CN102057245A - 换热器 - Google Patents

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CN102057245A CN2009801219901A CN200980121990A CN102057245A CN 102057245 A CN102057245 A CN 102057245A CN 2009801219901 A CN2009801219901 A CN 2009801219901A CN 200980121990 A CN200980121990 A CN 200980121990A CN 102057245 A CN102057245 A CN 102057245A
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希沙姆·鲁哈纳
海莫·布勒德
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Abstract

本发明涉及一种换热器(1)，特别指用于机动车的换热器(1)，包括：多个管子(2)；至少一个集流管(3)，其形成有管壁(8)和位于管壁(8)上的开孔(13)，以及在开孔(13)上从管壁(8)沿着开孔(13)的轴向突伸出的通道(7)，其中，管子(2)在管子(2)的末端(11)区域上局部设置在通道(7)上，并且在通道(7)和管子(2)之间具有流体密封的连接部，使流体导引经过管子(2)和至少一个集流管(3)；至少一个用于流体输入的导入口(5)；以及至少一个用于流体输出的导出口(6)；由此使管子(2)和至少一个集流管(3)之间的机械强度得到改善。本发明的目的由此实现：通道(7)的厚度(16)小于集流管(3)的管壁(8)的厚度(17)，特别小于集流管在开孔(13)区域上的管壁厚度。

Description

换热器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1和10的前序部分所述的换热器，以及一种根据权利要求6的前序部分所述的用于制造换热器的方法。此外，本发明还涉及一种机动车空调。
背景技术
换热器用于将热量从一种流体传递到另一种流体上。例如通过换热器使热量从冷却液传递到外界空气中。这方面特别用于机动车上，其中，换热器用于将内燃机释放的废热散入到外界空气中。通常，换热器由两个集流管构成，在两个集流管之间设有多个管子。在集流管中设有开孔，使管子通入到这些开孔中。这些管子与集流管的开孔流体密封地连接。
集流管中的开孔通过冲压或冲孔加工而成。在冲压集流管管壁的过程中冲压出开孔，从而使最后形成开孔的管壁的局部区域掉落。因此，管子在集流管开孔中的支承面对应于集流管管壁在开孔区域上的厚度。在开孔的冲孔过程中，通过集流管管壁在开孔上形成环形通道，该环形通道对应于集流管在局部区域上的变形的管壁。该局部区域是集流管管壁这样的区域，即，该区域在加工完成之后对应于开孔的位置。对应于开孔区域上的集流管管壁的通道在冲孔过程中基本上不延伸，而仅仅是弯曲。由此，在横截面例如为圆形的开孔上，通道的长度对应于该开孔的半径。
通道的长度或管子在开孔上的支承面对于管子和集流管之间的连接部的机械应力产生重要影响。连接部的机械应力例如由于较大的压力或拉力产生的热应力而造成，或者由于管子或集流管上的膨胀以及管子或集流管的弯曲载荷和向上弯曲以及变形所产生的热应力而造成。由此可能产生管子和集流管之间的连接部的损坏、特别是泄漏，这样将导致换热器故障。因为换热器的维修难以实现，而且由此必须更换换热器，所以就通常造成较高的成本。特别是在机动车上，换热器的泄漏会导致冷却液的损耗，从而必须中断机动车的行驶。
