CN109425255A - 热交换器以及用于制造热交换器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器，包括由第一材料制成的第一组件(20)和由第二材料制成的第二组件(60)，其中，第一组件(20)和第二组件(60)分别具有边缘区域(22、62)，并且其中，第一组件(20)和第二组件(60)在其边缘区域(22、62)处以重叠的方式彼此抵靠并且结合在一起。至少第一组件(20)的边缘区域(22)由激光束(40)不可透过的材料构成，并且第一组件(20)的边缘区域(22)在外部与第二组件(60)的边缘区域(62)重叠并且通过直接接触抵靠第二组件的边缘区域，并且因此通过熔融粘结而结合。本发明还涉及一种用于制造热交换器的方法。

Description

热交换器以及用于制造热交换器的方法
技术领域
本发明涉及一种包括第一组件和第二组件的热交换器，其中第一组件和第二组件均具有边缘区域，并且其中第一组件和第二组件在其边缘区域处以重叠(overlapping)的方式彼此抵靠。本发明还涉及一种用于制造热交换器的方法。
背景技术
热交换器例如在机动车辆中使用，并且通常尤其包括作为第一组件的基本上由管、翅片或薄片以及端板形成的热交换器块，以及作为第二组件的收集和/或分配器箱或偏转箱。通常，热交换器块和收集和/或分配器箱或偏转箱通过夹紧连接或凸缘连接彼此机械地连接，并且可以设置用于热交换器块与收集和/或分配器箱或偏转箱之间的密封的橡胶密封件。通常，热交换器块由金属材料构成，诸如例如铝材料，并且收集和/或分配器箱或偏转箱由塑料构成。
从DE102012202886中已知一种热交换器，其中作为第一组件的热交换器块通过其端板与作为第二组件的收集箱机械地连接。这里的端板具有直立的边缘区域，该边缘区域包围收集箱的凸缘。边缘区域的边缘与邻接边缘的边缘区域的子区域一起在收集箱的凸缘上方弯曲，使得形成夹紧和凸缘连接。
从GB2138335中已知一种热交换器，其中作为第一组件的热交换器块与作为第二组件的收集箱机械地连接。这里的热交换器块具有直立的边缘区域，该直立的边缘区域包括与边缘区域的边缘间隔开的多个均匀布置的凹槽，并且包围收集箱的凸缘。边缘区域的边缘在一些区域和邻接边缘的边缘区域的子区域中分别在收集箱的凸缘上方弯曲或按压，使得形成夹紧或凸缘连接。
EP0128806公开了一种热交换器，其中作为第一组件的热交换器块与作为第二组件的收集箱机械地连接。这里的热交换器块具有直立的边缘区域，该直立边缘区域包括均匀地布置在边缘区域的边缘上并且从边缘突出的多个凸起或凸耳，并且包围收集箱的凸缘。从边缘区域的边缘突出的凸起或凸耳在收集箱的凸缘上方弯曲或按压，使得形成夹紧或凸缘连接。
从US4649628中已知一种热交换器，其中作为第一组件的热交换器块与作为第二组件的收集箱机械地连接。这里的热交换器块具有直立的边缘区域，该直立的边缘区域包括均匀地布置并且与边缘区域间隔开的多个凹槽，并且包围收集箱的凸缘。边缘区域的边缘在收集箱的凸缘和邻接边缘的边缘区域的子区域上方弯曲，使得形成夹紧和凸缘连接。
然而，在这些已知的热交换器中，由于这些已知的热交换器具有大尺寸，而不仅仅是因为夹紧或凸缘连接，所以要求在机动车辆中设置非常大的安装空间。由于机动车辆中的单元数量不断增加，因此可用于热交换器的空间进一步受到限制，同时需要高的热交换器容量，这又需要大的热交换器。然而，由于具有夹紧或凸缘连接的热交换器的通常构造，已知的热交换器的紧凑性受到限制。此外，已知的热交换器中的夹紧或凸缘连接是不牢固的并且材料消耗高。
从US7469741中已知一种由非金属材料制成的热交换器，其中各个组件通过激光束焊接彼此结合。热交换器块以及由相同的非金属材料构成的收集和/或分配器箱或偏转箱通过激光束焊接彼此结合。这里不需要夹紧或凸缘连接。
如果收集和/或分配器箱或偏转箱以及热交换器块由不同的材料制成(在所述的已知热交换器中，热交换器块通常由金属材料构成，诸如例如铝材料，而收集和/或分配器箱或偏转箱通常由塑料构成)，热交换器块和收集和/或分配器箱或偏转箱通过螺钉相互结合而不是焊接在一起。然而，这显著增加了这种热交换器的空间要求，因为这里所需的螺钉增加了热交换器的外部尺寸，甚至超过了形成有通常的夹紧或凸缘连接的热交换器的尺寸。此外，螺钉增加了热交换器的重量和必要的材料消耗。此外，这种螺钉连接还需要密封件，并且存在热交换器块与收集和/或分配器箱或偏转箱之间的这种机械夹紧连接变得泄漏的风险。由热交换器块的塑料与收集和/或分配器箱或偏转箱的金属材料之间的螺钉连接产生的小表面接触区域可能造成塑性变形，这导致密封压力降低。
