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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Trockenbehälter für das Klimatisierungssystem
eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Der
Trockenbehälter
des Klimatisierungssystems eines Fahrzeuges (oder generell eines
Kühlungssystems)
hat die Aufgabe, sämtliches
im Kühlmittel
enthaltenes Wasser zu extrahieren, eine vorgegebene Menge des Kühlmittels
während
des Betriebs des Systems zu speichern und Verunreinigungen aus dem
durch den Trockenbehälter
fließenden Kühlmittel
herauszufiltern. Das Wasser wird mittels mindestens einer Kartusche
mit einem Trockenmittel extrahiert, wobei diese Kartusche innerhalb
des Gehäuses
angeordnet ist. Verunreinigungen werden von einer Filterstruktur
aufgefangen.
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In
dem aus dem Dokument
DE
36 06 029 A bekannten Trockenbehälter ist das Trockenmittel
direkt in dem Strömungsweg
des Kühlmittels
angeordnet, und zwar innerhalb des Gehäuses und zwischen zwei voneinander
entfernten Wänden
eines Siebes, wobei jede dieser Wände an der inneren Wand des Gehäuses fest
angebracht ist. Das gesamte Kühlmittel,
das in den Trockenbehälter
hineinfließt,
muss die Kartusche passieren.
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In
dem aus dem Dokument
DE
39 710 638 U bekannten Trockenbehälter ist das Trockenmittel
in einem durchlässigen
Beutel enthalten, der auf einem glockenförmigen Sieb angeordnet ist,
wobei dieses Sieb fest mit dem freien Ende eines zentralen Kühlmittelrohrs
verbunden ist. Die Filterstruktur ist innerhalb des Siebes angeordnet.
Das gesamte in den Trockenbehälter
hinein fließende
Kühlmittel
muss das Trockenmittel passieren.
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Ein
Nachteil der herkömmlichen
Trockenbehälter
ist, dass der ganze Kühlmittelfluss
durch das Trockenmittel fließen
muss, das mit der Zeit ein Strömungshindernis
mit einem erheblichen Strömungswiderstand
bildet, der einen unerwünscht
starken Druckabfall verursacht. Während des Betriebs neigt der
Durchmesser des Trockenbehälters
dazu, abzunehmen und die Zwischenräume zwischen den Trockenmittelperlen
werden nach und nach verstopft. Die Dichte der Kartusche steigt,
was eine Zunahme des Flusswiderstands sowie des Druckabfalls zur Folge
hat, so dass schließlich
die Funktion des ganzen Kühlungssystems
beeinträchtigt
werden kann. Weiterhin belegt die Kartusche ein erhebliches Volumen
in dem Trockenbehälter,
in dem aber ein großes nutzbares
freies Volumen wünschenswert
wäre. Das Anordnen
der Kartusche in dem Trockenbehälter
ist arbeitsaufwändig
und teuer, weil mehrere Installationsschritte und zusätzliche
strukturelle Maßnahmen erforderlich
sind.
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In
dem aus dem Dokument
EP
0 276 943 A bekannten Trockenbehälter ist die Kartusche in einer axial
einsetzbaren Patrone für
die Bearbeitung des Kühlmittels
enthalten, und zwar in einem oberen Bereich des Gehäuses. Die
Patrone wird von einem Auslassrohr durchdrungen und ist in zwei
Abteile unterteilt, die durch ein Sieb getrennt sind. Die untere Fläche der
Patrone wird ebenfalls von einem durchlässigen Sieb gebildet. Nur ein
Teil des durch den Trockenbehälter
fließenden
Kühlmittels
muss durch die Kartusche fließen.
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Die
Trockenmittelkartusche des aus dem Dokument
DE 36 01 342 A bekannten
Trockenbehälters besteht
aus einer Mischung des aktiven Trockenmittels und einer bindenden
Substanz, die direkt in den unteren Bereich des Gehäuses hineingepresst
ist. Die Mischung ist in einem Ofen gehärtet, so dass sie an der inneren
Wand des Gehäuses
klebt.
