专利名称：用于汽车的增压空气冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车的热交换器，特别是用于商用车的增压空气冷却器。
背景技术：
当今汽车上所使用的热交换器如增压空气冷却器，通常具有一个钎接的热交换器芯体，该芯体由扁平管、波浪形翅片以及用来固定管端的管板构成。集流箱如所谓的空气箱被安装在管板上并与它密封连接。在商用车中集流箱常常是由塑料制成，并与管板机械连接，如扩口连接(Brdelverbindung)，并带有橡胶密封圈。部分集流箱也可由铸铝箱(Aluminiumgussksten)构成，并与同样由铝材制成的管板焊接在一起。带有塑料空气箱的增压空气冷却器曾在DE-A 199 53 785和DE-A 199 53 787中被公开。在可预见的未来发展中，增压空气的温度会达到较高的水平，例如超过220摄氏度，这样，塑料空气箱将无法承受由压力和温度引起的应变，在这种情况下，空气箱需由金属材料如铸铝制成。铸造空气箱通过一种金属型铸造法(Kokillengussverfahren)制成，这种方法提供了多种的造型可能性，但成本非常高。
发明内容
本发明的目的是改善说明书开头所提及的热交换器，从而使集流箱能经受更高的温度和压力，同时又不明显地提高制造成本。
本发明的目的由具有权利要求1所述特征的热交换器实现。该热交换器，具有一个由带有管端的管子和布置在管子之间的翅片构成的热交换器芯体，以及至少一个布置在侧面的、用于输入或输出介质的集流箱，其中，至少一个集流箱具有一个带有用来固定管子端部的开口的管板、一个盖板和一个输入连接管或输出连接管，其特点是，集流箱至少部分地由一个金属半成品通过内高压成形制成。按照本发明，集流箱的至少一部分由一个金属半成品通过内高压成形(IHU)制成。通过使用一个金属半成品从而可以控制由温度和压力造成的应变。另外，这里不再使用高成本的金属型铸造法，而是采用低成本的IHU法来对一个成本低的半成品进行加工成形。
内高压成形法，又称为IHU法，已广为人知，例如，在DE-A 102 04 107中就被用于一种废气热交换器的金属壳体通过IHU在壳体中形成一个膨胀凹槽。在又被称为液压成形(Hydroformen)的IHU法中，封闭的壳体部件被一种液态的压力介质(水)“充胀”。先将待加工变形的部件放入到具有相应轮廓的模具中，然后从内部通过加压液体对它施压，使壳体材料与模具的轮廓紧贴。
按照本发明的一个优选实施形式，只有盖板由一个半成品通过IHU法加工成形，并与传统的管板焊接。这种方法降低了制造成本，特别是当轧制铝板作为盖板的半成品时，优点尤为明显。
在本发明的另一个优选实施形式中，盖板和管板可由一个半成品通过IHU法制成。由于管板和盖板由同一个半成品、优选由一个挤压成型的铝管制成，这样管板与盖板成为一个整体，进一步降低了成本。整个集流箱由管板和盖板构成，它的成形通过IHU法完成，通过这种方式，集流箱获得了众多的成形可能性。
按照本发明的另一个优选实施形式，整个集流箱由管板、盖板和连接管构成，它们作为一个整体由一个半成品通过IHU法制成。这里优选使用一个挤压成型的铝管半成品，为形成集流箱的连接管它首先被预弯曲，使连接管具有一个与空气箱其它部分不同的方向。然后，通过从外部压入，在这个圆形的半成品上形成一个纵向凹槽，也就是说它占据了集流箱的一部分长度，使集流箱从连接管到其相对端之间的横断面逐渐缩小。这种形状有利于介质在集流箱中的流动。另外，通过集流箱的这种扁平化改善了汽车中的安装条件。最终形状通过IHU形成，即从内部通过高压使半成品的材料紧贴在模具的轮廓上。按照本发明制成的集流箱的优点在于，由半成品材料和闭合的横断面带来的高耐热性和高抗内压强度，以及低成本的IHU法所带来的低制造成本。
具有优点的是，位于端部的连接管形成集流箱的延长部分。在一个改型中，在集流箱的侧面布置，特别是在集流箱上焊接或钎接一个连接管，取代端部的连接管或作为端部连接管的补充。
按照本发明的一个优选实施形式，与连接管相对的端面被一个盖板钎焊封闭。这样就形成一个密封和耐压的连接，并实现集流箱的闭合。
按照另一个优选实施形式，连接管成为集流箱的延长部分和/或覆盖住集流箱的一个端面。
按照本发明的另一个优选实施形式，集流箱管板上的开口即所谓的翻边孔通过冲孔形成，也就是说，特别是如DE-A 195 32 860中所述，通过在液力内高压的反作用下的冲孔形成。由于液力内高压既用于集流箱的成形也用于翻边孔的制作，并且同时可使用相同的设备，所以这种方法具有制造工艺适用范围广的优点。它降低了制造成本并还有具有无切屑成形的优点。
按照一个具有优点的改型，可对管板进行预冲孔然后进行翻边从而制成管板上的开口，在这一过程中，翻边制作优选地在受到液力内高压的情况下进行。这样也降低了制造成本并具有无切屑成形的优点。
集流箱的壁厚优选为2mm至5mm，特别优选为3mm至4mm。尤其是通过这种结构可提高热交换器的压力稳定性，而不会明显增加制造成本。
按照优选的实施形式，管板带有一个曲率，和/或集流箱具有一个特别是连续无分级的和/或无拐点的横断面。这样，在受到压力加载时集流箱的变形较小并提高了它的压力稳定性。管板的曲率半径优选为100mm到400mm，特别优选为200mm到300mm。在到盖板的过渡区域中，从横断面来看，管板的曲率半径优选为5mm到20mm，特别优选为10mm到15mm。当一个或多个参数处于上述范围内时，本发明中的热交换器就具有特别高的压力稳定性。
