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Die Erfindung betrifft einen Akkumulator
für eine
nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitende Klimaanlage, insbesondere
Fahrzeugklimaanlage, mit
- a) einem metallischen
Gehäuse,
das durch einen eingeschweißten
Deckel und/oder Boden verschlossen ist und einen Einlass sowie einen
Auslass für
Kältemittel
aufweist;
- b) einem im unteren Bereich des Innenraumes des Gehäuses untergebrachten,
ein Trockenmittel enthaltenden Einsatz;
- c) einer Leitung für
hauptsächlich
gasförmiges Kältemittel,
welche an einem Ende mit dem oberen Bereich des Innenraumes des
Gehäuses kommuniziert,
nach unten bis nahe an den Boden des Gehäuses führt, dort eine kleine, mit
dem Innenraum des Gehäuses
kommunizierende Bohrung aufweist und von dort wiederum zu ihrem
anderen Ende aufsteigt, welches mit dem Auslass für Kältemittel
verbunden ist.
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Bei nach dem "Orifice"-Prinzip arbeitenden Klimaanlagen
ist der Trocker/Akkumulator dem Verdampfer nachgeordnet. Das aus
dem Verdampfer kommende gasförmige
Kältemittel
besteht aus einer Gas- und einer Flüssigphase. Insbesondere die
flüssige
Phase enthält
Feuchtigkeit und mit dem Kältemittel
mittransportiertes Öl.
Aufgabe des Trockners/Akkumulators ist. es unter anderem, dem Kältemittel
die Feuchtigkeit (Wasser) zu entziehen, das Öl jedoch wieder in den Kältemittelkreislauf
zurückzuführen und
außerdem
die flüssige
von der gasförmigen
Phase zu trennen.
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Aus Umweltschutzgründen findet
in jüngster Zeit
zunehmend der Gedanke Beachtung, als Kältemittel bei derartigen Klimaanlagen
Kohlendioxid einzusetzen. Dies bedeutet jedoch, dass alle Kältemittel führenden
Komponenten der Klimaanlage einschließlich des Akkumulators sehr
hohen Betriebsdrücken
Stand halten müssen,
die in der Größenordnung
von 120 bar liegen können.
Zur Überprüfung der
Dichtigkeit der Klimaanlage erreichen diese Komponenten zeitweilig
sogar sehr viel höhere
Prüfdrücke, die
bis zum Doppelten des oben genannten Wertes betragen.
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Ein Akkumulator der eingangs genannten
Art ist aus der
DE
195 05 108 A1 bekannt. Bei diesem ist ein metallischer
Deckel einfach nach dem Aufsetzen auf das metallische Gehäuse an der
Umfangswandung des Gehäuses
angeschweißt.
Würde dieser
bekannte Akkumulator mit Kohlendioxid als Kältemittel eingesetzt, wäre die mechanische
Stabilität
und Dichtigkeit der Schweißverbindung
zwischen Deckel und Umfangswandung des Gehäuses nicht gewährleistet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Akkumulator der eingangs genannten Art so auszugestalten,
dass er zum Betrieb mit Kohlendioxid als Kältemittel geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Deckel und/oder Boden zusätzlich an der Umfangswandung
des Gehäuses durch
einen Formschluss gesichert ist.