专利文献EP 0 990 868B1提供了一种通用的换热器。内部插有管子的通道的厚度对应于集流管管壁除了用于导入管子的开孔以外的厚度。此外，仅在通道的局部区域上于开孔的轴向上形成通道与管子之间的接触。由此，管子在通道上仅具有很小的支承面，从而在管子和集流管的重要连接区域上仅具有很小的机械强度。
专利文献DE 33 16 960A1公开了一种换热器。由冲具冲出开孔。在对集流管管壁用冲具进行冲孔之后，通道的一部分分离。由此，通道在开孔轴向上具有很短的长度，从而在管子和通道之间形成很小的接触面。因此其缺点在于在管子和集流管之间于通道区域上具有很小的机械强度。
专利文献DE 696 17 598T2提供了一种通用的换热器。一块具有开孔的集流板，使平面式管子的端部***开孔中，通过焊接使管子与集流板的板壁连接在一起。为了简化该连接，每个穿孔被一轮缘环绕。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换热器、一种机动车空调以及一种用于制造换热器的方法，能够改善管子和集流管之间的机械强度。换热器和机动车空调应该在制造上成本低廉，并且能够在运行中可靠安全地工作。而且使用于制造换热器的方法也能够容易实现且经济节约。
上述目的这样实现，即，一种换热器，特别指用于机动车的换热器，包括：多个管子；至少一个集流管，集流管形成有管壁和位于管壁上的开孔，以及在该开孔上从管壁沿着开孔的轴向突伸出的优选为环形的通道，其中，管子在管子的末端区域上局部设置在通道上，并且在通道和管子之间具有流体密封的连接部，从而能够使流体导引经过管子和至少一个集流管；至少一个用于流体输入的导入口；以及至少一个用于流体输出的导出口；其中，通道的厚度小于集流管的管壁的厚度，特别小于集流管在开孔区域上的管壁厚度。管子和开孔的横截面例如为圆形、矩形或正方形。
特别地，通道的厚度从位于集流管的管壁上的通道的起点到通道的末端优选逐渐减小。通道的末端或者可以终止于集流管的流动腔室中，也就是以相同的方式像设置在集流管中的管子的末端那样终止；或者还可以终止于集流管之外，也就是使通道的末端终止于相对于设置在集流管中的管子的末端的相反方向。
在一个补充的实施方案中，通道从底部上的起点直到通道的尖部的厚度至少为集流管的管壁的厚度、特别是集流管在开孔区域上的管壁厚度的10％，其中，通道的尖部的长度至少为集流管的管壁的厚度、特别是集流管在开孔区域上的管壁厚度的10％。
在另一个结构方案中，通道从底部上的起点直到从尖部往下至通道总长度的08倍处的厚度小于集流管的管壁厚度、特别是集流管在开孔区域上的管壁厚度的0.9倍。
优选地，通道的最大长度大于开孔的最小直径的一半，特别大于该一半直径的1.1至3倍。集流管在随后形成开孔的局部区域上的管壁变形或弯曲成为通道，并且进一步地，还使通道进行延伸。由此使通道的最大长度大于开孔最小直径的一半。在横截面为矩形的管子和开孔上，开孔的最小直径等同于开孔的宽度。通道的长度大于开孔宽度的一半，这是因为集流管管壁在加工通道的过程中进行延伸。在横截面为圆形的管子或开孔上，最小直径的一半由此对应于开孔的半径。
适宜地，管子优选通过焊接的方式材料配合(一体式)地与通道流体密封地连接，特别是液体密封。
在另一个实施方案中，管子和/或至少一个集流管至少局部由铝制成，和/或由铝合金、和/或由塑料制成。
集流管还能够由多部分组成。例如集流管可以包括由金属、特别由铝制成的底部，以及由塑料制成的盒体。盒体的横截面例如呈U形，并且盒体固定在底部的沟槽中。盒体和底部之间的流体密封的连接通过设置在沟槽中的密封件来实现。由此，在底部和盒体之间形成流动腔室。在另一个结构方案中，集流管例如可以包括横截面大体呈U形的底部以及盖体。底部和盖体都由金属、特别由铝制成。在盖体上形成有沟槽，通过沟槽使盖体流体密封地与底部连接。盖体的沟槽和底部之间的密封通常不需要采用额外的密封件。
