehäuse eintreten kann, oder ein Kältemittelauslass, durch welchen Kältemittel aus dem Antriebsgehäuse austreten kann. Bei einem Kältemittelverdichter ist der Kältemitteleinlass insbesondere die Saugseite (Niederdruckseite) und der Kältemittelauslass die Ausstoßseite (Hochdruckseite).
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Durch die unmittelbare Kopplung der Komponente an den Kältemittelantrieb wird die Anzahl der notwendigen Verbindungen im Kältemittelkreislauf reduziert. Somit gibt es weniger Einzelteile und weniger Dichtverbindungen, wodurch die Herstellungskosten, der Montageaufwand, und das Leckagerisiko gesenkt werden. Weiterhin wird das Baugewicht der Kältemittelbaugruppe sowie deren Bauraumbedarf vorteilhaft reduziert.
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In einer Ausführung ist die direkt an den Kältemittelantrieb angeschlossene Komponente als ein Kältemittelsensor, insbesondere als ein Druck- und/oder Temperatursensor zur Erfassung des Kältemitteldrucks beziehungsweise der Kältemitteltemperatur, ausgeführt.
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Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
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Die Kältemittelöffnung ist hierbei vorzugsweise der Kältemitteleinlass (Niederdruckseite, Saugdruckseite). Dies bedeutet, dass ein Druck- und/oder Temperatursensor direkt in den Kältemitteleintrittsbereich des Kältemittelantriebs montiert ist. Dadurch ist eine Zustandserkennung (Druck und/oder Temperatur) des Kältemittels direkt am Eintritt des Kältemittelantriebs bereitgestellt, wodurch eine verbesserte Regelung und/oder Steuerung des Kältemittelantriebsbetriebs ermöglicht ist.
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In einer denkbaren Ausführungsform ist eine Schnittstelle zur Aufnahme des Kältemittelsensors quer zu der Kältemittelöffnung in das Antriebsgehäuse eingebracht. Der Kältemittelsensor ist somit im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Kältemittels angeordnet.
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In einer geeigneten Weiterbildung weist die Schnittstelle eine Gewindebohrung auf, in welche ein Außengewinde des Kältemittelsensors kraftschlüssig eingedreht ist. Dadurch ist eine einfache und zuverlässige Montage des Kältemittelsensors gewährleistet. Alternativ könnte der Kältemittelsensor auch in die Schnittstelle eingelötet oder eingeschweißt sein, was sowohl die Halte- als auch die Dichtfunktion in einem abdecken würde. Der Kältemittelsensor wäre im Servicefall hierbei jedoch nicht austauschbar.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Schnittstelle eine an das Antriebsgehäuse angeformte Dichtfläche auf, an welcher ein Dichtelement des Kältemittelsensors dichtend anliegt. Dies bedeutet, dass sich in dem Aluminium-Druckgussgehäuse des Kältemittelantriebs eine mechanisch bearbeitete Schnittstelle mit Gewinde und Dichtfläche befindet, welche den Kältemittelsensor aufnimmt.
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Das Dichtelement ist vorzugsweise als ein O-Ring zur Sicherstellung der Dichtigkeit ausgeführt. Alternativ könnte die Dichtwirkung, abhängig vom gewählten Kältemittelsensor und dessen Design, auch über andere Dichtungsformen realisiert werden, beispielsweise mittels einer Gummi-Metall-Dichtung, einer reinen Metall-dichtung, oder mittels axialer Dichtscheiben.
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In einer zusätzlichen oder alternativen Ausführung ist eine Wärmetauscherbaugruppe als Komponente direkt mit dem Kältemittelantrieb gefügt. Die Wärmetauscherbaugruppe ist hierbei zur Führung von Kältemittel vorgesehen und eingerichtet, wobei eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Kältemittelöffnung und der Wärmetauscherbaugruppe realisiert ist. Durch die direkte fluidtechnische Verbindung zwischen der Kältemittelöffnung und der Wärmetauscherbaugruppe treten weniger Druckverluste des Kältemittels auf, da keine potentiell querschnittsverengenden und Kältemittelumlenkenden Rohrleitungen vorhanden sind. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit des Kältemittelantriebs verbessert.
