在集管拐角处具有固定紧固件的热交换器的制作方法

1.本发明涉及热交换器领域，更具体地说，涉及将热交换芯与用于通过热交换芯的流体的入口和/或出口集管箱固定在一起的领域。


背景技术：

2.热交换器，例如增压空气冷却器，通常包括热交换芯，该热交换芯包括第一传热流体在其中流通的管或板的集合。热交换器还包括用于第二传热流体的入口或出口集管箱，在这种情况下，增压空气来自涡轮增压器。入口或出口集管箱固定到热交换芯上，使得第二传热流体在管或板之间流通，并且能够与第一传热流体交换热能。
3.在制造热交换器的过程中，集管箱通常使用紧固构件固定到热交换芯上。该紧固构件可以包括金属边缘，该金属边缘围绕热交换芯的周边延伸，并且包括上壁，该上壁通过压接工具折叠到集管箱上。
4.然而，申请人已经观察到，热交换芯由于来自涡轮增压器的空气的力而经受的反复压力循环可能导致集管箱膨胀，并且可能损坏上壁，特别是热交换芯拐角附近的壁。施加在热交换芯上的这种压力可能最终导致拐角附近的部分上壁破裂，削弱入口或出口集管箱到热交换芯的固定，并因此导致泄漏。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是通过设想一种装置来克服上述缺点，该装置用于在集管箱拐角附近的上壁破裂的情况下确保入口或出口集管箱的保持。
6.因此，本发明涉及一种热交换器，包括：
[0007]-热交换芯，第一流体和第二流体在其中流通；
[0008]-至少一个集管箱，被构造为从热交换芯输送第二流体或将第二流体输送到热交换芯，所述集管箱包括朝向所述集管箱的外侧取向的至少一个肩部，并且所述集管箱包括至少一个集管箱拐角；
[0009]-至少一个紧固构件，用于紧固集管箱，且至少部分地位于热交换芯的周边处，并且包括由基壁和侧向壁限定的至少一个周边凹槽，并且集管箱的肩部至少部分地容纳在该至少一个周边凹槽中，所述紧固构件包括：
[0010]
直线部分，其侧向壁部分地由与集管箱的肩部接触的至少一个上壁延伸；
[0011]
至少一个拐角部分，面向集管箱的拐角；
[0012]
其特征在于，拐角部分的一部分面向肩部的与紧固构件的凹槽相对的上部面，并且与该上部面相距非零距离，从而在拐角部分和肩部的上部面之间留下空间。
[0013]
热交换器是一种允许两种流体在没有混合的情况下进行热能交换的设备。在本发明的上下文中，该热交换器例如可以是增压空气冷却器，其目的是在来自涡轮增压器的空气进入内燃发动机之前冷却该空气。然而，本发明并不仅限于这种类型的交换器。因此，热交换器包括将离开涡轮增压器的空气导向热交换芯的入口集管箱，以及将离开热交换芯的
空气导向内燃发动机的出口集管箱。为了将入口集管箱和出口集管箱固定到热交换芯上，紧固构件围绕热交换芯的周边布置，使得紧固构件的侧向壁遵循热交换芯的轮廓。
[0014]
紧固构件则包括上壁，特别是形成为齿的上壁，该上壁在直线部分上延伸侧向壁，并允许集管箱压接到热交换芯上。
[0015]
拐角部分的侧向壁有利地由拐角壁延伸。然后，拐角壁在直线部分的侧向壁的上壁的延续部中延伸。换句话说，拐角壁在两个上壁之间延伸，从而将它们连接起来。
[0016]
为了在上壁变形或破裂的情况下使集管箱的固定更加牢固，固定构件的拐角部分被压接到集管箱的拐角的肩部，使得拐角部分的一部分面对肩部的上部面。更具体地说，一旦拐角部分被压接，拐角部分的拐角壁面向肩部的上部面。换句话说，拐角部分充当固定构件，使得在相邻上壁变形或破裂的情况下，也就是说，位于紧固构件的直线侧面上的压接齿变形或破裂的情况下，集管箱抵靠热交换芯的保持更加牢固。特别地，拐角部分防止裂纹从拐角处开始，该裂纹随后可能扩展到整个紧固构件。
[0017]