在本发明的用于制造换热器的方法中，包括以下步骤：制造管子；至少局部制造至少一个具有管壁的集流管；将至少一个集流管的管壁的局部区域冲制出具有通道的开孔；将管子***到开孔中；以及流体密封地连接管子和通道；在冲孔之前先使至少一个集流管的管壁在局部区域上延伸成突起部，以使通道的厚度小于延伸之前集流管在局部区域上的管壁的厚度。
在补充的变化方案中，使通道这样延伸，即，通道从底部上的开始直到通道的尖部的厚度至少为集流管的管壁的厚度、特别是集流管在开孔区域上的管壁厚度的10％，其中，通道的尖部的长度至少为集流管的管壁的厚度、特别是集流管在开孔区域上的管壁厚度的10％。
在补充的变化方案中，至少一个集流管在局部区域上的管壁的延伸在冲孔之前于一个单独的加工步骤中进行。因此在时间上，使至少一个集流管的管壁的延伸在冲孔之前进行。延伸既可以在至少一个集流管的管壁的局部区域中进行，在该局部区域上随后形成开孔，也又可以超出该局部区域。如果管壁的延伸超出局部区域时，那么没有延伸的部分可视为集流管管壁的厚度。因此，在该局部区域上于管壁的延伸过程中产生突起部。
适宜地，管壁例如通过冲压没有材料掉落，也就是开孔只是通过集流管的管壁的变形、特别通过弯曲加工而成。
在补充的变化方案中，至少一个集流管在局部区域上的管壁的延伸通过采用非穿孔工具加工而实现。
集流管的进行冲模并冲出开孔的区段可以具有不同的形状。例如集流管可以在该区域上是直的或弯曲的。
一种根据本发明的换热器，特别指用于机动车的换热器，包括：多个管子；至少一个集流管，集流管具有开孔，在开孔上设有管子，管子的末端区域局部设置在开孔中，管子与开孔流体密封地连接，其中，集流管包括底部和盒体，并且开孔形成在底部上，盒体的末端容置在形成于底部上的沟槽中，使盒体与底部相连接；至少一个用于流体输入的导入口；以及至少一个用于流体输出的导出口；其中，沟槽的外侧和管子的外侧之间、特别是密封件和管子的管轴之间具有材料配合的连接部。优选地，间接在两个外侧之间、通过例如为锡焊料的材料而形成材料配合的连接，进而形成材料配合的连接部。
特别地，形成材料配合的连接部为焊接部和/或粘接部。为了形成沟槽外侧和管子外侧、特别是和管子的长侧之间的焊接部，在矩形横截面的管子上，于沟槽外侧和管子外侧之间具有一个很小的距离，该距离例如在0和2mm之间的范围内。由此可以在焊接时使焊料根据毛细血管原理而上升或导入到位于沟槽外侧和管子外侧之间的区域中。
在又一个结构方案中，沟槽的外侧在材料配合的连接部的区域中大体上平行于至少一个管子的外侧而设置。
在一个附加的结构方案中，在开孔的轴向上形成优选为环形的通道，其中，管子以管子的末端区域设置在通道上，并且在通道和管子之间具有流体密封的连接部。
一种机动车空调或机动车包括在本申请文件中所述的换热器。
附图说明
接下来，结合附图对本发明的实施例进行详细说明。图中示出了：
图1为换热器的示意图；
图2为第一实施例中沿着图1的换热器中具有管子的集流管的A-A线的截面图；
图3为第二实施例中沿着图1的换热器中具有管子的集流管的A-A线的截面图；
图4为在形成用于管子的开孔之前的图2的集流管的底部的局部纵向截面图；
图5为在形成开孔之后的图4的底部的局部纵向截面图；以及
图6为开孔在其轴向示意图。
附图标记说明
1换热器
2管子
3集流管
4波纹肋
5导入口
6导出口
7通道
8集流管的管壁
9由铝制成的集流管的底部
10由塑料制成的集流管的盒体
11管子的末端
12密封件
13开孔
14集流管在开孔区域上的开孔管壁
15通道的尖部
16通道的厚度
17集流管管壁的厚度