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Die beispielsweise als Wärmetauscher/Block-Lötbaugruppe ausgeführte Wärmetauscherbaugruppe weist hierbei mehreren Grundplatten, zwei Plattenwärmetauschern („Chiller“ und „interner Wärmetauscher“), mehrerer aufgelöteter Aluminiumblöcke, Sensoren, Ventilen und Dichtungen auf. Der oder die Aluminiumblöcke sind hierbei auf den Grundplatten eines oder mehrerer Plattenwärmetauscher aufgelötet. Sowohl der Aluminiumblock als auch die Platte und der/die Wärmetauscher selbst enthalten Bohrungen, Öffnungen und sonstige innere Hohlräume, durch welche das Kältemittel strömt.
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Vorzugsweise bildet der an den Wärmetauscher angelötete Aluminiumblock die Schnittstelle zur direkten Montage an der Kältemittelöffnung, insbesondere am Kältemitteleintritt.
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In einer denkbaren Ausgestaltung weist die Wärmetauscherbaugruppe, insbesondere der Aluminiumblock, einen emporstehenden Stutzen auf, welcher in eine korrespondierende Aufnahme der Kältemittelöffnung dichtend eingesteckt ist. Dadurch ist eine besonders einfache und aufwandreduzierte Steckmontage ermöglicht. Die Wärmetauscherbaugruppe beziehungsweise der Aluminiumblock weist somit einen „väterlichen“ Stutzen auf, welcher vorzugsweise eine O-RingDichtung zur Abdichtung trägt. Der Stutzen taucht in die „mütterliche“ Gegenkontur der Aufnahme am Antriebsgehäuse ein. Der Stutzen (und die Gegenschnittstelle bzw. Aufnahme am Antriebsgehäuse) kann hierbei auch eine Geometrie für eine axiale Dichtungsform aufweisen.
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In einer geeigneten Weiterbildung ist benachbart zu der Kältemittelöffnung eine Durchgangsbohrung in das Antriebsgehäuse eingebracht, wobei ein Schraubenelement in der Durchgangsbohrung einsitzt, welches in eine Gewindebohrung der Wärmetauscherbaugruppe eingedreht ist, und somit die Wärmetauscherbaugruppe kraftschlüssig an dem Antriebsgehäuse fixiert. Beispielsweise ist der Aluminiumblock mit einer M8-Gewindesacklochbohrung versehen. Nahe der mütterlichen Gegenkontur oder Aufnahme ist die Durchgangsbohrung für ein als M8-Schraube ausgeführtes Schraubenelement vorgesehen, welches den Aluminiumblock an dem Antriebsgehäuse fixiert.
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Alternativ können auch andere Schraubengrößen und -anzahlen für das Schraubenelement vorgesehen werden, zum Beispiel zwei M6-Schrauben anstatt einer M8-Schraube. Alternativ ist es weiterhin möglich die Fügerichtung umzukehren, also die Gewindebohrung in das Antriebsgehäuse einzubringen und die Durchführöffnung im Aluminiumblock der Wärmetauscherbaugruppe.
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In einer möglichen Ausführung ist ein Fügepin in einen der beiden Fügepartner (Wärmebaugruppe, Antriebsgehäuse) eingepresst, wobei eine entsprechende (Aufnahme-)Bohrung im Gegenstück vorgesehen ist. Beispielsweise weist das Antriebsgehäuse einen emporstehenden Fügepin auf, welcher mit ausreichend Fügespiel in eine Aufnahmebohrung der Wärmetauscherbaugruppe eingreift. Der Fügepin und die Aufnahmebohrung ermöglichen eine Vor- oder Grobpositionierung bei der Montage.
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Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.