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Weiterer
Stand der Technik ist aus den Dokumenten
JP 10073346 A ,
US 2,893,563 A ,
US 5,038,582 A ,
US 5,910,165 A ,
EP 0 816 779 A ,
JP 07043049 A und
JP 02287066 A bekannt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trockenbehälter der
oben genannten Art zu schaffen, der mit niedrigen Kosten hergestellt
werden kann, der es erlaubt, während
der Herstellung die Trockenmittelkartusche bequem anzuordnen und
der dazu beiträgt,
die Betriebssicherheit des Systems durch einen geringen Druckabfall
im Kühlmittelfluss
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Trockenmittelkartusche ist außerhalb des
direkten Strömungsweges
des Kühlmittels
angeordnet und belegt nur ein Teil des Volumens des Gehäuses. Die
Kartusche erfüllt
ihre Funktion sozusagen auf einem statischen Niveau und hat keinen nachteiligen
Einfluss auf den Druckabfall im Kühlmittelstrom. Der einzige
Druckabfall, der vom Kühlmittelstrom überwunden
werden muss, wird durch die Querschnitte der Strömungseinrich tungen und der Filterstruktur
verursacht. Vorzugsweise ist die Kartusche direkt in dem Endbereich
des Gehäuses
angeordnet, der durch einen auslassfreien Endbereich abgeschlossen
wird. Kein Beutel wird benötigt,
um die Kartusche einzuschließen;
trotzdem, kann ein durchlässiger
Beutel verwendet werden, wenn dies gewünscht wird. Das Trockenmittel
kann auf die einfachste Weise direkt in das Gehäuse eingefüllt werden, bevor das Sieb
eingesetzt wird und die Kartusche – vorzugsweise unter leichtem
Druck – einschließt, und
zwar auf eine vorgegebene Weise außerhalb des direkten Strömungsweges
des Kühlmittels.
Keine weiteren aufwändigen
Installationsschritte sind erforderlich. Die Unterbringung der Trockenmittelkartusche
garantiert, dass nur ein Teil des in dem Trockenbehälter enthaltenen
Kühlmittels
auf eine statische Weise in die Kartusche eindringt, und zwar auch,
wenn die direkte Kühlmittelströmung lebhaft und
stark ist. Die Anordnung der Kartusche außerhalb des direkten Strömungsweges
entspricht der Erkenntnis, dass das Trockenmittel von Natur aus
eine sehr starke Anziehungskraft auf das gesamte in dem Kühlmittel
enthaltene Wasser ausübt
und das Wasser zuverlässig
aus dem Kühlmittel
extrahiert, und zwar auch dann, wenn das Kühlmittel nur statischen Kontakt
zu dem Trockenmittel hat. Die Kartusche ist in einem Endbereich
des Gehäuses
eingeschlossen, der sich weit weg von den Einlass- und Auslassanschlüssen befindet.
Somit wird nur ein geringer Teil des Volumens des Trockenbehälters belegt.
Das restliche Volumen kann vorzugsweise dazu verwendet werden, den
Unterkühlungseffekt
des Trockenbehälters
zu verbessern.
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Aus
physikalischen und thermischen Gründen ändert sich das Volumen des
Trocknungsmaterials während
des Betriebs des Systems. Aus diesem Grund ist es zweckdienlich,
die Kartusche unter einem leichten Druck zu halten, so dass sie
sich ausdehnen und zusammenziehen kann. Zweckmäßigerweise ist das Sieb mit
Hilfe eines Schiebekontakts an der inneren Gehäusewand angebracht, so dass
es sich zusammen mit der Kartusche bewegen kann, wenn sich diese
ausdehnt oder zusammenzieht. Eine Druckfeder belastet das Sieb und
drückt
die Kartusche vermittels des Siebs zusammen. Vorteilhafterweise
sitzt die Druckfeder in der Positionshaltevorrichtung.
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Es
ist von Vorteil, eine Kühlmittelstrom-Umleitkammer
zwischen der Filterstruktur und dem Sieb bereitzustellen. In dieser
Kammer entwickelt sich ein vorteilhafter dynamischer Zustand mit
turbulenter Strömung,
wenn das Kühlmittel
seinen Weg zu dem Auslassanschluss sucht, die bewirkt, dass das
gesamte Wasser zuverlässig
von der Kartusche extrahiert wird.
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Zweckmäßigerweise
sind die Einlass-/Auslassanschlüsse
zusammen in einem Endteil des Gehäuses angeordnet, wobei die
Umleitkammer mit einem axialen Abstand zu dem mit einem Anschluss ausgestatteten
Endteil angeordnet ist. Ein im Wesentlichen zentrales Kühlmittelrohr
erstreckt sich von einem Anschluss des mit einem Anschluss ausgestatteten
Teils in die Umleitkammer. Die Filterstruktur ist entweder am oder
nahe am freien Ende des Kühlmittelrohrs
angeordnet. Die Filterstruktur ist das einzige erhebliche Strömungshindernis,
während
die Kartusche des Trocknungsmaterials ihre Aufgabe auf eine statische
Weise erfüllt.
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Da
sie separat angeordnet ist, benötigt
die Filterstruktur eine Stütze.