18通道的长度
19开孔的直径
20局部区域
21沟槽
22材料配合的连接部
23焊接部
24开孔的轴
25流动腔室
26连接凸缘
27突起部突起区
28长侧管壁
29最小直径
30最大直径
31管轴
具体实施方式
图1示出了换热器1的示意图。在两个集流管3之间设有多个管子2。这两个集流管3分别在顶侧和底侧通过一个连接凸缘26相互连接。在两个管子2之间形成有波纹肋4，这些波纹肋与管子2形成机械连接以及热连接。波纹肋4用于增大换热器1的表面，并由此增强热传递。
在图1中右侧示出的集流管3上形成有导入口5和导出口6。换热器1用于在机动车中将冷却液的热量散入到外界环境中。通过导入口5使冷却液流入到换热器1中，并且使冷却液再通过导出口以冷却状态流出。两个集流管3分别都包括由铝制成的底部9和由塑料制成的盒体10，在盒体中还形成上述的导入口5和导出口6。横截面呈矩形的管子2通入到集流管3的底部9中。由此在两个集流管3以及管子2之间形成液压连接。管子2的末端终止于流动腔室25中。
底部9和盒体10密封住用于冷却液的流动腔室25(图2和图3)。盒体10的横截面大体上呈U形。底部9的横截面在末端上分别设有沟槽21。在沟槽21中设有密封件12。该密封件12是一个弹性部件，用于使底部9与盒体10液体密封地连接。在底部9中形成开孔13，在开孔中设有管子2，该管子具有管轴31。集流管3或底部9的开孔管壁14变形为通道7。通道7的末端终止于集流管3的流动腔室25中。因此，通道7表示为之前的底部9的开孔管壁14(图5)，即，使该开孔管壁变形为通道7。
在底部9的开孔13的加工过程(未示出)中，在底部9的管壁8的局部区域20上、也就是开孔管壁14的位置上，通过冲压首先产生突起部27。该局部区域20(图4)对应于管壁8变形为通道7的区段。局部区域20是管壁8在图4中虚线内示出的区段。突起部27在图4中同样由虚线来表示。由于突起部27的形成，局部区域20的管壁8，即对应于后来的通道7，被延伸，从而使通道7的厚度16小于底部9在没发生变形的区域中的管壁8的厚度17，没发生变形的区域也就是指除了局部区域20或开孔管壁14的厚度17以外的区域。在形成突起部之后，通过冲孔工具而加工出开孔13。因此，底部9的管壁8在局部区域20内弯曲，从而形成图2和图5所示的通道7的结构。因此，底部9的管壁8的厚度17大于通道7的厚度16。在通道7的末端由于冲孔过程而形成尖部15。尖部15的横截面大体上呈三角形。通道7的厚度逐渐减小，例如尖部15为变形前底部9的管壁8的厚度17的20-30％。
通道7和管子2之间具有一体的连接部22(图2)，该连接部设计成焊接部23。在图2中的所示投影的平面平行于管子2的宽侧管壁的平面并且垂直于管子2的窄侧管壁28的平面。通道7的长度18大于开孔13的最小直径29的一半，这是因为底部9的管壁8于局部区域20中在形成通道7的过程中进行延伸。开孔13对应于管子2的矩形横截面而同样形成为矩形。通道7的长度18大于开孔13的宽度的一半。开孔13的直径19略小于相对应的管子2的直径(未示出)。由此使管子2外侧和通道7之间的所有区域上具有少许距离用于焊接部23的形成。通道7和管子2之间的距离例如在0.2-1mm的范围内，从而使焊料能够根据毛细血管原理引入到该缝隙中。如果使管子2和底部9进行镀锡加工，并且在焊炉中形成焊接部，那么就不会有缝隙产生。
通道7的厚度从位于底部9或集流管3的管壁8上的通道7的起点到位于通道7的尖部15上的通道7的末端逐渐减小。这是由于对通道7的加工而造成的。管壁8在局部区域20中的突起部27的加工过程中，使局部区域20的中间区域比该局部区域靠近未变形或未延伸的底部9的管壁8的边缘区域延伸更强烈。此外，通道7还在冲孔过程中延伸，并且在此该延伸于通道7的末端区域上比在通道7的起点区域上更强烈。
