DE10213064A1

DE10213064A1 - Elastomere Dichtung

Info

Publication number: DE10213064A1
Application number: DE2002113064
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Hafenbrak; Stefan Dipl.-Ing. Schmidgall (Fh)
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2004-11-18

Abstract

Eine elastomere Dichtung (5, 5') für einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Klemmverbindung zwischen einem Wasserkasten (2) und einem Rohrboden (1), ist als einstückiges Spritzteil mit im Wesentlichen rechteckigen Grundriss ausgebildet und ist in eine umlaufende Nut (4) des Rohrbodens (1) eingelegt und zwischen einem Flansch (3) des Wasserkastens (2) und dem Rohrboden (1) eingespannt. Die Dichtung (5, 5') weist einen sternförmigen Dichtungsquerschnitt (Q) auf und ist damit in einem weiten geometrischen Toleranzbereich der zu verbindenden Teile einsetzbar. In einem Wärmetauscher wird die elastomere Dichtung eingesetzt.

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen
1 eine Verbindung zwischen einem Rohrboden und einem Wasserkasten eines Wärmetauschers nach dem Stand der Technik.
2 eine Verbindung ähnlich der in 1 dargestellten, mit einer Dichtung mit sternförmigem Querschnitt.
3a, 3b verschiedene Ausführungsformen einer Dichtung mit sternförmigem Querschnitt, und
4 eine rechteckige Dichtung mit sternförmigem Querschnitt mit an den Ecken angeordneten Spannhilfen.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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.
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.
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.
Die 3a und 3b zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Dichtung 5' mit sternförmigem Querschnitt Q. Die Dichtung 5' weist jeweils einen inneren Dichtungsdurchmesser D_j, 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 D_j liegt daher im Bereich zwischen 65% und 90% des äußeren Dichtungsdurchmessers Da.
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'.

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
D_j: innerer Dichtungsdurchmesser
D_a: äußerer Dichtungsdurchmesser
F: Dichtungsoberfläche
Q: Dichtungsquerschnitt

Claims

Elastomerer Dichtring für einen Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Klemmverbindung zwischen einem Wasserkasten (2) und einem Rohrboden (1), wobei der Dichtring (5, 5') als einstückiges Spritzteil mit im Wesentlichen rechteckigem Grundriss ausgebildet ist und in eine umlaufende Nut (4) des Rohrbodens (1) eingelegt und zwischen einem Flansch (3) des Wasserkastens (2) und dem Rohrboden (1) eingespannt ist, gekennzeichnet durch zumindest eine umlaufende Vertiefung in der Dichtringoberfläche (F).
Elastomerer Dichtring nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine symmetrische, insbesondere sternförmige Querschnittsfläche (Q).
Elastomerer Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens zehn rotationssymmetrisch an der Dichtringoberfläche (F) angeordnete Vertiefungen (8).
Elastomerer Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Dichtringdurchmesser (D_j), im Bereich von Vertiefungen (8) im Dichtungsquerschnitt (Q), mindestens 65% und höchstens 90% des äußeren Dichtungsdurchmessers (D_a), im Bereich von zwischen benachbarten Vertiefungen (8) liegenden Stegen (9), beträgt.
Elastomerer Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein zwei Rillen voneinander trennender Steg eine abgerundete Oberfläche aufweist.
Elastomerer Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Spannhilfe (11) an einer Ecke (12) des im Wesentlichen rechtekkigen Grundrisses.
Wärmetauscher, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Wasserkasten, zumindest einem Rohrboden und einer Klemmverbindung zwischen dem zumindest einen Wasserkasten und dem zumindest einen Rohrboden, wobei ein elastomerer Dichtring in eine umlaufende Nut des Rohrbodens eingelegt und zwischen einem Flansch des Wasserkastens und dem Rohrboden eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Dichtring nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.