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Die
Erfindung betrifft eine elastomere Dichtung, wie Dichtring, für einen
Wärmetauscher,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1, sowie einen Wärmetauscher
mit einer solchen Dichtung.
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Eine
derartige Dichtung ist beispielsweise aus der
DE 42 43 495 A1 bekannt.
Diese im Wesentlichen rechteckige Dichtung zur Abdichtung der Verbindung
zwischen einem Wasserkasten und einem Rohrboden eines Wärmetauschers
weist einen runden oder ovalen Querschnitt auf. Bei der Montage wird
die Dichtung zunächst
in eine umlaufende Nut des Rohrbodens eingelegt. Nach dem Zusammensetzen
des Rohrbodens mit dem Wasserkasten wird eine dauerfhafte Verbindung
durch Umbiegen eines Randes des Rohrbodens hergestellt. Insbesondere aufgrund
des Umbiegens des Randes des Rohrbodens, jedoch auch aufgrund von
Toleranzen bei sonstigen Fertigungsschritten, kann im Allgemeinen
nicht davon ausgegangen werden, dass die Nut, in der die Dichtung
eingespannt ist, im fertig montierten Wärmetauscher exakt definierte
und über
die gesamte Länge
der Dichtung konstante Abmessungen aufweist. Eventuelle Maßtoleranzen
müssen
durch die Dichtung ausgeglichen werden. Hierbei besteht zum einen
das Risiko, dass bei ungenügender
Spannung der Dichtung unter dem Einfluss des im Wärmetauscher
herrschenden Drucks Undichtigkeiten entstehen. Zum anderen birgt
eine zu hohe Spannung der Dichtung die Gefahr, dass unter dem Ein fluss
dieser Spannung der biegsame Rand des Rohrbodens nach außen gebogen
wird. Des Weiteren besteht bei einer Dichtung mit ovalem Querschnitt
die Gefahr, dass diese bei der Montage verdreht in die Nut des Rohrbodens
eingelegt wird und hierdurch keine ausreichende Dichtwirkung erzielbar
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung für einen
Wärmetauscher,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, anzugeben, die bei der Montage besonders unkritisch
hinsichtlich geometrischer Toleranzen sowie der Handhabung ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine elastomere Dichtung, wie Dichtring, mit den Merkmalen des Anspruches
1. Diese Dichtung für
einen Wärmetauscher,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, ist als einstöckiges
Spritzteil ausgebildet und für
eine Klemmverbindung zwischen Wasserkasten und Rohrboden vorgesehen,
wobei die Dichtung zunächst
in eine umlaufende Nut des Rohrbodens eingelegt und anschließend zwischen
Flansch des Wasserkastens und Rohrboden eingespannt wird. Die Dichtung,
deren Kontur oder Grundriss entsprechend der Form des Wärmetauschers
rechteckig ist, weist zumindest eine umlaufende Vertiefung in ihrer Oberfläche auf.
Die zumindest eine umlaufende Vertiefung gestattet den Einsatz der
Dichtung in einem weiten geometrischen Toleranzbereich. Beim Quetschen
der Dichtung steigen die von der Dichtung auf die umgebenden Bauteile
ausgeübten
Kräfte
im Vergleich zu Dichtungen mit rundem oder ovalem Querschnitt nur
relativ langsam an.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Dichtung
ist durch einen symmetrischen, insbesondere sternförmigen Querschnitt
gekennzeichnet. Dadurch ist bereits bei geringer Verformung der
Dichtung im eingebauten Zustand eine sehr gute Dichtwirkung gegeben.
Aufgrund der rotationssymmetrischen Ausbildung des Dichtungsquerschnitts
ist die Dich tung weit weniger empfindlich gegenüber einer Verdrehung oder Verdrillung
als eine Dichtung mit nicht rotationssymmetrischem, beispielsweise
ovalem Querschnitt. Unabhängig
hiervon ist eine eventuelle Verdrillung der Dichtung aufgrund deren
deutlich ausgeprägter
Oberflächenstruktur sehr
leicht optisch erkennbar und damit vermeidbar.
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Eine
weitgehend gleichförmige,
einer Dichtung mit rundem Querschnitt vergleichbare Anlage der Dichtungsoberfläche an umgebenden
Bauteilen ist erzielbar mit einem sternförmigen Dichtungsquerschnitt
mit einer Vielzahl von Vertiefungen, während ein sternförmiger Dichtungsquerschnitt
mit einer geringeren Anzahl an Vertiefungen größere Verformungsreserven aufweist,
jedoch in größerem Maße von der
Einbaulage abhängige
Eigenschaften, insbesondere Dichtungs- und Elastizitätseigenschaften, hat.
Ein guter Kompromiss ist erzielbar mit einem sternförmigen Dichtungsquerschnitt
mit zehn an der Dichtungsoberfläche
angeordneten Vertiefungen.