然而，由于交替的内部压力和交替的温度负载，热交换器通常经受交替负载，使得在更长久和更高的应力下，存在热交换器由于密封压力降低而变得泄漏的风险。
发明内容
因此，在此背景下，本发明的目的是提供一种热交换器和一种用于制造热交换器的方法，其避免了上述缺点。
根据本发明，通过独立权利要求1和10的主题实现该目的。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
本发明基于这样的总体构思，即提供一种没有夹紧或凸缘连接的热交换器，其中由第一材料制成的组件和由第二材料制成的组件在其边缘区域中以重叠的方式彼此抵靠并且彼此结合，其特征在于，至少第一组件的边缘区域由激光束不可透过的材料构成，并且第一组件的边缘区域在外部与第二组件的边缘区域重叠并且通过直接接触抵靠该边缘区域，并且因此通过熔融粘结而结合。
因此，可以提供一种具有小尺寸并且所需材料减少的紧凑型热交换器。在外部与第二组件的边缘区域重叠并且通过直接接触抵靠该第二组件的边缘区域的第一组件的边缘区域可以通过熔融粘结与第二组件的边缘区域结合，使得在第一组件与第二组件之间提供牢固的、可靠的、承重的且紧密的连接。因此，避免了第一组件与第二组件之间的取决于结构的高材料要求和空间要求以及密封要求的夹紧或凸缘连接。即使在热交换器的较长久和较高的应力下，第一组件与第二组件之间的连接也是牢固的、可靠的且紧密的，使得根据本发明的热交换器的可靠性和寿命显著提高。因此，特别地，提供了与容量相关的紧凑型热交换器，其可以适应于现代机动车中的减小的安装空间。
根据一种特别有利的实施方案，第二组件的边缘区域可以被塑化以通过激光束产生熔融粘结，使得第二组件的边缘区域与第一组件的边缘区域的指向第二组件的边缘区域的内侧结合。根据本发明，借助于激光束加热第一组件的边缘区域，因此，加热第一组件的边缘区域通过直接接触抵靠的第二组件的边缘区域。由于根据本发明的第一组件的边缘区域的至少一些区域由激光束不可透过的材料构成，因此可以通过激光束实现借助于激光束的这种加热，以及因此借助于激光束实现由于熔融粘结而导致的两个组件的结合。激光束不穿过激光束不可透过的材料，而是材料吸收激光束的能量并且因此被加热。通过直接接触彼此抵靠的两种不同材料的这种加热导致这两种材料彼此牢固的、可靠的且尤其是紧密的连接。
另外有利的实施方案提出，激光束作用在第一组件的边缘区域的远离第二组件的边缘区域指向的外侧上。因此，以一种根据本发明的简单的方式，激光束可以作用在第一组件的边缘区域上，并且以所描述的方式将两个组件结合在一起。激光束在这种情况下可以作用在第一组件的整个边缘区域上，或者它可以作用在边缘区域的一个或若干个子区域上。多束激光束也可以作用在第一组件的整个边缘区域上或者作用在边缘区域的一个或多个子区域上。在这种情况下，一束或多束激光束可以以与边缘区域成直角或者以与直角不同的角度起作用。还有可能的是，在多束激光束的作用期间，这些激光束各自以不同的角度作用和/或同时或相继作用在不同的子区域上。
根据另外优选的实施方案，第二组件的边缘区域具有至少在一些区域中包围第一组件的边缘区域的凸起或凸耳。这些凸起或凸耳尤其用作引导件，使得一方面，根据本发明确保组件在结合在一起时相对于彼此进入正确的位置，并且另一方面，确保第一组件和第二组件的边缘区域通过直接接触彼此抵靠，使得根据本发明将两个组件结合在一起是可能的。有利地，这里可以设置成，凸起或凸耳是在第二组件上设置的加强翅片的延续部分。如果第二组件经受高的且可能交替的内部压力，则这是特别有利的，因为这样防止了第二组件的扩展或膨胀。
凸起或凸耳的各种设计可能性都是可行的，只要确保在安装状态下它们至少在一些部段中包围第一组件的边缘区域。
用于凸起或凸耳的构造的其余参数可以适应相应的应用。这里尤其提到凸起或凸耳的数量、凸起或凸耳彼此的间隔、凸起或凸耳的宽度等作为相关参数。