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Unter einem „Kraftschluss“ oder einer „kraftschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die miteinander verbundenen Teile aufgrund einer zwischen ihnen wirkenden Reibkraft gegen ein Abgleiten aneinander gehindert sind. Fehlt eine diese Reibkraft hervorrufende „Verbindungskraft“ (dies bedeutet diejenige Kraft, welche die Teile gegeneinander drückt, beispielsweise eine Schraubenkraft oder die Gewichtskraft selbst), kann die kraftschlüssige Verbindung nicht aufrecht erhalten und somit gelöst werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in vereinfachten Darstellungen:
- 1 in Seitenansicht eine Kältemittelbaugruppe mit einem Kältemittelantrieb und mit einem Kältemittelsensor sowie mit einer Wärmetauscherbaugruppe,
- 2 in Frontansicht die Kältemittelbaugruppe,
- 3 in Draufsicht die Kältemittelbaugruppe,
- 4a in Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV gemäß 3 ausschnittsweise den Kältemittelantrieb und die Wärmetauscherbaugruppe in einem teilweise auseinandergenommenen Zustand,
- 4b in Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV gemäß 3 ausschnittsweise den Kältemittelantrieb und die Wärmetauscherbaugruppe in einem Montagezustand,
- 5a in Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V gemäß 2 ausschnittsweise den Kältemittelantrieb und den Kältemittelsensor in einem teilweise auseinandergenommenen Zustand, und
- 5b in Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V gemäß 2 ausschnittsweise den Kältemittelantrieb und den Kältemittelsensor in einem Montagezustand.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 3 zeigt eine erfindungsgemäße Kältemittelbaugruppe 2 in unterschiedlichen Perspektiven. Die Kältemittelbaugruppe 2 weist einen Kältemittelantrieb 4, nachfolgend auch als Kältemittel- oder Scrollverdichter bezeichnet, und zwei damit gefügte Komponenten 6, 8 auf. Die Komponente 6 ist hierbei als ein Kältemittelsensor, insbesondere als ein Druck- und Temperatursensor, und die Komponente 8 als eine Wärmetauscherbaugruppe ausgeführt.
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Die Wärmetauscherbaugruppe 8 ist insbesondere Wärmetauscher/Block-Lötbaugruppe mit mehreren Grundplatten, zwei Plattenwärmetauschern, mehrerer aufgelöteter Aluminiumblöcke, Sensoren, Ventilen und Dichtungen. In den Figuren sind vereinfacht lediglich eine Grundplatte 10, ein Aluminiumblock 12 mit einem Stutzen 14 (4a, 4b), und ein (Platten-)Wärmetauscher 16 dargestellt. Der Aluminiumblock 12 ist mittels einer Lötverbindung stoffschlüssig an die Grundplatte 10 des Wärmetauschers 16 gefügt.
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Der Scrollverdichter 4 weist ein Antriebs- oder Verdichtergehäuse 18 auf. Das Verdichtergehäuse 18 ist als ein Aluminium-Druckgrussteil ausgeführt. Das beispielsweise zylinderförmige Verdichtergehäuse 18 weist einen Elektronikbereich 20 in Form eines einstückig, also einteilig oder monolithisch, angeformten Elektronikfachs auf, in welchem eine nicht näher gezeigte Elektronik aufgenommen ist. Das Verdichtergehäuse 18 weist in den gegenüberliegenden Stirnseitenbereichen jeweils eine Kältemittelöffnung 22, 24 als (Kältemittel-)Einlass 22 (Kältemitteleintritt, Zulauf) und als (Kältemittel-)Auslass 24 auf, mittels welchen der Scrollverdichter 4 an einen Kältemittelkreislauf angeschlossen ist.
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Der Einlass 22 ist benachbart zum Elektronikbereich 20 des Verdichtergehäuses 18 angeformt, so dass mittels des einströmenden Kältemittels eine Kühlung oder Temperierung der Elektronik ermöglicht ist. Der Auslass 24 ist an einem Boden eines Verdichtergehäuses 18 angeformt. Im angeschlossenen Zustand bildet der Einlass 22 die Niederdruck- oder Saugseite (Sauggasseite) und der Auslass 24 die Hochdruck- oder Pumpseite (Pumpenseite) des Scrollverdichters 4.
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Erfindungsgemäß sind der Kältemittelsensor 6 und die Wärmetauscherbaugruppe 8 ohne dazwischen geschaltete Rohrleitungen direkt mit dem Kältemittelantrieb 4 gefügt.
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Nachfolgend ist anhand der 4a und 4b eine Montage der Wärmetauscherbaugruppe 8 an dem Kältemittelantrieb 4 näher erläutert. Die 4a und 4 zeigen ausschnittsweise eine direkte fluidtechnische Verbindung zwischen dem Einlass 22 und einem integrierten Kältemittelkanal 26, welcher in den Aluminiumblock 12 eingebracht ist.