图5中示出了在对局部区域20冲孔之后底部9的局部纵向截面图。在此，通道7平行于开孔13的轴24。
图6中示出了开孔13在开孔的轴向上的示意图。开孔13呈矩形，并且具有最小直径29和最大直径30。
图3中示出了换热器1的集流管3的第二实施例。接下来，仅对于该第二实施例与图2的第一实施例的不同之处进行说明。该第二实施例中的底部9这样形成，即，在沟槽21一外侧和管子2之间具有0和2mm之间的范围内的较小距离。在该厚度为0和2mm之间的缝隙中具有由焊接部23形成的材料配合的连接部22。沟槽21外侧和管子2的外侧之间的缝隙厚度优选为0.2-0.8mm，从而使用于焊接部23的焊料能够根据毛细管原理延伸进入到缝隙中并上升。由此，管子2具有优势地额外的与底部9连接，并因此使管子2和底部9或集流管3之间机械连接的强度得以提高。机械应力、特别是由换热器1的热变形产生的机械应力可以由此得到更好的吸收。由于管子2和集流管3之间的连接损害导致的换热器1的损坏可以由此得以避免。
综上所述，本发明的换热器1能够具有显著的优点。在通道7的加工过程中，通道7这样延伸，即，使通道7的长度18沿着开孔13的轴24的方向上进行延伸。由此增大了管子2和通道7之间的形成为焊接部23的接触面。管子2和通道7之间的连接部的机械应力、特别是由换热器1的热变形产生的机械应力能够由此更容易被吸收。此外，换热器1的损坏、例如管子2和通道7之间的连接部上没有形成密封，由此能够基本避免。因此，较大的接触面构成管子2在通道7上的较大支承面以及支撑面。由此本发明所述的换热器1以及本发明的机动车空调的可靠性都得到显著提高。

Claims (15)

1.一种换热器(1)，特别指用于机动车的换热器(1)，包括：
-多个管子(2)；
-至少一个集流管(3)，所述集流管具有管壁(8)和位于管壁(8)上的开孔(13)，以及在该开孔(13)上从所述管壁(8)沿着开孔(13)的轴向突伸出的通道(7)，其中，所述管子(2)在管子(2)的末端(11)区域上局部设置在所述通道(7)上，并且在所述通道(7)和管子(2)之间具有流体密封的连接部；
-至少一个用于流体输入的导入口(5)；以及
-至少一个用于流体输出的导出口(6)；
其特征在于，所述通道(7)的厚度(16)小于所述集流管(3)的管壁(8)的厚度(17)，特别小于所述集流管(3)在开孔(13)区域上的管壁厚度。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述通道(7)的厚度(16)从位于所述集流管(3)的管壁8上的通道(7)的起点到通道(7)的末端优选逐渐减小。
3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，所述通道(7)从底部(9)上的起点直到所述通道(7)的尖部(15)的厚度(16)至少为所述集流管(3)的管壁(8)的厚度(17)、特别是所述集流管在开孔(13)区域上的管壁厚度的10％，其中，所述通道(7)的尖部(15)的长度至少为所述集流管(3)的管壁(8)的厚度、特别是所述集流管在开孔(13)区域上的管壁厚度的10％。
4.根据前述任意一项或多项权利要求所述的换热器，其特征在于，所述通道(7)从底部(9)上的起点直到从所述尖部(15)往下到所述通道(7)总长度的0.8倍处的厚度(16)小于所述集流管(3)的管壁(8)厚度、特别是所述集流管在开孔(13)区域上的管壁厚度的0.9倍。
5.根据前述任意一项或多项权利要求所述的换热器，其特征在于，所述通道(7)的最大长度大于所述开孔(13)的最小直径(29)的一半，特别大于该一半直径的1.1至3倍。