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Die
Vertiefungen an der Dichtungsoberfläche unterstützen die Nachgiebigkeit der
Dichtung, wobei im Allgemeinen jedoch ein vollständiges Umbiegen von zwischen
benachbarten Rillen liegenden Erhebungen, allgemein Stege genannt,
im eingebauten Zustand nicht beabsichtigt ist. Um sowohl eine ausreichende
Elastizität
als auch eine ausreichende Stabilität der Dichtung zu gewährleisten,
beträgt
der innere Radius des Dichtungsquerschnitts, d.h. der durch die
Rillen gegebene Radius vorzugsweise mindestens 65% und höchstens
90% des durch die Stege gegebenen äußeren Radius des Dichtungsquerschnitts.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden zwei Rillen
durch einen abgerundeten Steg voneinander getrennt. Hierdurch sind
beispielsweise im Vergleich zu einer ausgeprägt zackigen Sternform größere Anlageflächen der
Dichtung an umgebenden Bauteilen erzielbar.
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Die
Montage, insbesondere automatisierte Montage, der Dichtung ist nach
einer bevorzugten Weiterbildung durch eine Spannhilfe erleichtert.
Derartige Spannhilfen an den Ecken der Dichtung sind beispielsweise
aus der
DE 42 43 495
A1 bekannt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung wird der erfindungsgemäße Dichtring
in einem Wärmetauscher
mit zumindest einem Wasserkasten, zumindest einem Rohrboden und
einer Klemmverbindung zwischen dem zumindest einen Wasserkasten
und dem zumindest einen Rohrboden eingesetzt, indem er in eine umlaufende
Nut des Rohrbodens eingelegt und zwischen einem Flansch des Wasserkastens
und dem Rohrboden eingespannt wird. Hierdurch wird die Klemmverbindung
zwischen dem Wasserkasten und dem Rohrboden abgedichtet.
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Es
besteht überdies
die Möglichkeit,
den erfindungsgemäßen Dichtring
in einem beliebigen Wärmetauscher
allein oder in Verbindung mit zumindest einem weiteren Dichtring
zu verwenden, wobei der zumindest eine weitere Dichtring ebenfalls
ein erfindungsgemäßer Dichtring
oder ein Dichtring nach dem Stand der Technik sein kann.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen
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1 eine Verbindung zwischen
einem Rohrboden und einem Wasserkasten eines Wärmetauschers nach dem Stand
der Technik.
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2 eine Verbindung ähnlich der
in 1 dargestellten,
mit einer Dichtung mit sternförmigem Querschnitt.
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3a, 3b verschiedene Ausführungsformen einer Dichtung
mit sternförmigem
Querschnitt, und
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4 eine rechteckige Dichtung
mit sternförmigem
Querschnitt mit an den Ecken angeordneten Spannhilfen.
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Einander
entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise
im Querschnitt die Verbindung zwischen einem Rohrboden 1 und
einem Wasserkasten 2 eines nicht weiter dargestellten Wärmetauschers
für ein
Kraftfahrzeug. Ein Flansch 3 des Wasserkastens 2 greift
in eine Nut 4 des Rohrbodens 1 ein und spannt
dort eine Dichtung 5, wie Dichtring, ein. Die nach dem
Stand der Technik geformte Dichtung 5 ist der Form der
Nut 4 angepasst. Ein Rand 6 des aus Blech gebildeten
Rohrbodens 1 ist, wie durch gestrichelte Linien angedeutet
ist, biegbar, so dass der Flansch 3 des aus Kunststoff
gebildeten Wasserkastens 2 mit dem Rohrboden 1 dauerhaft verbindbar
ist. Durch das Umbiegen des Randes 6 besteht die Gefahr,
die Geometrie der Verbindung zwischen dem Rohrboden 1 und
dem Flansch 3 im Bereich der Nut 4 in nicht gewünschter
Weise zu verändern
und damit die Wirkung der Dichtung 5 zu beeinträchtigen.
Dies gilt unabhängig
von evtl. bereits vor dem Umbiegen des Randes 6 bestehenden
geometrischen Toleranzen. Des Weiteren besteht das Risiko, dass,
falls der Querschnitt der Dichtung 5 verdreht in die Nut 4 eingelegt
ist, nur eine unzureichende Dichtwirkung erzielbar ist.
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Die 2 zeigt eine Anordnung ähnlich der in 1 dargestellten, jedoch
mit einer Dichtung 5' mit
erfindungsgemäßem sternförmigen Dichtungsquerschnitt
Q. Die Dichtung 5' ist
im unbelasteten Zustand dargestellt; der Flansch 3 liegt
mit dessen Unterseite 7 ohne Krafteinwirkung auf der Dichtungsoberfläche F der
Dichtung 5' auf.