因此，在拐角部分和肩部的上部面之间留下的空间可以避免或至少减少拐角部分上的机械应力，特别是拐角壁上的机械应力，从而在相邻的上壁变形或破裂的情况下，后者不会在上游被削弱。它还可以避免引发应力，该应力会导致紧固构件的其余部分变形和/或断裂。
[0018]
根据本发明的一个特征，在侧向壁的上壁变形的情况下，拐角部分的面向肩部的上部面定位的部分是抵靠上部面的抵接部。换句话说，在邻近拐角部分的上壁破裂或变形的情况下，面向上部面的拐角部分能够将集管箱的拐角保持在热交换芯上和/或避免可能导致裂纹和/或未压接的应力的产生。
[0019]
根据本发明的一个特征，紧固构件的直线部分包括定位在距肩部的自由端部第一高度处的压接弯曲部，拐角部分包括定位在距肩部的自由端部第二高度处的压接拐角边缘。
[0020]
第一高度和第二高度沿着平行于热交换器的竖直方向的直线测量。应当理解，第一高度和第二高度因此是沿着彼此平行的直线测量的。
[0021]
根据本发明的一个特征，集管箱包括至少一个侧向边缘和集管箱拐角，肩部的侧向边缘由在肩部的自由端部和肩部的上部面之间测量的第一厚度限定，集管箱拐角由在肩部的自由端部和肩部的上部面之间平行于第一厚度测量的第二厚度限定，第二厚度严格小于第一厚度。
[0022]
第一厚度和第二厚度沿着平行于热交换器的竖直方向的直线测量。此外，优选沿着肩部的接触面测量厚度。肩部的接触面尤其对应于紧固构件的侧向壁所处的面。
[0023]
因为集管箱拐角的厚度小于侧向边缘的厚度，可以理解，在拐角壁和肩部的上部面之间留有空间，该空间对应于集管箱的侧向边缘和拐角之间的厚度差。
[0024]
根据本发明的一个特征，压接弯曲部的第一高度严格小于压接拐角边缘的第二高度。
[0025]
该特征使得可以在拐角壁和肩部的上部面之间产生空间。特别地，该特征可以单独考虑，或者与关于集管箱的侧向边缘和拐角的厚度的前述特征结合考虑。具体而言，集管箱的拐角的第二厚度小于肩部的侧向边缘的第一厚度，结合大于弯曲第一高度的弯曲第二高度，使得可以产生比上述特征彼此独立考虑时更大的空间。
[0026]
替代地，压接弯曲部的第一高度等于压接拐角边缘的第二高度。
[0027]
应该理解的是，仅当结合上述关于集管箱的拐角的第二厚度小于肩部的侧向边缘的第一厚度的特征考虑时，该特征才使得可以在拐角壁和上部面之间产生空间。
[0028]
根据本发明的一个特征，拐角部分包括折叠壁，紧固构件的直线部分在基壁和侧向壁的上壁的自由端部之间测量的第一距离上延伸，拐角部分在基壁和拐角部分的折叠壁的自由端部之间平行于第一距离测量的第二距离上延伸，第二距离严格大于第一距离。
[0029]
有利的是，第一距离和第二距离沿着平行于热交换器的竖直方向的直线测量。折叠壁从拐角壁平行延伸，并且尤其有助于确保拐角部分的第二距离大于直线部的第一距离。
[0030]
考虑本发明的该特征与前述关于压接拐角边缘的第二高度大于压接弯曲部的第一高度的特征相结合是合适的。这两个特征的结合尤其使得可以在肩部的上部面和拐角部分、更具体地说与折叠壁之间产生空间。
[0031]
替代地，本发明的这个特征可以结合前面的特征来考虑，由此集管箱的拐角的第二厚度小于肩部的侧向边缘的第一厚度，并且压接弯曲部的第一高度等于压接拐角边缘的第二高度。这三个特征使得可以在肩部的上部面和拐角部分之间产生空间，特别是对于这种组合，在肩部的上部面和拐角壁之间产生空间。
[0032]
这些特征的所有组合的共同优点是，折叠壁能够产生面向肩部的上部面的较大面积的拐角部分。因此，在侧向壁的上壁变形的情况下，折叠壁提供了抵靠肩部的上部面的更大抵接面积。
[0033]
根据本发明的一个特征，拐角部分包括：至少一个变形部分，该至少一个变形部分与肩部的上部面对准(in line with)并且与肩部的上部面相距非零距离；以及邻近变形部分的至少一个翼部。
