DE29705627U1 - Wasserkasten mit zwei getrennten Kammern für einen Wärmeübertrager - Google Patents

Description

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Anmelder:

Behr GmbH & Co. 27.03.1997

Mauserstraße 3 G 11941

Dr.EW/sn
70469 Stuttgart 95-B-17

Wasserkasten mit zwei getrennten Kammern für einen Wänneüb er träger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserkasten für einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Wasserkasten beinhaltet zwei Kastenhälften, die unter Bildung zweier innerer Kammern miteinander verbunden sind. Die beiden Kammern fungieren als Eintrittskammer bzw. Austrittskammer für das hindurchzuleitende Wärmeübertragermedium. Dieses Medium kann Wasser oder ein beliebiges anderes, für den jeweiligen Wärmeübertrager verwendetes Strömungsmedium sein, was gleichfalls von der Bezeichnung Wasserkasten umfaßt sein soll. Im Betrieb wird das Wärmeübertragermedium von außen in die Eintrittskammer des Wasserkastens eingeleitet, von dort in meist mehrere parallele Warmeübertragungskanäle, z.B. in Form von Wärmeübertragerrohren, verteilt und ausgangsseitig in der Austrittskammer des Wasserkastens wieder gesammelt und aus dem Wasserkasten herausgeführt. Die Aufteilung des Wasserkastenhohlraums in die Eintrittskammer und die davon getrennte Austrittskammer erfolgt mittels einer an der einen Kastenhälfte vorgesehenen Trennwand, die gegen einen an der anderen Kastenhälfte vorgesehenen, nachgiebigen Dichtsteg abdichtend anliegt.

Bei einem bekannten, von der Anmelderin hergestellten Wasserkasten dieser Bauart besitzen sowohl der Dichtsteg als auch

die Trennwand einen glattflächigen, geradlinigen Verlauf in Wasserkastenlängsrichtung. Um die Dichtigkeit zwischen Eintrittskammer und Austrittskammer zu gewährleisten, ist beabsichtigt, daß die Trennwand auf ihrer ganzen Länge mit einem gleichmäßigen, geringen Anpreßdruck gegen den nachgiebigen Dichtsteg anliegt. Durch Fertigungs- und Montagetoleranzen der Bauteile, insbesondere der Trennwand und des Dichtstegs, und/oder durch eventuell im Betrieb auftretende Verformungen des meist aus Kunststoff bestehenden Wasserkastens aufgrund des ständigen, vom Wärmeübertragermedium ausgeübten Drucks und ggf. der Temperaturbelastung kann sich der Abstand der Trennwand von der gegenüberliegenden Kastenhälfte in ungünstigen Fällen erhöhen, wodurch der Anpreßdruck der Trennwand auf den Dichtsteg abnimmt. Um ein davon verursachtes Flattern des Dichtstegs und damit verbundene Störgeräusche sowie ein Wegrutschen des Dichtstegs von der Trennwand und somit das Entstehen einer Undichtigkeit zwischen Eintritts- und Austrittskammer zu verhindern, ist der Wasserkasten zweckmäßigerweise konstruktiv auf einen verhältnismäßig hohen SoIl-AnpreSdruck der Trennwand auf den Dichtsteg auszulegen. Dies ist jedoch mit entsprechend hohen Materialbelastungen und entsprechendem Herstellungsaufwand verbunden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Wasserkastens der eingangs genannten Art zugrunde, bei dem mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine zuverlässige Abdichtung zwischen Eintrittskammer und Austrittskammer durch das Zusammenwirken der Trennwand mit dem Dichtsteg gewährleistet ist.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Wasserkastens mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei diesem Wasserkasten ist die Trennwand entlang ihrer gegen den Dichtsteg anliegenden Kontaktfläche mit einem oder mehreren, vorspringenden, sich in den Dichtsteg lagesichernd eindrückenden Haltezapfen versehen. Indem sich der jeweilige Haltezapfen punktuell weiter in den nachgiebigen Dichtsteg