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Der erfindungsgemäße Akkumulator verlässt sich
also bei der Aufnahme der Kräfte,
die vom Innendruck auf den Deckel und/oder ausgeübt werden, nicht ausschließlich auf
die Verschweißung
sondern primär
auf einen Formschluss. Die Verschweißung hat in diesem Falle eher
die Funktion einer Dichtung als diejenige einer Kraft aufnehmenden
Verbindung. Der Formschluss kann so gestaltet werden, dass er ohne
weiteres auch sehr hohe Kräfte
aufnehmen kann. Da die Verschweißung selbst kräftemäßig entlastet
ist, ist die Gefahr erheblich reduziert, dass sie undicht wird.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung des Formschlusses
kann dadurch erzielt werden, dass an der Innenfläche der Umfangswandung des
Gehäuses
mindestens eine Rippe vorgesehen ist, die eine Erstreckungskomponente
in axialer Richtung aufweist und mindestens eine Ausnehmung besitzt,
in welche ein Vorsprung des Deckels oder Bodens durch zunächst axiale
Bewegung und danach Verdrehung eingeführt ist. Die Rippe, die auf
Grund ihrer Ausnehmung Teil des den Deckel und/oder Boden mit der
Umfangswandung verbindenden Formschlusses ist, sorgt zusätzlich für eine mechanische
Versteifung der Umfangswandung des Gehäuses, die auf diese Weise dünner gehalten
werden kann. Hierdurch wird Material und Gewicht eingespart, was
insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Akkumulators
in Fahrzeugklimaanlagen von großer
Bedeutung ist.
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Besonders bevorzugt ist, wenn die
mindestens eine Rippe an der Innenfläche der Umfangswandung des
Gehäuses
im oberen Bereich der Umfangswandung in eine glatte Fläche übergeht.
Hierdurch wird zwar die durch die Rippe möglich gewordene Gewichtsersparnis
etwas eingeschränkt;
die glatte Innenfläche
im oberen Bereich der Umfangswandung des Gehäuses verhindert jedoch im Zusammenwirken
mit einem Einlaß-Formteil
einen direkten Strömungskurzschluß zwischen
dem Einlaß und
dem Auslaß.
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Zweckmäßiger Weise besteht das Gehäuse aus
Aluminium. Dieses Material vereinigt in besonderer Weise mechanische
Stabilität
und geringes Gewicht in sich. Außerdem lässt es sich durch Warmpressen
problemlos verarbeiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
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1 die
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Akkumulators;
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2 im
Axialschnitt das leere Gehäuse
des Akkumulators von 1;
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3 die
Draufsicht auf das Gehäuse
von 2;
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4 die
Unteransicht des Gehäuses
der 2 und 3;
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5 einen
Axialschnitt durch einen das Gehäuse
der 1 bis 4 nach unten verschließenden Boden;
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6 die
Seitenansicht des Bodens der 5;
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7 die
Draufsicht auf den Boden der 5 und 6;
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8 einen
Axialschnitt durch den fertig montierten erfindungsgemäßen Akkumulator.
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Wie insbesondere den 2 und 8 zu
entnehmen ist, umfasst der Akkumulator ein von Hause aus nach unten
offenes Gehäuse 1,
das eine im Wesentlichen zylindrische Umfangswand 2 und
eine einstückig
angeformte obere Deckwand 3 besitzt. An die Deckwand 3 ist
ein nach oben ragender, im Querschnitt etwa viereckiger Anschlusskopf 4 angeformt, wie
dies insbesondere der 3 zu
entnehmen ist. Der 8,
in welcher das Gehäuse 1 in
einem anderen Axialschnitt als in 2 dargestellt
ist, ist zu entnehmen, dass in den Anschlusskopf 4 von
unten her eine erste achsparalelle Blindbohrung 5 eingebracht ist,
in welche eine unter rechtem Winkel verlaufende, von der Seitenfläche des
Anschlusskopfes 4 (vergleiche 1) her eingebrachte Blindbohrung 6 einmündet. Die
Blindbohrung 6 ist in dem der Seitenfläche des Anschlusskopfes 4 benachbarten
Bereich mit einem Anschlussgewinde 7 versehen, in welche
eine Anschlussleitung (nicht dargestellt) eingeschraubt werden kann.
Die Blindbohrungen 5 und 6 bilden einen Einlass
für Kältemittel,
das in diesem Fall aus unter hohem Druck stehendem Kohlendioxid
besteht.