[0034]
变形部分可以例如通过压接、使用锤子和冲头或者使用压力机来产生。然后，该翼部对应于紧邻变形部分的部分，该部分被升高。换句话说，翼部对应于拐角部分的一部分，该部分没有压接到肩部的上部面上。
[0035]
根据本发明的一个特征，紧固构件被焊到热交换芯的周边。更具体地，紧固构件的凹槽壁可以焊到热交换芯的周边。焊接尤其将紧固构件牢固地固定到热交换芯上，这对于集管箱在热交换芯上的最佳保持是必要的。
[0036]
根据本发明的一个特征，紧固构件可以包括集管板，该集管板设置有槽，热交换芯的管通向槽。
附图说明
[0037]
通过阅读下面的描述，以及通过以非限制性的方式给出的多个示例性实施例，并参考所附的示意图，本发明的其他特征、细节和优点将变得更加明显，在附图中：
[0038]
图1是根据本发明的热交换器的透视总体布置图；
[0039]
图2是夹持在热交换器的入口或出口集管箱的侧向边缘的肩部上的紧固构件沿第一平面a的剖视图；
[0040]
图3是热交换器的一个集管箱的集管箱拐角的特写视图；
[0041]
图4是根据本发明第一实施例的紧固构件的透视总体布置图；
[0042]
图5是位于图3的集管箱拐角上的图4的紧固构件沿第二平面b的剖视图；
[0043]
图6是根据本发明第二实施例的图4的紧固构件的压接沿第二平面b的剖视图；
[0044]
图7是根据本发明第三实施例的紧固构件的透视图；
[0045]
图8是在压接之前，定位在一个集管箱的集管箱拐角上的图7的紧固构件沿第二平面b的剖视图；
[0046]
图9是在压接之后，定位在一个集管箱的集管箱拐角上的图7的紧固构件沿第二平面b的剖视图。
具体实施方式
[0047]
本发明的各个特征、变型和不同实施例可以以各种组合彼此组合，只要它们不相互不兼容或不相互排斥即可。特别地可以设想本发明的变型，其仅包括以下所描述特征的选集，而没有所描述的其他特征，如果特征的所述选集足以赋予本发明技术优势或使本发明与现有技术区分开。
[0048]
图1示出了包括本发明的热交换器1。热交换器1，在这种情况下是增压空气冷却器，由热交换芯2、进气歧管10和至少一个紧固构件3组成。热交换芯2由采用四边形形状的周壁6构成，因此包括四个交换芯拐角8。热交换芯2包括几个管或一组板(不可见)，其中第一传热流体在用于所述第一热交换流体(在这种情况下为液体)的入口导管62和出口导管63之间流通。
[0049]
热交换器1还包括用于第二传热流体(例如增压空气流)的入口集管箱14和出口集管箱12。
[0050]
入口集管箱14位于热交换芯2的第一面4a上。出口集管箱12位于热交换芯2的第二面4b上，第二面4b沿着热交换器1的竖直方向v与热交换芯2的第一面4a相对。入口集管箱14和出口集管箱12具有四边形形状，其四个侧向边缘28面向热交换芯2的周壁6。入口集管箱14和出口集管箱12还包括四个集管箱拐角26，其面向热交换芯2的四个交换器芯拐角8定位。
[0051]
入口管道61连接到入口集管箱14，以将空气引向同一入口集管箱14。在热交换器1的竖直方向v上，在入口集管箱14的相对侧，进气歧管10定位成覆盖出口集管箱12。进气歧管10具有通过四个入口导管101将空气流分配到内燃发动机的燃烧室的功能。进气歧管10还包括固定接口102，固定接口允许其固定到机动车辆的发动机或承载其他部件。出口集管箱12和进气歧管10可以采取两个不同部件的形式，或者可以形成一个相同的单一部件。
[0052]