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eindrückt als die restliche Kontaktfläche der Trennwand, wird der Dichtsteg in seiner Lage gegenüber der Trennwand sicher gehalten und ist insbesondere zuverlässig gegen seitliches Wegrutschen auch dann gesichert, wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen oder von Verformungen des Wasserkastens im Betrieb nur noch ein geringer Anpreßdruck der übrigen Kontaktfläche der Trennwand außerhalb des bzw. der Haltezapfen vorliegt. Die Haltezapfen de Trennwand verhindern auch ein Vibrieren oder Flattern des Dichtsteges im Betrieb und damit das Auftreten entsprechender Störgeräusche.

Der Wasserkasten kann wegen der Wirkung der Haltezapfen mit relativ geringem Soll-Anpreßdruck der Trennwand-Kontaktfläche gegen den Dichtsteg ausgelegt sein, was die mechanische Belastung auf die verschiedenen Teile des Heizkörpers gering hält, z.B. auf die mechanisch gefügte Verbindung zwischen einer als Bodenplatte ausgebildeten Kastenhälfte und in diese Bodenplatte eingefügten Rohren. Die Haltezapfen können ggf. auch nachträglich, z.B. bei den herkömmlichen, oben genannten Wasserkästen der Anmelderin, an der Trennwand angebracht werden, um eine aufgetretene Undichtigkeit nachträglich zu beheben. Die Modifikation der bekannten Wasserkastenkonstruktion durch das zusätzliche Ausbilden der Haltezapfen ist mit geringem Aufwand möglich. Von Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Wasserkasten zudem die vergleichsweise geringe Anfälligkeit gegen Montagetoleranzen. Denn durch die sich punktuell in den Dichtsteg eindrückenden Haltezapfen ergibt sich eine zuverlässig abdichtende und gegen Verrutschen des Dichtstegs gesicherte Trennwand-Dichtsteg-Verbindung auch noch dann, wenn die Trennwand mit einer gegenüber dem Dichtsteg schmäleren Kontaktfläche nicht mittig gegen den Dichtsteg anliegt, sondern mit einem seitlichen Versatz, der bis fast die Hälfte der Dichtstegbreite betragen kann.

Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Wasserkasten besitzen die Haltezapfen eine kugel- oder kegelförmige Spitze,

mit der sie sich zuverlässig lagesichernd in den Dichtsteg punktuell einzudrücken vermögen.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 sind mehrere Haltezapfen entlang der Trennwandkontaktfläche in einem jeweiligen Abstand voneinander angeordnet, der abhängig von der auf die Trennwand-Dichtsteg-Verbindung einwirkenden Druckbelastung durch das hindurchgeführte Wärmeübertragermedium gewählt ist. So kann insbesondere vorgesehen sein, die Haltezapfen in dem Bereich, in dem das Wärmeübertragermedium in die Eintrittskammer gelangt, entsprechend der dort höheren Druckbelastung durch das Medium mit geringerem Abstand als im übrigen Bereich anzuordnen.

Vorteilhafte Dimensionierungen der Haltezapfen sind Gegenstand einer in Anspruch 4 angegebenen Weiterbildung der Erfindung. So erweist es sich als günstig, wenn die Haltezapfen höchstens bis zu einer Tiefe von etwa 3/4 der gesamten Dichtstegdicke in den Dichtsteg eindringen, wozu die vorspringende Höhe der Haltezapfen passend zu wählen ist. Die Breite der Haltezapfen beträgt vorzugsweise zwischen etwa der Hälfte und 3/4 der Breite der Trennwandkontaktfläche. Damit sind die Haltezapfen einerseits kleinflächig genug, um sich problemlos tiefer als der übrige Trennwand-Kontaktflächenbereich in den Dichtsteg eindrücken zu können, und andererseits ausreichend stabil, um den auftretenden Belastungen standzuhalten.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Innenseite einer haubenförmigen Kastenhälfte eines Wasserkastens für einen Heizkörper einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II von Fig. 1,

Fig. 3 eine ausschnittweise Schnittansicht durch den Wasserkasten mit der haubenförmigen Kastenhälfte von Fig. 1 und einer als Bodenplatte mit eingefügten Rohren ausgebildeten, weiteren Kastenhälfte auf Höhe der Schnittlinie II-II von Fig. 1 und

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 1, jedoch für eine modifizierte haubenförmige Kastenhälfte mit wellenförmig verlaufendem Trennsteg.