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Parallel zur Blindbohrung 5 ist
in den Anschlusskopf 4, ebenfalls von dem Innenraum des
Gehäuses 1 her,
eine zweite, abgestufte Blindbohrung 8 eingearbeitet. Auch
in diese Blindbohrung 8 mündet eine unter rechtem Winkel
hierzu verlaufende, von der Seitenfläche des Anschlusskopfes 4 her
eingearbeitete Blindbohrung 9. Die Blindbohrung 9 ist
in ihrem der Seitenfläche
des Anschlusskopfes 4 benachbarten Bereich mit einem Anschlussgewinde 10 versehen,
an dem eine Kältemittelleitung
angeschlossen werden kann. Die Blindbohrungen 8 und 9 dienen
als Auslass für
den Akkumulator.
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Wie insbesondere die 2 und 8 zeigen, besitzt
die Umfangswand 2 des Gehäuses 1 in ihrem oberen,
dem Anschlusskopf 4 benachbarten Bereich 2a eine
größere Wand stärke als
in ihrem unteren, dem offenen Ende benachbarten Bereich 2b.
In dem oberen, dickeren Bereich 2a ist die Innenfläche der Umfangswandung 2 aus
Gründen,
auf die später
eingegangen wird, glatt; im unteren Bereich 2b dagegen weist
die Innenfläche
der Umfangswandung 2 eine Mehrzahl radial nach innen vorstehender,
achsparallel verlaufender Rippen 11 auf, deren Dicke so
bemessen ist, dass sie oben glatt in den dickeren Bereich 2a der
Umfangswandung 2 übergehen.
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Man kann die Gestaltung der Innenfläche der Umfangswandung 2 auch
so verstehen, dass in ihrem unteren Bereich 2b eine Mehrzahl
von die Wandstärke
verringernden achsparallel verlaufenden Nuten eingebracht ist.
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In der Nähe ihrer unteren, dem offenen
Ende des Gehäuses 1 benachbarten
Enden sind die Rippen 11 jeweils durch eine Ausnehmung 12 unterbrochen,
deren Sinn weiter unten deutlich wird.
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Das Gehäuse 1 besteht aus
Aluminium und ist in einem Warmpressverfahren hergestellt, wobei die
Blindbohrungen 5, 6, 8 und 9 im
Anschlusskopf 4 und die Ausnehmungen 12 in den
Rippen 11 nachträglich
spanabhebend eingebracht sind.
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Zum Verschließen des unteren, offenen Endes
des Gehäuses 1 dient
ein Deckel 13, der in den 5 bis 7 näher dargestellt ist. Der Deckel 13 ist
ein in der Draufsicht kreisförmiges
Formteil mit einem unteren, im Wesentlichen zylindrischen Bereich 14,
an den ein nach oben stehender hohlzylindrischer Kragen 15 angeformt
ist. In axialem Abstand von dem zylindrischen Bereich 14 trägt der Kragen 15 eine Mehrzahl
von radial nach außen
vorstehenden Vorsprüngen 16.
Die Zahl der Vorsprünge 16 und
deren Breite in Umfangsrichtung entspricht der Zahl und Breite der
Zwischenräume
zwischen den Rippen 11 an der Innenfläche der Umfangswandung 2 des
Gehäuses 1.
Umgekehrt entspricht die Zahl der Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen 16 und
deren Breite in Umfangsrichtung der Zahl und der Breite der Rippen 11 an
der Innenfläche
der Umfangswandung 2 des Gehäuses 1.
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Der Außendurchmesser des zylindrischen Bereiches 14 des
Bodens 13 entspricht dem Durchmesser der Innenfläche der
Umfangswand 2 des Gehäuses 1 in
einem geringfügig
erweiterten, dem offenen Ende benachbarten Bereich 2c (vergleiche 2). Der Außendurchmesser
des Kragens 15 entspricht der lichten Weite, welche der
Innenraum des Gehäuses 1 im
Bereich der Rippen 11 besitzt, während der größere Durchmesser,
auf dem die äußeren Begrenzungsflächen der
Vorsprünge 16 liegen,
dem Durchmesser der Innenfläche
der Umfangswand 2 des Gehäuses 1 im Bereich
zwischen den Rippen 11 entspricht.