Vorzugsweise ist die Filterstruktur an einer Positionshaltevorrichtung
befestigt, die entweder am freien Ende des Kühlmittelrohrs angebracht ist
oder von der inneren Gehäusewand
gehalten wird.
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Um
den Zusammenbau des Trockenbehälters
zu vereinfachen, wird das Kühlmittelrohr
durch ein Adapterteil des mit einem Anschluss ausgestatteten Endteils
des Trockenbehälters
stabilisiert. Durch das Adapterteil wird die von der Positionshaltevorrichtung
und/oder vom Sieb ausgeübte
Reaktionskraft vom Endteil des Gehäuses abgedämpft.
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Ein
topfförmiges
Sieb kann auf eine einfache Weise in das Gehäuse eingesetzt werden und wird durch
seinen Kontakt mit der inneren Wand des Trockenbehälters gut
geführt.
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Als
zusätzliche
oder alternative Struktur kann eine Schicht aus einem spaltfüllenden
Material zwischen dem Sieb und der Patrone und/oder zwischen dem
anschlussfreien Endteil der Kartusche angeordnet werden. Diese Schicht
muss durchlässig sein,
wenn sie am Sieb angeordnet ist. Am anschlussfreien Endteil muss
diese Schicht nur elastisch sein. Volumenänderungen der Kartusche werden
durch diese Schicht abgedämpft
oder kompensiert. Die Kartusche bleibt unter einem ziemlich konstanten
Druck und belegt deshalb nur das minimale Volumen in dem Trockenbehälter.
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Vorteilhafterweise
können
das Kühlmittelrohr,
die Positionshaltevorrichtung und das durch die Druckfeder mit der
Positionshaltevorrichtung verbundene Sieb eine vorgefertigte Einheit
bilden, die bequem in das Gehäuse
eingesetzt werden kann. Die strukturell Einheit kann sogar durch
die Kartusche und/oder mit dem Adapterteil vervollständigt werden.
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Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die
Figuren näher
erläutert.
In den Figuren zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
eines Trockenbehälters;
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2 eine
Längsschnittansicht
einer geschweißten
Ausführungsform
eines Trockenbehälters;
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3 eine
Längsschnittansicht
einer weiteren Ausführungsform
eines Trockenbehälters,
der in einen Kondensator integriert ist; und
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4 eine
schematische Ansicht eines Kondensatorgehäuses, das mit einem Trockenbehälter bzw.
mit dem in 3 dargestellten Trockenbehälter kombiniert
ist.
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Der
in 1 dargestellte Trockenbehälter R weist ein im Wesentlichen
zylindrisches, relativ schlankes Gehäuse 2 auf, wobei dieses
Gehäuse aus
Aluminium oder aus Stahlmaterial besteht. Das Gehäuse 2 wird
am linken Endbereich durch ein integriertes Endteil 1 und
am gegenüberliegenden
offenen Endbereich durch ein eingesetztes und fest verbundenes Endteil 3 abgeschlossen.
Das Endteil 3 ist ein sogenannter Verbindungskopf H, der
dafür dient, eine
fluiddichte Verbindung mit einer nicht gezeigten Verbindungsstruktur
zu bilden, an der der Trockenbehälter
angebracht werden muss. Der Trockenbehälter R wird beispielsweise
in einer Position betrieben, in der der Verbindungskopf H nach unten
orientiert ist.
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Der
linke Endbereich des Gehäuses 2 enthält eine
Kartusche D eines Trocknungsmaterials. Das Material kann direkt
durch den offenen Gehäuse-Endbereich
in das Gehäuse
eingefüllt
werden. Die Kartusche D wird durch ein Sieb 4 in Position
und in Kontakt mit der inneren Gehäusewand und dem Endteil 1 gehalten.
Das Sieb 4 ist topfförmig
und weist eine gelochte Topfbodenwand 9 und eine am Umfang zusammenhängende Führungswand 10 auf.
Die Führungswand 10 kann
mit der inneren Gehäusewand
durch einen Schiebkontakt verbunden sein. Entfernt von dem Sieb 4 und
in Berührung
mit der inneren Wand ist eine Positionshaltevorrichtung 7 angeordnet.