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Der Aluminiumblock 12 beziehungsweise der Stutzen 14 bilden hierbei einen Adapter der Wärmetauscherbaugruppe 8 zum Anschluss an den Einlass 22. Der Einlass 22 weist hierbei eine zum Stutzen 14 korrespondierende Aufnahme 28 auf, in welche der Stutzen 14 dichtend eingesteckt wird. Beispielsweise ist ein nicht näher gezeigter O-Ring zur insbesondere radialen Abdichtung auf den Stutzen 14 aufgesetzt.
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Um ein ungewünschtes Herausgleiten des Stutzens 14 aus der Aufnahme 28 zu verhindern, ist der Aluminiumblock 12 mittels einer Schraubverbindung form- und/oder kraftschlüssig mit dem Verdichtergehäuse 18 gefügt.
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Wie insbesondere in der 4a ersichtlich, ist eine Durchgangsbohrung 30 benachbart zu dem Einlass 22 in das Verdichtergehäuse 18 eingebracht. Die Durchgangsbohrung 30 ist fluchtend mit einer Gewindebohrung 32, insbesondere einer Gewindesacklochbohrung, des Aluminiumblocks 12 angeordnet. Zur Fixierung des Aluminiumblocks 12 ist ein Schraubenelement 34, beispielsweise eine M8-Schraube, über die Durchgangsbohrung 30 in die Gewindebohrung 32 eingedreht. Durch die benachbarte Anordnung zu der Aufnahme 28 beziehungsweise dem Stutzen 14 ist ein ausreichender und betriebssicherer Dichtdruck mittels der Schraubbefestigung ermöglicht.
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Nachfolgend ist anhand der 5a und 5b eine Montage das Kältemittelsensors 6 an dem Kältemittelantrieb 4 näher erläutert. Die 5a und die 5b zeigen hierbei ausschnittsweise eine Schnittstelle zur direkten Montage des Kältemittelsensors 6.
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Wie in den Darstellungen der 5a und 5b vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weist die Schnittstelle eine Aufnahme 36 auf, welche als Gewindebohrung quer zu dem Einlass 22 bzw. eines damit mündenden Kältemittelkanals 38 des Verdichtergehäuses 18 orientiert ist. Die Aufnahme 36 mündet hierbei in den Einlass 22 bzw. den Kältemittelkanal 38.
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Der Kältemittelsensor 6 weist stirnseitig ein Außengewinde 40 auf, welches zur Montage form- und/oder kraftschlüssig in das Gewinde der Aufnahme 36 eingedreht ist. Zur Abdichtung ist ein emporstehender Rand als Dichtfläche 42 an das Verdichtergehäuse 18 angeformt, welche eine außenseitige Öffnung der Aufnahme 36 umgibt. Der Kältemittelsensor 6 weist hierbei ein Dichtelement 44 in Form eines O-Rings auf, welches beim Eindrehen des Außengewindes 40 in die Aufnahme 36 in dichtende Anlage mit der Dichtfläche 42 gebracht wird.
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Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
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So ist in einer nicht näher gezeigten Ausführungsform beispielsweise ein Fügepin in das Verdichtergehäuse 18 oder den Aluminiumblock 12 eingesteckt, wobei eine entsprechende (Aufnahme-)Bohrung im jeweils anderen Bauteil 12, 18 vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kältemittelbaugruppe
- 4
- Kältemittelantrieb/-verdichter, Scrollverdichter
- 6
- Komponente, Kältemittelsensor
- 8
- Komponente, Wärmetauscherbaugruppe
- 10
- Grundplatte
- 12
- Aluminiumblock
- 14
- Stutzen
- 16
- Wärmetauscher
- 18
- Antriebsgehäuse, Verdichtergehäuse
- 20
- Elektronikbereich
- 22
- Kältemittelöffnung, Einlass
- 24
- Kältemittelöffnung, Auslass
- 26
- Kältemittelkanal
- 28
- Aufnahme
- 30
- Durchgangsbohrung
- 32
- Gewindebohrung
- 34
- Schraubenelement
- 36
- Aufnahme, Gewindebohrung
- 38
- Kältemittelkanal
- 40
- Außengewinde
- 42
- Dichtfläche
- 44
- Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012104045 A1 [0003]