Fig. 1 zeigt die eine Hälfte 1 eines zweiteiligen Wasserkastens für einen Heizkörper einer Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Die dargestellte Kastenhälfte 1 besitzt einen rechteckförmigen Rand la, mit dem die haubenförmig aus der Zeichenebene nach hinten gewölbte Außenwand Ib dieser Kastenhälfte 1 plan abschließt. Entlang der Längsmittelachse 2 dieser Kastenhälfte 1 verläuft eine geradlinige, an der Innenseite der haubenförmigen Außenwand Ib angeformte Trennwand 3, die sich bis kurz vor das Niveau des Randes la in der Längsmittelebene nach innen erstreckt. Durch diese Trennwand 3 wird der bei der Montage beider Kastenhälften zwischen diesen belassene Hohlraum in eine Eintrittskammer 4 und eine davon getrennte Austrittskammer 5 unterteilt. Das durch den Heizkörper durchzuführende Wärmeübertragermedium, z.B. Wasser, wird über einen Einlaßstutzen 6 in den Eintrittsbereich

7 der Eintrittskammer 4 geleitet, von dort in mehrere parallele Wärmeübertragerrohre verteilt und gelangt anschließend in die sammelnde Austrittskammer 5, von wo es über einen Austrittsbereich 9 und einen daran angeschlossenen Auslaßstutzen

8 aus dem Wasserkasten abgeführt wird. Zur fluiddichten Trennung von Eintrittskammer 4 und Austrittskammer 5 liegt die Trennwand 3 der Kastenhälfte 1 mit einem vorgegebenen Anpreßdruck gegen einen Dichtsteg der anderen Kastenhälfte an, wobei der Anpreßdruck so gering gewählt ist, daß er einerseits

die Fluiddichtheit noch gewährleistet, ohne andererseits zu unerwünscht starken mechanischen Belastungen der Kastenhälften zu führen. Zur Lagesicherung des Dichtstegs an der als Kontaktfläche mit demselben dienenden freien Schmalseite 3a der Trennwand 3 sind entlang dieser freien Trennwand-Schmalseite 3a mehrere nach innen vorspringende Haltezapfen 10a bis 1Of mit Abstand voneinander angeordnet.

Wie in der Detailschnittansicht von Fig. 2 für den Haltezapfen 10b stellvertretend für die übrigen Haltezapfen dargestellt, besitzen alle Haltezapfen eine nach vorn an ihrem freien Ende halbkugelförmig abgerundete Spitze 11, die alternativ auch als kegelförmige Zuspitzung ausgebildet sein kann. Die Breite B, d.h. der Durchmesser, der Haltezapfen 10a bis 1Of ist vorliegend zu 3/5 der Breite &khgr; der die Kontaktfläche mit dem Dichtsteg bildenden, freien Trennwand-Schmalseite 3a gewählt. Allgemein erweist es sich als zweckmäßig, die Haltezapfenbreite B zwischen etwa der Hälfte und drei Viertel der Breite &khgr; der Trennwand-Schmalseite 3a, höchstens jedoch etwa gleich lmm zu wählen. Des weiteren sind die Haltezapfen 10a bis 1Of mit einer definiert vorgegebenen, vorspringenden Höhe h ausgebildet, die so gewählt ist, daß die Haltezapfen 10a bis 1Of bei montiertem Wasserkasten mit einer Eindringtiefe von höchstens etwa 3/4 der Dichtstegdicke in den Dichtsteg eingedrückt s ind.