第一紧固构件3a围绕热交换芯2的第一面4a的周边布置，使得其遵循热交换芯2的周壁6和交换芯拐角8的轮廓。以同样的方式，第二紧固构件3b围绕热交换芯2的第二面4b的周边布置，使得其遵循热交换芯2的周壁6和交换芯拐角8的轮廓。第一紧固构件3a和第二紧固构件3b具有将入口集管箱14和出口集管箱12分别保持在热交换芯2上的目的，特别是当空气流通过它时。
[0053]
在本说明书的其余部分中，当所解释的特征对第一紧固构件3a和第二紧固构件3b来说是共用的时，这两个紧固构件将被归入在紧固构件3的术语下。当所描述的特征不优先适用于集管箱12、14中的任一个时，入口集管箱14和出口集管箱12将同样被归入集管箱12、14的术语下。
[0054]
图2示出了沿热交换芯2的周壁6和集管箱12、14的侧向边缘28中的一个布置的紧固构件3在图1中可见的第一平面a上的剖视图。
[0055]
热交换芯2的集管箱12、14包括朝向所述集管箱12、14外侧取向的肩部16。肩部16因此包括位于集管箱12、14外侧的自由端部161，形成支承区域18。肩部16还包括上部面22，该上部面22在热交换器1的竖直方向上与支承区域18相对。在支承区域18和上部面22之间，接触面24在热交换器1的竖直方向上延伸，并指向集管箱12、14的外侧。
[0056]
因此，紧固构件3沿着热交换芯2的周边定位，使得其在侧向边缘28处夹持集管箱12、14的肩部16。
[0057]
紧固构件3包括面向接触面24的侧向壁30。因此，侧向壁30一方面由基壁34延伸，随后由凹槽壁36延伸，使得这些壁围绕肩部16的支撑区域18形成凹槽39。因此，基壁34是与支承区域18对准的壁，而槽壁36是在肩部16和热交换芯2之间延伸的壁。凹槽壁36则可以固定到热交换芯2，特别是通过焊接或钎焊(brazing)。
[0058]
另一方面，侧向壁30通过至少一个上壁32延伸，上壁32定位成与肩部16的上部面22接触。上壁32的压接形成第一弯曲部50a，对应于侧向壁30和上壁32之间的曲率。然后定义第一高度h1，其从肩部16的自由端部161沿着平行于热交换芯2的周壁6的直线测量，并且对应于直线部分31的上壁32的第一弯曲部50a的高度。
[0059]
根据本发明，上壁32的第一弯曲部50a的第一高度h1允许后者与肩部16的上部面22接触。这种接触尤其提供了集管箱12、14在热交换芯2上的最佳保持。
[0060]
垫圈20可以容纳在支承区域18和基壁34之间。垫圈20提供了集管箱12、14相对于热交换芯2的固定的密封。当集管箱12、14固定在热交换芯2中时，垫圈20在支承区域18和基壁34之间被压缩。根据一个未示出的示例性实施例，垫圈20可以直接结合到肩部16的支承区域18中。
[0061]
从这些前述特征可以理解，紧固构件3被夹在集管箱12、14的侧向边缘28的肩部16周围。当空气流到达热交换器时，集管箱12、14可以朝向热交换芯2的外侧竖直地移位。因此，已经注意到，由于来自涡轮压缩机的压力而引起的集管箱12、14的移位导致机械应力集中在紧固构件3上，特别是在集管箱拐角处。这种应力集中最终会削弱或甚至使位于集管箱拐角的任一侧的上壁32变形。因此，根据三个实施例，申请人已经开发了用于使集管箱拐角更加牢固的系统，并且该系统将在详细描述的剩余部分中阐述。
[0062]
因此，应当认为，图2中列出的直线部分31的所有特征，特别是上壁32和肩部16的上部面22之间的接触，适用于下文中列出的所有实施例。
[0063]
为了阐述本发明的第一实施例，将联合描述图3、图4和图5。图3示出了集管箱12、14的集管箱拐角26之一的特写视图。图4示出了根据第一实施例的紧固构件3，且是在该紧固构件3被压接到集管箱12、14的肩部16上之前。图5是在图1中可见的第二平面b上的剖视图，示出了图4的紧固构件3在图3的集管箱12、14的集管箱拐角26上的组装。
[0064]