6.一种用于制造换热器(1)的方法，特别用于制造前述任意一项或多项权利要求所述的换热器(1)，包括以下步骤：
-制造管子(2)；
-至少局部制造至少一个具有管壁(8)的集流管(3)；
-将至少一个集流管(3)的管壁(8)的局部区域冲制出具有通道(7)的开孔(13)；
-将管子(2)***到开孔(13)中；以及
-流体密封地连接所述管子(2)和所述通道(7)；
其特征在于，在冲孔之前先使至少一个集流管(3)的管壁(8)在局部区域(20)上延伸成突起部(27)，以使所述通道(7)的厚度(16)小于延伸之前所述集流管(3)在局部区域(20)上的管壁(8)的厚度(17)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述通道这样延伸，即，所述通道(7)从底部(9)上的起点直到所述通道(7)的尖部(15)的厚度(16)至少为所述集流管(3)的管壁(8)的厚度(17)、特别是所述集流管在开孔(13)区域上的管壁厚度的10％，其中，所述通道(7)的尖部(15)的长度至少为所述集流管(3)的管壁(8)的厚度、特别是所述集流管在开孔(13)区域上的管壁厚度的10％。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述至少一个集流管(3)在局部区域(20)上的管壁(8)的延伸在冲孔之前于一个独立的加工步骤中进行。
9.根据权利要求6至8中任意一项或多项所述的方法，其特征在于，所述至少一个集流管(3)在局部区域(20)上的管壁(8)的延伸通过采用其它工具作为冲孔加工而实现，和/或从管壁(8)上例如通过冲压处理而没有材料掉落。
10.一种换热器(1)，特别指用于机动车的换热器(1)，包括：
-多个管子(2)；
-至少一个集流管(3)，所述集流管具有开孔(13)，在所述开孔上设有管子(2)，所述管子(2)的末端(11)区域局部设置在所述开孔中，所述管子与所述开孔(13)流体密封地连接，其中，所述集流管(3)包括底部(9)和盒体(10)，并且所述开孔(13)形成在所述底部(9)上，所述盒体(10)的末端容置在形成于所述底部(9)上的沟槽(21)中，使所述盒体(10)与所述底部(9)相连接；
-至少一个用于流体输入的导入口(5)；以及
-至少一个用于流体输出的导出口(6)；
其特征在于，所述沟槽(21)的外侧和所述管子(2)的外侧之间、特别是密封件(12)和管子(2)的管轴(31)之间具有材料配合的连接部。
11.根据权利要求10所述的换热器，其特征在于，所述材料配合的连接部(22)为焊接部和/或粘接部(23)。
12.根据权利要求10或11所述的换热器，其特征在于，所述沟槽(21)的外侧在所述材料配合的连接部(22)的区域中大体上平行于所述管子(2)的外侧而设置。
13.根据权利要求10至12中任意一项或多项所述的换热器，其特征在于，在所述开孔(13)的轴向上形成优选为环形的通道(7)，其中，所述管子(2)以管子(2)的末端(11)区域设置在所述通道(7)上，并且在所述通道(7)和所述管子(2)之间具有流体密封的连接部。
14.根据权利要求10至13中任意一项或多项所述的换热器，其特征在于，所述换热器(1)根据权利要求1至5中任意一项或多项所述的至少一个特征而构成。
15.一种机动车空调，其特征在于，所述机动车空调包括根据权利要求1至5和/或10至14中任意一项或多项所述的换热器。
CN2009801219901A 2008-06-10 2009-05-29 换热器 Pending CN102057245A (zh)

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