Die Schnittansicht von Fig. 3 zeigt ausschnittweise den montierten Wasserkasten längs der durch den in Fig. 2 gezeigten Haltezapfen 10b gehenden Schnittebene. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist mit der haubenförmigen Kastenhälfte 1 eine als im wesentlichen plane Bodenplatte gestaltete Kastenhälfte 12 unter Bildung eines zwischenliegenden Hohlraums randseitig verbunden, der durch die Trennwand 3 in die Eintrittskammer 4 und die Austrittskammer 5 unterteilt wird. Die Bodenplatte 12 umgreift dabei mit einem randseitigen Flansch 12a den rechteckförmigen Rand la der haubenförmigen Kastenhälfte 1, wobei ein Dichtring 13 zur Abdichtung nach außen zwischengefügt

ist. Die Bodenplatte 12 weist sowohl im eintrittskammerseitigen Bereich als auch im austrittskammerseitigen Bereich jeweis mehrere Rohrdurchstecköffnungen auf, in denen Wärmeübertragerrohre 14 abgedichtet eingefügt sind, z.B. mittels Dichtlöten. Das Wärmeübertragermedium erfüllt beim Durchqueren dieser Rohre 14 seine Wärmeübertragungsfunktion, wobei es von der Eintrittskammer 4 in die dort mündenden Rohrbereiche eingeleitet, am anderen, nicht gezeigten Rohrendbereich in die austrittskammerseitigen Rohrbereiche umgelenkt und von dort in die Austrittskammer 5 geführt wird.

Zur Sicherstellung einer zuverlässigen Abdichtung zwischen Eintrittskammer 4 und Austrittskammer 5 auch bei Fertigungsund Montagetoleranzen sowie eventuellen Verformungen der vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden, haubenförmigen Kastenhälfte 1 im Betrieb des Wasserkastens ist an der Innenseite der Bodenplatte 12 ein geradlinig in Wasserkastenlängsrichtung verlaufender Dichtsteg 15 aus Gummi angeordnet, gegen den die Trennwand 3, wie oben erwähnt, mit ihrer freien Schmalseite 3a mit vorgegebenem, geringem Anpreßdruck anliegt. Dabei drückt sich die freie Trennwand-Schmalseite 3a abdichtend bis zu einer gewissen Tiefe in den nachgiebigen Dichtsteg 15 hinein, während sich die Haltezapfen 10a bis 1Of um ihre Höhe h noch weiter in den Dichtsteg 15 hineindrücken. Die Höhe h der Haltezapfen 10a bis 1Of ist so gewählt, daß sie sich bei montiertem, d.h. zusammengefügtem Wasserkasten um zwischen etwa der Hälfte und höchstens etwa 3/4 der Dicke D des Dichtstegs 15 in letzteren hinein erstrecken.

Damit wird der Dichtsteg 15 punktuell durch die Haltezapfen 10a bis 1Of gegen ein seitliches Verrutschen im Betrieb des Wasserkastens aufgrund von Druck- und Temperatureinwirkungen des durchströmenden Wärmeträgermediums gesichert in seiner Montagelage gehalten. Daher genügt bereits ein relativ geringer Anpreßdruck der Trennwand 3 gegen den Dichtsteg 15, die Abdichtung zwischen Trennwand 3 und Dichtsteg 15 auch zwischen den Haltezapfen 10a bis 1Of entlang der gesamten Trenn-

wand-Dichtsteg-Verbindung sicherzustellen. Selbst wenn der Anpreßdruck der Trennwand 3 gegen den Dichtsteg 15 durch Druck- und Temperatureinflüsse des Wärmeträgermediums im Betrieb des Wasserkastens etwas nachlassen sollte, reicht er zur Erfüllung der Abdichtfunktion aus. Hingegen braucht dieser Anpreßdruck zwischen Trennwand 3 und Dichtsteg 15 nicht so groß sein, daß er zusätzlich gegen seitliches Verrutschen des Dichtstegs 15 sichert, da diese Funktion von den punktuell tiefer in den Dichtsteg 15 eindrückenden Haltezapfen 10a bis 1Of auch dann noch zuverlässig erfüllt wird, wenn der Anpreßdruck in den Abschnitten zwischen je zwei Haltezapfen sehr gering ist.