下面通过实施例和附图对发明进行详细说明。其中，图1中为本发明所述的增压空气冷却器，图2为图1中所示的增压空气冷却器的一角的局部图，图3为图1和2中所示的增压空气冷却器的空气箱的第一个横断面图，图4为这个空气箱的第二个横断面图。
具体实施例方式
图1中为一个根据发明的增压空气冷却器1，它由一个热交换器芯体2和布置在两侧的空气箱3、4构成。热交换器芯体2由扁平管5和布置在扁平管之间并被周围空气流过的波形翅片组成。管5接入到空气箱3、4中并与它们以及波形翅片6钎接在一起。所有部件如管5、波形翅片6和空气箱3、4由铝合金制成。每个空气箱是一个单一的整体，并分成三段(以空气箱4为例)，即连接管7、圆筒状部分8(非圆柱体)和锥状或逐渐变平的、带有一个沿空气箱4的纵向延伸的纵向凹槽10的部分9。连接管7具有一个与笔直的空气箱部分8完全对中并相连的直筒部分7a，和一个弯曲大约90°到120°的弯曲部分7b。空气箱3与空气箱4成镜像对称并带有一个增压空气输入连接管11。在一个图中未示的汽车压缩机中被压缩且温度升高的增压空气，从输入连接管11进入，并通过空气箱3分配，然后沿一定方向穿过热交换器芯体2或它之中的管子5到达位于对面的空气箱4，从那里通过输出连接管7输出。由于在这里增压空气冷却器1在结构上为对称，流动方向同样可以颠倒，即从连接管7进入并从连接管11输出。按照前面所引用的现有技术，增压空气冷却器1布置在前面的发动机舱中，经常作为冷却模块的一部分。
图2中是图1中所示增压空气冷却器1的一个角，图中有空气箱4以及与它接通的管5。热交换器芯体2在侧面被一个侧板12封闭。空气箱4具有一个端面13，它被一个钎接的盖板14封闭。在端面13上可以清楚地看到纵向凹槽10的轮廓。
图3为沿图1中III-III线且一个管5所在区域的空气箱4的横断面图，在图中管5被省略。空气箱4由一个闭合的管即一个挤压成型的铝管半成品制成，因此它具有一个闭合的、单一横断面15。横断面15由一个略微向外拱曲的管板区15a、两个大致与前者垂直的箱壁区15b、15c和一个与管板区15a相对、由凹槽10形成的凹槽区15d构成。箱壁区15b、15c和与它们相连的凹槽区15d形成了空气箱4的“盖板”，管板区15a形成了“管板”。因此管板和盖板成为一个整体，共同形成了空气箱4。在略微拱曲的管板15a中有一个狭长的开口16，它的横断面与钎接在开口中的管5的横断面或其管端相同。横断面15具有一个横断面积17。
图4为沿图1中的IV-IV线穿过空气箱4的圆筒形部分8的另一个横断面图。空气箱4圆筒形部分8具有一个闭合的横断面18，它由一个略微拱曲的管板区18a和一个部分成拱曲、部分为直线的盖板区18b构成。在管板区18a有一个狭长的开口19(翻边孔)用于固定一个图中未示的管。从横断面18可以看出盖板和管板合为一体。当然，在出于安装原因取消了逐渐变平的部分9(见图1)的情况下，空气箱4在它的整个长度范围内都具有一个横断面18，即具有一个恒定的横断面。
空气箱4和空气箱3按以下方法制成原始材料是一个铝管半成品，它的壁厚可以承受增压空气冷却器所经受的压力和温度。挤压成形的管子半成品具有一个圆形的横断面。首先将它定尺寸剪切(按一定长度剪断)，然后预先弯出连接管(7、11)，也就是说在这个工序中连接管获得其弯曲半径和方向。之后将管放入到一个装置中，通过一个图中未示的楔形模具从外部预先在管上压出纵向凹槽10的最终形状。接着将管放入到内高压成形的模具中，通过加载内高压使管壁紧贴在模具的内部轮廓上。这样就得到了空气箱(4、3)的最终形状。如图1所示，纵向凹槽10的延伸长度只相当于空气箱4长度的一部分，但也可以在空气箱整个长度内延伸或比整个长度稍短一些。还是如图1所示，凹槽10呈锥形，也就是说，沿着空气箱4上与连接管7相对的一端的方向，凹槽的深度和宽度逐渐变大。纵向凹槽10的横断面如图3所示，它具有一个宽度B、一个深度T和一个图中用灰色表示的横断面积10a。横断面积10a沿着以连接管7为起点的方向逐渐变大，即空气箱4的横断面积17随着距离作为进口或出口的连接管7越来越远而逐渐变小，与之相反的是，空气箱4的周长基本保持不变或最多增加10％到15％。横断面的逐渐变小与空气箱中流动条件相适应，因为流向连接管的增压空气流量基于扁平管的分布而逐渐增加。空气箱4在逐渐变平的部分9所具有的斜面也是出于安装的原因，因为这样可以节省这个区域的空间。
空气箱4的管板15上的开口18(见图3)可优选地通过冲孔制成，在这里，在横断面的内部区域，用液力内高压取代了凹模。这种在管上制成翻边孔的方法已在DE-A 195 32 860中公开。它具有无切屑加工的优点。另外还可以利用在空气箱3、4的内高压成形中所使用的相同设备。
权利要求