集管箱12、14的肩部16的侧向边缘28具有第一厚度t1，该第一厚度是沿着平行于热交换器的竖直方向v的直线并沿着肩部16的自由端部161和其上部面22之间的接触面24测量的。
[0065]
根据本发明第一实施例的一个特征，集管箱12、14的集管箱拐角26具有第二厚度t2，该第二厚度沿平行于热交换器的竖直方向v的直线并沿肩部16的自由端部161与其上部
面22之间的接触面24测量。根据本发明第一实施例的一个特征，第二厚度t2严格小于肩部16的侧向边缘28的第一厚度t1。
[0066]
在图4中尤其可见的紧固构件3具有由侧向壁30限定的四边形形状。因此，紧固构件3包括四个直线部分31和四个角部，它们将被称为拐角部分40。因此，应当理解，四个拐角部分40符合热交换芯2的交换器芯拐角8和集管箱12、14的集管箱拐角26的形状。
[0067]
至少在拐角部分40中的一个处，侧向壁30的由拐角壁44延伸。因此，拐角壁44平行于拐角部分40的侧向壁30并从该侧向壁30开始延伸。它还构成了两个上壁32的延续部分，这两个上壁32位于拐角部分40的每一侧，以便它连接这些壁。
[0068]
紧固构件3可以有利地包括从紧固构件3的基壁34延伸的齿38。齿38的目的是加强紧固构件3和至少周壁6之间的连接。
[0069]
一旦定位在集管箱12、14的肩部16周围，拐角壁44压接到集管箱拐角26的肩部16的上部面22上，如图5所示。
[0070]
然后，拐角壁44的压接形成变形部分52，对应于已经施加了用于压接的机械压力的区域。然后，拐角壁44的压接形成在第二高度h2处形成的压接拐角边缘50b。第二高度h2从肩部16的自由端部161沿着平行于热交换芯2的周壁6的直线测量，并且对应于拐角部分40的拐角壁44的压接拐角边缘50b的高度。
[0071]
根据本发明第一实施例的一个特征，图2中详述的上壁32的第一高度和拐角壁44的第二高度h2是相同的。因此，应当理解，在该实施例中，上壁32和拐角壁44的压接被执行到相同的高度。
[0072]
根据本发明的第一实施例，变形部分52距离上部面22非零距离，从而在变形部分52和上部面22之间产生空间54。因此，应当理解，该空间54是由于集管箱拐角26的第二厚度t2小于肩部16的侧向边缘28的第一厚度t1的事实而产生的，因为压接弯曲部的第一高度和压接拐角边缘50b的第二高度h2在整个紧固构件3上是相同的。
[0073]
拐角壁44的压接在变形部分52的任一侧形成至少一个翼部48。该翼部48对应于紧邻变形部分52的部分，并且该部分被升高。应当理解，翼部48是由集管箱拐角26的非直线形状引起的，这防止了拐角壁44完全折叠到肩部16上。在所示的例子中，产生了两个翼部48，变形部分52的每一侧各有一个翼部。
[0074]
在热交换器的使用过程中，在集管箱12、14中流通的流所施加的压力会带来提升该箱的风险。拐角壁44的压接使得在邻近集管箱角部26的上壁32变形或破裂的情况下，集管箱12、14在热交换芯2上的保持更加牢固，特别是通过充当抵接部。因此，应当理解，在这种情况下，空间54将消失，因为上部面22将抵接变形部分52。
[0075]
现在将结合图6描述紧固构件3的第二实施例。应当认为，在本说明书的其余部分中，将仅描述第一实施例的紧固构件3和第二实施例的紧固构件3之间不同的特征。在特征相同的情况下，应参考图3至图5。同样，图2中所述的直线部分的特征适用于紧固构件3的第二实施例。
[0076]
图6是本发明第二实施例在图1中可见的第二平面b上的剖视图。与上文阐述的本发明的第一实施例相比，一个不同之处在于集管箱拐角26的第二厚度t2与集管箱12、14的肩部的侧向边缘的第一厚度相同。同样，在该第二实施例中，紧固构件3与第一实施例的紧固构件3相同，并且在图4中可见。