Das lagesichernde, punktuell tiefere Eindringen der Haltezapfen 10a bis 1Of in den Dichtsteg 15 hat den weiteren Vorteil, daß die Abdichtung zwischen Eintrittskammer 4 und Austrittskammer 5 auch dann noch sicher bewerkstelligt wird, wenn die Trennwand 3 mit ihrer freien Schmalseite 3a wegen Fertigungsoder Montagetoleranzen nicht exakt mittig, wie in Fig. 3 gezeigt, sondern mit seitlichem Versatz gegen den Dichtsteg 15 anliegt. Denn die Haltezapfen 10a bis 1Of fixieren den Dichtsteg 15 in dieser dann etwas seitlich versetzten Lage, ohne daß sich durch weiteres seitliches Verrutschen des Dichtstegs 15 eine erhöhte Gefahr des Verlusts der ganzflächigen Anlage der Trennwand-Schmalseite 3a gegen den Dichtsteg 15 und damit der Bildung einer Undichtigkeit zwischen Eintrittskammer 4 und Austrittskammer 5 gibt.

Zweckmäßigerweise sind die zur Lagesicherung der Trennwand-Dichtsteg-Verbindung dienenden Haltezapfen 10a bis 1Of mit variablen Abständen in Abhängigkeit von den zu erwartenden Druckbelastungen auf diese abdichtende Verbindung entlang der Trennwand 3 angeordnet, wie aus Fig. 1 zu erkennen. Speziell sind die Haltezapfen 10c, 1Od, 1Oe in dem Trennwandabschnitt, der an den besonders druckbelasteten Eintrittsbereich 7 der Eintrittskammer 4 angrenzt, mit geringerem Abstand angeordnet als im übrigen, weniger druckbelasteten Trennwandbereich. Es

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versteht sich, daß allgemein die Haltezapfenabstände mit zunehmender, zu erwartender Belastung der Trennwand-Dichtsteg-Abdicht verbindung geringer gewählt werden.

Fig. 4 zeigt für einen gegenüber demjenigen der Fig. 1 bis 3 vor allem hinsichtlich des Verlaufs der Trennsteg-Dichtsteg-Abdichtverbindung modifizierten Wasserkasten eine Ansicht auf die Innenseite einer ersten, haubenförmigen Kastenhälfte 20. Wie daraus erkennbar, besitzt diese Kastenhälfte 20 eine Trennwand 21, die sich nicht wie die Trennwand 3 beim Wasserkasten der Fig. 1 bis 3 geradlinig, sondern wellenförmig entlang der Längsmittelachse 22 des Wasserkastens erstreckt. Passend dazu ist in nicht gezeigter Weise an der anderen, als Bodenplatte ausgebildeten Kastenhälfte ein Dichtsteg aus Gummi mit korrespondierendem wellenförmigem Verlauf angeordnet. Diese wellenförmig verlaufende Trennwand-Dichtsteg-Abdichtverbindung vermag einwirkenden Druckbelastungen im Betrieb des Wasserkastens bei gegebenen Abmessungen besonders gut standzuhalten.

Die wellenförmige Trennwand-Dichtsteg-Abdichtverbindung unterteilt den Wasserkastenhohlraum in eine Eintrittskammer 23 mit angeschlossenem, in einen Eintrittsbereich 23a mündenden Eintrittsstutzen 24 und eine Austrittskammer 25 mit angeschlossenem, aus einem Austrittsbereich 25a abführenden Austrittsstutzen 26. Entlang der Trennwand 21 sind an deren freier Schmalseite wiederum mehrere vorspringende Haltezapfen 27a, 27b vorgesehen, die sich bei montiertem Wasserkasten lagesichernd in den gegen die freie Trennwand-Schmalseite zur Anlage kommenden Dichtsteg eindrücken. Dabei ist entlang der gesamten Trennwandlänge im Bereich jedes der Austrittskammer 25 zugewandten Wellenberges der wellenförmigen Trennwand 21 je ein Haltezapfen 27a vorgesehen. Weitere Haltezapfen 27b sind zusätzlich im Bereich derjenigen, der Eintrittskammer 23 zugewandten Wellenberge der wellenförmigen Trennwand 21 angeordnet, die im besonders druckbelasteten Trennwandabschnitt liegen, welcher zwischen dem Eintrittsbereich 23a und dem