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Der Boden 13 kann an dem
offenen Ende des Gehäuses 11 auf
Grund der oben beschriebenen Ausgestaltung in folgender Weise befestigt
werden:
Der Boden 13 wird mit dem Kragen 15 und
den daran angeformten Vorsprüngen 16 voraus
in das untere Ende des Gehäuses 1 eingeführt, wobei
die Winkelstellung des Bodens 13 gegenüber dem Gehäuse 1 so ist, dass
die Vorsprünge 16 in
die Zwischenräume zwischen
den Rippen 11 eindringen können. Wenn der zylindrische
Bereich 16 an der Stufe der Innenfläche des Gehäuses 1 anliegt, welche
den im Durchmesser vergrößerten Bereich 2c der
Innenfläche nach
oben abschließt,
befinden sich die Vorsprünge 16 des
Bodens 13 in derselben axialen Höhe wie die Ausnehmungen 12,
welche die Rippen 11 unterbrechen.
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Nunmehr können die Vorsprünge 16 des
Bodens 13 durch eine Verdrehung in die Ausnehmungen 12 eingeführt werden.
Der Boden 13 ist jetzt durch Formschluss am unteren Ende
des Gehäuses 1 befestigt.
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Bevor jedoch bei der Montage des
Akkumulators der Boden
13 in der geschilderten Weise am Gehäuse
1 angebracht
wird, wird im Innenraum des Gehäuses
1 ein
Einsatz untergebracht, der insgesamt das Bezugszeichen
17 trägt und in
8 dargestellt ist. Der Einsatz
17 vereinigt
in sich die Baukomponenten, die in der oben erwähnte
DE 195 05 108 A1 mit den
Bezugszeichen
5 und
21 bezeichnet sind, also den
dortigen Einsatz und das dortige Tauchrohr. Seine Funktion entspricht
im Wesentlichen diesen Komponenten, so dass diesbezüglich ergänzend auf
die
DE 195 05 108
A1 Bezug genommen wird.
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Der Einsatz 17 umfasst ein
Einlassrohr 18, das sich vom oberen Bereich des Innenraumes
des Gehäuses 1 axial
nach unten erstreckt, dort in einen schalenartigen Übergangsbereich 19 übergeht,
der wiederum mit einem ebenfalls achsparallel von unten nach oben
verlaufenden Auslassrohr 20 in Verbindung steht. Das obere
Ende des Auslassrohres 20 ist dicht mit der Blindbohrung 8 verbunden,
während
auf das obere Ende des Einlassrohres 18 ein Einlass-Formteil 21 aufgesetzt
ist, über
welches das Einlassrohr 18 mit dem Innenraum des Gehäuses 1 und damit
mit der Blindbohrung 5 kommunizieren kann und das einen
direkten Strömungskurzschluß zwischen
dem Einlaß und
dem Auslaß verhindert.
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Am untersten Punkt des Übergangsbereiches 19 ist
eine axiale Durchgangsbohrung 22 vorgesehen, über welche
das Einlassrohr 18 bzw. das Auslassrohr 20 mit
dem unter dem Übergangsbereich 19 liegenden
Innenraum des Gehäuses
1 kommuniziert. Unterhalb
des Übergangsbereiches 19 befindet
sich ein Siebkäfig 23 mit
verhältnismäßig großen Fenstern,
die durch in der Zeichnung nicht dargestellte Siebe abgedeckt sind.
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Das Einlassrohr
18 und das
hieran einstückig angeformte
Auslassrohr
20 durchsetzen exzentrisch ein Kartuschengehäuse
24,
in dessen obere ringförmige
Stirnfläche
25 und
untere ringförmige
Stirnfläche
26 eine
Vielzahl von Perforationen eingebracht ist. Der ringförmige Zwischenraum
zwischen dem Kartuschengehäuse
24 und
der aus dem Einlassrohr
18 und dem Auslassrohr
20 gebildeten
Einheit ist mit einer losen Schüttung
eines Trockenmittels (Molekularsieb-Material) angefüllt, wie
dies auch beim Gegenstand der
DE 195 05 108 A1 der Fall ist.