Die Haltevorrichtung 7 ist topfförmig und weist eine entweder
gelochte oder zum Teil geöffnete Topfbodenwand auf,
die eine Netzfilterstruktur 11 und eine periphere Führungswand 12 trägt, wobei
diese periphere Führungswand 12 in
Berührung
mit der inneren Wand des Gehäuses
sein kann. Der Trockenbehälter
R ist mit einem zentralen, sich in Längsrichtung erstreckenden Mittelrohr 13 ausgestattet,
das durch einen Adapteranschluss A in den mit einem Anschluss ausgestatteten
Endteil 3 eingesetzt wird und sich bis zur Positionshaltevorrichtung 7 erstreckt. Die
Positionshaltevorrichtung 7 kann einen mittleren, rohrförmigen Vorsprung 14 aufweisen,
der in den freien Endbereich des Kühlmittelrohrs 13 eingesetzt
ist. Die Positionshaltevorrichtung 7 definiert Strömungswege 6 für ein Kühlmittel,
das durch den Trockenbehälter
R zirkuliert bzw. fließt.
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Das
Kühlmittel
fließt
durch einen Einlassanschluss 15 im Endteil 4,
das Adapterteil A und weiter durch das Kühlmittelrohr 13 in
den Trockenbehälter R,
von dem aus es eine Kühlmittelstrom-Umleitkammer
C erreicht, die vom Sieb 4 und der Positionshaltevorrichtung 7 definiert
wird. Ein Teil des sich in der Kammer C befindenden Kühlmittels
fließt
auch in die Kartusche D hinein. Die Kartusche D extrahiert sämtliches
Wasser, das in dem Kühlmittel
enthalten ist. Von der Kammer C fließt das Kühlmittel durch die Netzfilterstruktur 11 und
anschließend
in den restlichen Teil des Gehäuses 2,
bis es den Trockenbehälter
R durch einen Auslassanschluss 16 verlässt. Die Kammer C und der restliche
freie Raum im Gehäuse 2 stellen
ein relativ großes
Volumen zur Verfügung, das
wünschenswert
ist, um einen effizienten Unterkühlungseffekt
des Trockenbehälters.
zu erzielen.
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Der
Verbinderkopf H, der den mit einem Anschluss ausgestatteten Endteil 3 bildet,
ist in den freien Endbereich des Gehäuses 2 eingesetzt
und ist mit dem Gehäuse 2 durch
eine radial nach innen gerichtete Verformung 18, z.B. einen
kreisförmigen
Umschlag der Gehäusewand,
fest verbunden. Der Verbindungsbereich zwischen dem Verbinderkopf
H und dem Gehäuse 2 ist
zusätzlich
durch O-Ringe 17 abgedichtet. Andere für diesen Zweck geeignete Lösungen können aber
auch verwendet werden.
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Eine
Druckfeder 5 ist zwischen dem Sieb 4 und der Positionshaltevorrichtung 7 eingesetzt,
so dass das Sieb 4 leicht gegen die Kartusche D gedrückt wird.
Der Teil des Kühlmittels,
der in die Kartusche D hineinfließt, wird durch den Pfeil 8 dargestellt. Die
Druckfeder 5 erlaubt dem Sieb 4, sich axial zu
bewegen, wenn das Volumen der Kartusche D abnehmen sollte, z.B.
durch einen Ablagerungseffekt, oder aus anderen Ursachen zunehmen
sollte. In allen diesen Betriebszuständen bleibt aber die Kartusche
D unter einer leichten axialen Vorspannung, die vom ersten Sieb 4 und
von der Druckfeder 5 ausgeübt wird.
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Das
Kühlmittelrohr 13,
die Positionshaltevorrichtung 7 und das mit der Positionshaltevorrichtung 7 durch
die Druckfeder verbundene Sieb 4 können als eine strukturelle
Einheit vorgefertigt werden, die bequem in das Gehäuse 2 eingesetzt
werden kann, nachdem die Kartusche D gefüllt worden ist. Die strukturelle
Einheit kann sogar im Voraus an dem Verbinderkopf H angebracht werden,
so dass dieser mit einem Installationsschritt angebracht werden kann,
wenn der Verbinderkopf H eingesetzt wird.
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Die
oben beschriebene Struktur ermöglicht es,
die Herstellungs- und Zusammenbaukosten für den Trockenbehälter im
Vergleich zu den Kosten, die bei herkömmlichen Trockenbehältern entstehen,
zu senken, und verbessert wesentlich die Betriebsfunktionalität des Systems,
indem der Druckabfall in der Kühlmittelströmung reduziert
wird. Die Kartusche D, die z.B. ein molekulares Sieb bilden kann,
ist auf einem statischen Niveau nahe am oberen Boden des Gehäuses, z.B.
wenn der Trockenbehälter
in dem System in aufrechter Position betrieben wird. Während des
Betriebs und mit der Zeit neigt der Durchmesser des Trockenbehälters dazu,
abzunehmen. Deswegen steigt der Druckunterschied in der Kühlmittelströmung zwischen
dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss deutlich, so dass
die Leistung des Trockenbehälters
und des ganzen Systems beeinträchtigt
werden kann. Nach einigen Betriebsstunden des Trockenbehälters in
dem Klimatisierungssystem steigt das Risiko einer Strömungsverstopfung proportional
zu der Verkleinerung des Durchmessers, weil auch die Querschnittsfläche für die Filterfunktion
abnimmt. In der oben beschriebenen Anordnung ist die Filterstruktur
von der das Wasser aufsaugenden Kartusche getrennt. Das ist nicht
nur für
Trockenbehälter
günstig,
die in dem System freistehend installiert werden, sondern auch für Trockenbehälter, die
entweder mit oder in dem Kondensator des Systems integriert werden.