Austrittsbereich 25a liegt. Im übrigen entspricht der zur haubenförmigen Kastenhälfte 20 von Fig. 4 gehörige Wasserkasten in Aufbau und Funktionseigenschaften demjenigen der Fig. 1 bis 3, insbesondere auch hinsichtlich der Gestaltung und Funktion der Haltezapfen 27a, 27b.

Die vorstehende Beschreibung vorteilhafter Ausführungsbeispiele zeigt, daß durch die mit geringem Aufwand realisierbaren Haltezapfen eine zuverlässige Lagesicherung für die Trennwand-Dichtsteg-Abdichtverbindung und damit eine zuverlässige Abdichtung zwischen Eintrittskammer und Austrittskammer auch bei schwankendem Anpreßdruck der Trennwand gegen den Dichtsteg aufgrund von Fertigungs- oder Montagetoleranzen und/oder betriebsbedingten Druck- und/oder Temperaturbelastungen erzielt wird. Dabei braucht kein erhöhter Trennwandanpreßdruck vorgesehen werden, was hohe Materialbelastungen der Wasserkastenkomponenten vermeidet. Anzahl und Lage der gegen ein Verrutschen des Dichtstegs relativ zur Trennwand sichernden Haltezapfen können je nach Druckbelastungsprofil entlang der Trennwand-Dichtsteg-Abdichtverbindung variabel festgelegt werden. Die Anbringung der Haltezapfen ist ggf. noch nachträglich bei vorhandenen Wasserkästen ohne derartige Haltezapfen möglich, um diese im nachhinein verbessert gegen eventuelle Undichtigkeiten der Trennwand-Dichtsteg-Abdichtverbindung zu schützen.

Claims (4)

1. Wasserkasten für einen Wärmeübertrager, mit

- einer ersten Kastenhälfte (12) und einer damit unter Bildung einer Eintrittskammer (4) und einer Austrittskammer (5) verbundenen, zweiten Kastenhälfte (1) und

- einem an der ersten Kastenhälfte vorgesehenen, nachgiebigen Dichtsteg (15) und einer an der zweiten Kastenhälfte vorgesehenen, gegen den Dichtsteg anliegenden Trennwand (3) zur Trennung von Eintrittskammer und Austrittskammer,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Trennwand (3) entlang ihrer gegen den Dichtsteg (15) anliegenden Kontaktfläche (3a) mit einem oder mehreren vorspringenden, sich in den Dichtsteg lagesichernd eindrückenden Haltezapfen (10a bis 1Of) versehen ist.

2. Wasserkasten nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Haltezapfen (10a bis 1Of) eine kugel- oder kegelförmige Spitze aufweisen.

3. Wasserkasten nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Haltezapfen (10a bis 1Of) entlang der Trennwandkontaktfläche (3a) in einem jeweiligen Abstand voneinander angeordnet sind, der in Abschnitten mit höherer Druckbelastung durch das hindurchgeführte Wärmeübertragermedium kleiner als in Abschnitten mit geringerer Druckbelastung gewählt ist.

4. Wasserkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Haltezapfen (10a bis 1Of) so dimensioniert sind, daß sie höchstens bis etwa 3/4 der Dichtstegdicke (D) in den Dichtsteg (15) eindringen und/oder daß ihre Breite (B) zwischen etwa der Hälfte und 3/4 der Breite (x) der Trennwandkontaktfläche (3a) beträgt.