另外优选的实施方案提出，第二组件的边缘区域具有至少一个止挡件，第一组件的边缘区域通过一个边缘至少部分地抵靠该止挡件。通过这种方式，根据本发明，有利于第一组件和第二组件相对于彼此位于正确的位置中，使得第一组件和第二组件的边缘区域在所设置的位置中彼此结合。根据本发明，即使在热交换器的相当长久且较高的应力下，这也有助于第一组件与第二组件之间的牢固的、承重的且紧密的连接，使得根据本发明的热交换器的可靠性和寿命显著增加。
如果第一组件是金属组件并且尤其是由铝制成的热交换器块(如根据另外优选的实施方案所设置的)，则这是特别有利的。由于在第二组件的止挡件处形成第一组件与第二组件之间的表面接触，在该区域中将基本上仅产生拉伸或压缩负载，而没有弯曲负载。这对于铝是尤其有利的，因为铝可以比弯曲负载更好地吸收拉伸和压缩力。
最后，根据另外有利的实施方案，设置成第二组件是非金属组件，尤其是收集和/或分配器或偏转箱。
由于根据本发明的其中由铝制成的边缘区域通过直接接触抵靠由塑料制成的边缘区域的这种有利的构造，所以，当激光束作用在远离塑料指向的另一铝侧时，塑料与指向塑料的铝侧结合。
本发明的其它重要特征和优点可以从从属权利要求、附图和参考附图的附图相关描述中获得。
应当理解，前述特征以及将在下面进一步解释的特征不仅可以在分别指出的组合中使用，而且可以在其它组合中使用或单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选的示例性实施方案在附图中示出，并且在以下描述中更详细地解释，其中相同的附图标记指示相同或相似或功能相同的组件。
在附图中，在每种情况下，示意性地
图1示出了根据本发明的具有第一组件(20)和第二组件(60)的热交换器(10)的第一实施方案的局部剖视图，
图2示出了根据本发明的具有第一组件(20)和第二组件(60)的热交换器(10)的第二实施方案的局部剖视图，
图3示出了根据本发明的具有第一组件(20)和第二组件(60)的热交换器(10)的第三实施方案的等轴局部剖视图。
具体实施方式
图1以局部视图示出了根据本发明的具有第一组件20和第二组件60的热交换器10的第一实施方案的剖面。在根据本发明的热交换器10的实施方案中，第一组件20是有利地由铝制成的热交换器块20，而第二组件60是有利地由塑料制成的收集箱60。
热交换器块20具有由边缘24界定的直立的边缘区域22。在指向边缘区域22或边缘24的一侧上，以已知的方式布置翅片26，这里示出其中一个翅片。
如这里可以清楚地看到的，边缘区域22以重叠的方式通过直接接触在外部抵靠收集箱60的边缘区域62。边缘区域22的外侧上分别具有包围第一组件20的边缘区域22的多个凸起或凸耳64。在凸起64的内侧上分别形成止挡件66，边缘区域22通过其边缘24抵靠该止挡件。这里还可以清楚地看到，凸起或凸耳64是在收集箱60上布置的加强翅片68的延续部分。这是有利的，因为收集箱60经受高的且交替的内部压力，并且这些加强翅片68防止收集箱60的扩展或膨胀。
凸起或凸耳64尤其用作引导件，使得一方面，根据本发明确保热交换器块20和收集箱60在结合在一起时相对于彼此进入正确的位置，并且另一方面，热交换器块20和收集箱60的边缘区域22、62通过直接接触彼此抵靠，使得可以根据本发明将两个组件结合在一起。
根据本发明，即使在热交换器10的相当长久且较高的应力下，这也有助于热交换器块20与收集箱60之间的牢固的、承重的且紧密的连接，使得根据本发明的热交换器10的可靠性和寿命显著增加。
如图1中的箭头40在此所指示的，激光束40分别作用在热交换器块20的边缘区域22的外侧30上。通过这种方式，加热边缘区域22的激光束不可透过的材料，该材料在这里给出的示例性实施方案中是铝。由塑料制成的收集箱60的边缘区域62通过直接接触抵靠边缘区域22的内侧28，因此也被加热。这导致在被激光束40加热的区域中热交换器块20的边缘区域22的塑料之间的可靠的、牢固的且尤其是直接的连接。
图2以局部视图示出了根据本发明的具有第一组件20和第二组件60的热交换器10的第二实施方案的剖面。在这里示出的根据本发明的热交换器10的实施方案中，第一组件20是有利地由铝制成的热交换器块20，而第二组件60是有利地由塑料制成的收集箱60。
这里相同的组件具有相同的附图标号，从而可以省略这些组件的重复描述。