Die Integration in den Kondensator verursacht keine Probleme, weil
die Kartusche des Trocknungsmaterials Temperaturen bis zu 750° und mehr
aushält,
die z.B. entstehen, wenn der Kondensator und der Trockenbehälter gleichzeitig gelötet werden.
Die Qualität,
die Perlgröße, das
Volumen und dergleichen der Kartusche D können einfach an die Ansprüche von
Kunden, die den Trockenbehälter
verwenden, angepasst werden. Das gleiche gilt auch für die Filterstruktur.
Der mit einem Anschluss ausgestattete Endteil 3 kann auch
durch Schweißen
oder dergleichen in Position gehalten werden.
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Der
in 2 dargestellte Trockenbehälter ist ähnlich wie der in 1 dargestellte
konstruiert. Die Kartusche D des Trocknungsmaterials ist im geschlossenen
Endbereich des Gehäuses 2 in
direktem Kontakt zu dem integrierten Endteil 1 angeordnet. Zwischen
dem Sieb 4, das entlang der inneren Gehäusewand geführt ist, und der Kartusche
D ist eine Schicht 19 aus einem spaltfüllenden Material angeordnet,
die für
das Kühlmittel,
aber nicht für
das Trockenmittel durchlässig
ist, und jede Volumenänderung
der Kartusche D ausgleicht. Das mittlere Kühlmittelrohr 13 ist
mit dem Endteil 3 (mit dem Verbinderkopf H) durch den Adapterteil
A fest verbunden und stoßt
an der in diesem Fall glockenförmigen
Positionshaltevorrichtung 7, die auf einem Vorsprung des
Siebes 4 angeordnet ist, an. Der offene Endbereich der
Haltevorrichtung 7 ist mit der Netzfilterstruktur 11 ausgestattet.
Die Kammer C ist zum Teil innerhalb der Haltevorrichtung definiert.
In diesem Fall kann das Kühlmittelrohr 13 mit
dem Auslassanschluss 16 verbunden sein. Der Verbinderkopf
H ist mit dem Gehäuse 2 durch
das Adapterteil A verschweißt.
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Der
in 3 dargestellte Trockenbehälter R ist dafür gedacht,
in ein Kondensatorgehäuse 20 (siehe 4)
des Systems integriert zu werden. Das röhrenförmige, zylindrische Gehäuse 2 ist
an beiden Endbereichen durch bolzen- bzw. stöpselförmige Endteile 1, 3 abgeschlossen.
Die Kartusche D des Trocknungsmaterials ist direkt im durch den
Endteil 1 geschlossenen Endbereich des Gehäuses 2 enthalten.
An beiden Endbereichen der Kartusche D sind Schichten 19 eines
spaltfüllenden
Materials angeordnet. Das Sieb 4 mit seiner gelochten Bodenwand 9 ist an
der inneren Gehäusewand
durch einen Schiebekontakt angeordnet. Die Positionshaltevorrichtung 7 ist
mit einem axialen Abstand vom Sieb 4 angeordnet und trägt die Netzfilterstruktur.
Die Kühlmittelstrom-Umleitkammer C ist
zwischen dem Sieb 4 und der Positionshaltevorrichtung 7 definiert.
In dem Bereich der Kammer C ist ein Einlassanschluss 15 in der
Gehäusewand
ausgebildet, während
der Auslassanschluss 16 in der Gehäusewand mittig zwischen der
Positionshaltevorrichtung und dem anderen Endteil 3 angefertigt
ist. Die Betriebsstellung des Trockenbehälters R kann so gewählt werden,
dass sich die Kartusche D oben befindet.
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In 4 ist
der Trockenbehälter
der 3 derart an der Seite des Kondensatorgehäuses 20 angeordnet,
dass der Trockenbehälter
R von dem Gehäuse 20 gestützt wird
und dass die Einlass- und Auslassanschlüsse 15, 16 die
notwendigen Strömungsverbindungen
mit dem Inneren des Gehäuses 20 bereitstellen.