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Der gesamte Einsatz 17 wird
durch eine Spiralfeder 27 nach oben gedrückt, welche
sich einerseits am Boden 13 und andererseits an der unteren Stirnwand 26 des
Kartuschengehäuses 24 abstützt.
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Bei der Montage des oben beschriebenen Akkumulators
wird wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird das Rohgehäuse, wie
schon erwähnt, aus
Aluminium in einem Warmpressverfahren oder Kaltfließpressverfahren
hergestellt. Sodann werden spanabhebend die Blindbohrungen 5, 6, 8, 9 und
die Ausnehmungen 12 in den Rippen 11 eingebracht. Nunmehr
wird der vorgefertigte Einsatz 17 in den Innenraum des
Gehäuses 1 eingesetzt,
wobei das obere Ende des Auslassrohres 20 in den im Durchmesser
erweiterten Bereich der Blindbohrung 8 des Anschlusskopfes 4 eingeführt wird.
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Die Spiralfeder 27 wird über den
Siebkäfig 23 geschoben.
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Nunmehr wird der Boden 13 in
der oben schon geschilderten Weise von unten her in das offene Ende
des Gehäuses 1 des
Akkumulators eingeführt
und durch Verdrehung axial gesichert. Abschließend wird der Spalt zwischen
der Umfangswandung 2 des Gehäuses 1 und dem Boden 13 dicht
verschweißt.
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Die Funktion des beschriebenen Akkumulators
entspricht im Wesentlichen derjenigen, die in der
DE 195 05 108 A1 beschrieben
ist mit der Ausnahme, dass als Kältemittel
unter hohem Druck stehendes Kohlendioxid verwendet wird. Dieses
Kohlendioxid strömt über die
Blindbohrungen
6,
5 in den Innenraum des Gehäuses
1 ein.
Die gasförmige
Phase des Kohlendioxids tritt über
das Einlass-Formteil
21 in das Einlassrohr
18 des
Einsatzes
17 ein, wobei auf Grund der glatten Innenfläche der
Umfangswandung
2 im oberen Bereich
2b Turbulenzen
weitestgehend vermieden werden. Das gasförmige Kohlendioxid durchströmt das Einlassrohr
18 nach
unten, wird durch den Übergangsbereich
19 um
180 Grad umgelenkt, wobei es die Durchgangsbohrung
22 überströmt. Dabei
saugt es in bekannter Weise Öl
an, welches im untersten Bereich des Innenraumes des Gehäuses
1,
oberhalb des Bodens
13, steht. Das gasförmige Kältemittel strömt, nunmehr
durch Öltropfen angereichert,
durch das Auslaßrohr
20 und
die Blindbohrungen
8,
9 aus dem Akkumulator aus.
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Die flüssige Phase des über die
Blindbohrungen 6, 5 eintretenden Kohlendioxids
fällt im
Innenraum des Gehäuses 1 nach
unten und tritt durch die Perforationen in der oberen Stirnseite 25 des
Kartuschengehäuses 24 in
das dort befindliche Trockenmittel ein und wird hier von Feuchtigkeit
befreit. Das flüssige,
siedende Kohlendioxid füllt
den ganzen unteren Innenraum des Gehäuses 1 aus, wobei
es den unmittelbar über
dem Boden 13 stehenden Ölsumpf überschichtet.
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Aufgrund der Rippen 11,
welche die Umfangswandung des Gehäuses 1 im dünneren Bereich 2b verstärken, und
aufgrund des Formschlusses, der durch die in die Ausnehmungen 12 der
Rippen 11 eingreifenden Vorsprünge 16 des Bodens 13 bewirkt wird,
ist der Akkumulator in der Lage, hohen Betriebs- und Prüfdrücken standzuhalten.