Bei eingespannter Dichtung 5' befindet
sich der Flansch 4 in der durch die Unterseite 7' angedeuteten
Position. Der Dichtungsquerschnitt Q ist grundsätzlich sternförmig ausgebildet,
wobei die Dichtungsoberfläche
F gewellt ist. Die Dichtungsoberfläche F weist hierbei zehn rotationssymmetrisch
angeordnete allgemein als Vertiefungen bezeichnete Rillen 8 sowie
jeweils dazwischenliegende Stege 9 auf. Durch die gewellte
Dichtungsoberfläche
F mit zehn gleichmäßig am Dichtungsumfang
verteilten, in Längsrichtung
der Dichtung 5 verlaufende Rillen 8 und Stege 9 ist
sichergestellt, dass im eingebauten, d.h. eingespannten Zustand
der Dichtung 5' jeweils
mehrere Stege 9 sowohl an der Unterseite 7' des Flansches 3 als
auch an der Innenoberfläche 10 der
Nut 4 anliegen und damit die Verbindung zwischen dem Rohrboden 1 und dem
Wasserkasten 2 zuverlässig
abdichten. Die Dichtung 5' mit
sternförmigem
Querschnitt Q hat, wie aus einem Vergleich der 2 und 1 ersichtlich
ist, eine geringere Querschnittsfläche als die in 1 dargestellte, der Form der Nut 4 angepasste
Dichtung 5. Hierdurch sowie durch die Sternform des Dichtungsquerschnitts
Q sind im Fall der Verwendung der in 2 dargestellten
Dichtung 5' zur
Erreichung einer ausreichenden Dichtwirkung geringere Aufpresskräfte erforderlich
als im Fall der Verwendung der in 1 dargestellten
Dichtung 5. Die Dichtung 5' mit sternförmigem Querschnitt Q ist derart
bemessen, dass diese im unbelasteten Zustand die Breite B der Nut 4 nicht
vollständig
ausfüllt.
Dies erleichtert die Montage der Dichtung 5'. Die Dichtung 5' ist darüber hinaus
unempfindlich gegenüber
einer Verwindung. Unabhängig
hiervon ist eine solche Verwindung oder Verdrillung aufgrund der
als Längsriefen
ausgebildeten Rillen 8 und der Stege 9 sehr leicht erkennbar.
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Im
Vergleich zu der in 1 dargestellten herkömmlichen
Dichtung 5 gestattet die Dichtung 5' mit sternförmigem Querschnitt Q eine Verbindung zwischen
Rohrboden 1 und Wasserkasten 2 mit geringerer
mechanischer Belastung und höherer
Lebensdauer. Aufgrund dieser geringeren mechanischen Belastung kann
die Materialstärke
der zu verbindenden Teile, insbesondere des Rohrbodens 1 mit dem
umbiegbaren Rand 6, herabgesetzt werden. Durch die Sternform
des Querschnitts Q der Dichtung 5' ist sichergestellt, dass bei der
Komprimierung der Dichtung 5' die
mechanischen Spannungen nur moderat ansteigen. Aufgrund dieser Charakteristik
der Dichtung 5' mit
sternförmigem
Querschnitt Q, die durch eine flache Federkennlinie, bezogen auf
eine Belastung auf die Dichtungsoberfläche F, beschreibbar ist, ist
die Dichtung 5' bei
einem weiten geometrischen Toleranzbereich der zu verbindenden Teile einsetzbar.
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Die 3a und 3b zeigen verschiedene Ausführungsformen
einer Dichtung 5' mit
sternförmigem Querschnitt
Q. Die Dichtung 5' weist
jeweils einen inneren Dichtungsdurchmesser Dj,
der durch die Rillen 8 gegeben ist, sowie einen äußeren Dichtungsdurchmesser
Da, der durch die Stege 9 gegeben ist, auf. Die Stege 9 sind
derart abgerundet geformt, dass eine flächige Anlage am Rohrboden 1 bzw.
am Flansch 3 erzielbar ist. Beim Einbau der Dichtung 5' ist ein Komprimieren,
jedoch kein vollständiges
Umknicken der Stege 9 beabsichtigt. Der innere Dichtungsdurchmesser
Dj liegt daher im Bereich zwischen 65% und
90% des äußeren Dichtungsdurchmessers
Da.
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Die
4 zeigt in Draufsicht die
Dichtung
5' nach
2, die als einstöckiges Spritzteil
mit im Wesentlichen rechteckigem Grundriss ausgebildet ist. Der
Grundriss der Dichtung
5' mit
einer Länge
L und einer Breite B ist durch die Abmessungen des Rohrbodens
1 sowie
des Wasserkastens
2 bestimmt. An jeder Ecke
12 des
Grundrisses der Dichtung
5' befindet
sich jeweils eine als Öse
ausgebildete Spannhilfe
11 in einer beispielsweise aus
der
DE 42 43 495 A1 bekannten
Form. Die Spannhilfen
11 erleichtern insbesondere eine
automatische Montage der Dichtung
5'.
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- 1
- Rohrboden
- 2
- Wasserkasten
- 3
- Flansch
- 4
- Nut
- 5,
5'
- Dichtung
- 6
- Rand
- 7,
7'
- Unterseite
- 8
- Rille,
Vertiefung
- 9
- Steg
- 10
- Innenoberfläche
- 11
- Spannhilfe
- 12
- Ecke
- B
- Breite
- Dj
- innerer
Dichtungsdurchmesser
- Da
- äußerer Dichtungsdurchmesser
- F
- Dichtungsoberfläche
- Q
- Dichtungsquerschnitt