1.热交换器，用于包括商用车的汽车的增压空气冷却器，具有一个由带有管端的管子(5)和布置在管子(5)之间的翅片(6)构成的热交换器芯体(2)，以及至少一个布置在侧面的、用于输入或输出介质的集流箱(3、4)，其中，至少一个集流箱(3、4)具有一个带有用来固定管子端部的开口的管板、一个盖板和一个输入连接管或输出连接管(7、11)，其特征在于，集流箱(3、4)至少部分地由一个金属半成品通过内高压成形(IHU)制成。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，只有盖板通过IHU制成并与管板焊接。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，半成品为一块轧制铝板。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，只有盖板和管板作为一个整体由一个半成品通过IHU制成，并与连接管(7、11)通过包括焊接或钎接的材料结合的形式连接在一起。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，管板、盖板和连接管作为一个整体通过IHU制成。
6.根据权利要求4或5所述的热交换器，其特征在于，半成品为一个挤压成形的铝管。
7.根据权利要求5或6所述的热交换器，其特征在于，连接管(7、11)在IHU工序前被预弯曲。
8.根据权利要求4至7中之一所述的热交换器，其特征在于，集流箱(4)的盖板的一部分(9)具有一个通过从外部压入和/或内部的IHU制成的纵向凹槽(10)。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于，纵向凹槽(10)呈锥形，它所具有的横断面积(10a)沿从连接管(7)开始的方向逐渐变大，而集流箱(4)的横断面积(17)则逐渐变小。
10.根据权利要求1到9中之一所述的热交换器，其特征在于，在IHU工序之后，集流箱(4)具有至少一个敞开的端面(13)，该端面由一个盖板(14)钎焊封闭。
11.根据权利要求4到10中之一所述的热交换器，其特征在于，管板(15)的开口通过冲孔制成，特别是在面对液力内高压作用的情况下通过冲孔制成。
12.根据权利要求4到10中的之一所述的热交换器，其特征在于，管板(15)的开口在IHU和/或制翻边孔之前、以及在面对液力内高压作用情况下制翻边孔之前通过预冲孔制成。
13.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，集流箱所具有的至少一部分、优选为绝大部分的壁厚大于2mm，特别是大于3mm。
14.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，集流箱所具有的至少一部分、优选为绝大部分的壁厚小于5mm，特别是小于4mm。
15.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，管板具有一个曲率，其中至少一部分、优选为绝大部分的曲率所具有的曲率半径大于100mm，特别是大于200mm。
16.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，管板带有一个曲率，其中至少一部分、优选为绝大部分的曲率所具有的曲率半径小于400mm，特别是小于300mm。
17.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，管板在向盖板过渡的区域带有一个曲率，其中至少一部分、优选为绝大部分的曲率所具有的曲率半径大于5mm，特别是大于10mm。
18.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，管板在向盖板过渡的区域带有一个曲率，其中至少一部分、优选为绝大部分的曲率所具有的曲率半径小于20mm，特别是小于15mm。
19.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，集流箱的至少一部分、优选为绝大部分具有一个连续无分级的和/或无拐点的横断面。
20.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，连接管作为集流箱的延长部分并被弯曲。
21.根据前面权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，一个连接管布置在集流箱的侧面。
全文摘要
本发明涉及一种汽车热交换器，特别是用于商用车的热交换器，具有一个由带有管端的管子(5)和布置在管子(5)之间的翅片(6)构成的热交换器芯体(2)，以及布置在两侧的、由内高压成形的、用于输入或输出介质的集流箱(3，4)。所述集流箱(3，4)具有带有用来容置管子端部的开口的管板、盖板和输入连接管和输出连接管(7，11)。
文档编号F28F27/02GK1860341SQ200480028574
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年10月2日
发明者克劳斯·奥根施泰因, 卡斯滕·埃姆里希, 马丁·恩格尔哈特, 克劳斯·弗尔斯特, 佛朗哥·吉亚尼, 丹尼尔·亨德里克斯, 斯科特·赫罗欧, 赖因哈德·库尔, 安德烈·沙伊雷尔, 贝恩德·魏勒 申请人:贝洱两合公司