[0077]
因此，拐角壁44压接到集管箱12、14的肩部16上，并形成变形部分52，该变形部分52定位成离开集管箱拐角26的肩部16的上部面22非零距离。然后，拐角壁44的压接在第二高度h2处形成压接拐角边缘50b。该第二实施例中的弯曲第二高度h2严格大于上壁的压接弯曲部的第一高度。该特征使得能够产生空间54，因为肩部16的厚度在整个集管箱12、14上是恒定的。
[0078]
现在将结合图7描述本发明的第三实施例。图8和图9分别示出了图7的紧固构件3压接到集管箱12、14的拐角26的肩部16上之前和之后在图1中可见的第二平面b上的剖视图。与第二实施例一样，图2中阐述的直线部分的特征适用于紧固构件3的第三实施例。
[0079]
图7的紧固构件3具有图4所示紧固构件的特征，还具有折叠壁46。本发明第三实施例的折叠壁46平行于紧固构件3的拐角部分40的拐角壁44延伸。在图7所示的例子中，紧固构件3在其四个拐角部分40上包括四个折叠壁46。
[0080]
限定了第二距离d2，该第二距离对应于拐角部分40在其上延伸的距离，其从基壁34沿着平行于热交换器的竖直方向v的直线测量并直到折叠壁46的自由端部461。限定了第一距离d1，该第一距离对应于紧固构件3的直线部分31在其上延伸的距离，其从基壁34沿着平行于热交换器的竖直方向v的直线测量并直到上壁32中的一个的自由端部321。因此，根据该第三实施例的一个特征，第二距离d2严格大于第一距离d1。因此，应当理解，折叠壁46使得可以产生大于第一距离d1的第二距离d2。
[0081]
仍然根据该第三实施例，并且根据与第二实施例相同的特征，肩部16的侧向边缘的第一厚度和集管箱拐角26的第二厚度t2是相同的。
[0082]
如图8所示，一旦紧固构件3已经定位在热交换芯2的周边上，拐角壁44可以至少部分地与肩部16的接触面24接触。折叠壁46至少部分不与集管箱12、14的肩部16接触。
[0083]
一旦紧固构件3已经定位在集管箱12、14的肩部16上，折叠壁46被压接到集管箱12、14的集管箱拐角26的肩部16上，并形成图9中可见的变形部分。压接还形成位于第二高度h2处的压接拐角边缘50b。
[0084]
根据本发明第三实施例的一个特征，如同第二实施例一样，第二高度h2严格大于紧固构件3的上壁的压接弯曲部的第一高度。
[0085]
根据与前述实施例相同的特征，变形部分52面向肩部16的上部面22，并且与肩部16的上部面22相距非零距离，从而留下空间54。因此，由于第二高度h2大于上壁的第一高度的事实，如第二实施例中那样产生空间54。
[0086]
第三实施例相对于第二实施例的一个优点是，它提供了面向肩部16的变形部分52的更大面积。具体而言，压接拐角边缘50b位于第二高度h2，该第二高度大于第一高度h1，但是与第二实施例不同，拐角部分40的折叠壁46使得能够保持变形部分42的更大面积，从而保持抵靠肩部的更大抵接面积。在相邻上壁中的一个变形或破裂的情况下，这种更大的抵接面积增加了集管箱12、14的机械强度。
[0087]
当然，本发明不限于刚刚描述的例子，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些例子进行许多修改。特别地，所描述的三个实施例可以组合，只要这些组合在肩部的上部面和拐角部分的变形部分之间产生空间。
[0088]
刚刚描述的本发明清楚地实现了其设定的目标，并且提供了一种使入口集管箱和/或出口集管箱到热交换芯的固定更牢固的方法，特别是在集管箱拐角处。这里没有描述
的变型可以在不脱离本发明的上下文的情况下实现，只要根据本发明，它们包括根据本发明的方面的固定装置。