同样这里在图2所示的实施方案中，热交换器块20的边缘区域22和收集箱60的边缘区域62以重叠的方式通过直接接触彼此抵靠。然而，与图1中示出的实施方案不同，热交换器块20的边缘区域22在两侧包围收集箱60的边缘区域62，使得边缘区域22的内侧28直接抵靠边缘区域62的两侧。或者换句话说，热交换器块20的边缘区域22形成袋，收集箱60的边缘区域62被引入该袋中以进行连接。这确保了热交换器块20和收集箱60相对于彼此的牢固的且可靠的定位，并且因此确保了热交换器块20与收集箱60之间的牢固的、可靠的且尤其是紧密的连接。
该实施方案的优点在于，收集箱60的边缘区域62的两侧与热交换器块20的边缘区域22的内侧28密封地连接。因此，如通过箭头40所指示的，激光束40分别可以作用在边缘区域22的外侧30的不同区域上：激光束40可以作用在边缘区域22的外侧30的与收集箱60的边缘区域62的外侧相对的子区域上，并且激光束40可以作用在边缘区域22的外侧30的与收集箱60的边缘区域62的内侧相对的子区域上。通过这种方式，可以在收集箱60的边缘区域62的塑料与热交换器块20的边缘区域22的铝之间提供特别牢固的、可靠的并且尤其是双重密封的连接。
由于根据本发明的这种构造，激光束40可以作用在边缘区域22的外侧30的与收集箱60的边缘区域62的外侧和内侧均相对的子区域上，因此可以以已经描述的方式加热边缘区域22的该区域。因此，通过直接接触抵靠边缘区域22的被加热区域的收集箱60的边缘区域62的外侧和内侧均被加热，使得在被激光束40加热的区域中，实现收集箱60的边缘区域62的塑料与热交换器块20的边缘区域22的铝之间的可靠的、牢固的且尤其是紧密的连接。
图3以略微立体的局部剖视图示出了根据本发明的具有第一组件20和第二组件60的热交换器10的第三实施方案。在这里示出的根据本发明的热交换器10的第三实施方案中，第一组件20是有利地由铝制成的热交换器块20，而第二组件60是有利地由塑料制成的收集箱60。
这里相同的组件具有相同的附图标号，从而可以省略这些组件的重复描述。
在穿过该第三实施方案的收集箱60和热交换器块20的等距视图中，可以清楚地看到，热交换器块20的边缘区域22和收集箱60的边缘区域62以重叠的方式通过直接接触彼此抵靠。另外，热交换器块20的边缘区域22以这种方式围绕收集箱60的边缘区域62弯曲，使得边缘区域62的外侧和边缘区域62的边缘70均密封地抵靠边缘区域22的内侧28。
该实施方案的优点在于，收集箱60的边缘区域62通过其外侧并且还通过其边缘70与热交换器块20的边缘区域22的内侧28密封地结合。因此，如通过箭头40所指示的，激光束40可以分别作用在边缘区域22的外侧30的不同区域上：激光束40可以作用在边缘区域22的外侧30的与收集箱60的边缘区域62的外侧相对的子区域上，并且激光束40可以在图3中从下面作用到边缘区域22的外侧30的与收集箱60的边缘区域62的边缘70相对的子区域上。通过这种方式，可以在收集箱60的边缘区域62的塑料与热交换器块20的边缘区域22的铝之间提供特别牢固的、可靠的且尤其是双重密封的连接。
该实施方案的优点在于，激光束40可以在热交换器块20的边缘区域22的外侧30上作用在不同的激光区域A、B上，以便例如实现收集箱60的边缘区域62与热交换器块20的边缘区域22之间的三重结合或密封。
如已经描述的，激光束40可以在图3中从下方作用到边缘区域22的外侧30的与收集箱60的边缘区域62的边缘70相对的子区域上。这通过根据本发明所描述的方式确保了边缘区域62的边缘70与边缘区域22的内侧28之间的牢固的、可靠的且尤其是密封的第一连接。
此外，激光束40可以作用在边缘区域22的外侧30上的与收集箱60的边缘区域62的外侧相对并且沿边缘区域22的外侧30连续地形成的激光区域B上。通过这种方式，以根据本发明所描述的方式，在边缘区域62的外侧与边缘区域22的内侧28之间实现了牢固的、可靠的且尤其是密封的第二连接。
最后，激光束40可以作用在边缘区域22的外侧30上的与收集箱60的边缘区域62的外侧相对并且沿边缘区域22的外侧30间歇地形成的激光区域A(分别位于凸起或凸耳64之间)上。通过这种方式，以根据本发明所描述的方式，在边缘区域62的外侧与边缘区域22的内侧28之间实现了牢固的、可靠的且尤其是密封的第三连接。

Claims (12)

1.一种热交换器，包括由第一材料制成的第一组件(20)和由第二材料制成的第二组件(60)，其中，所述第一组件(20)和所述第二组件(60)分别具有边缘区域(22、62)，并且其中，所述第一组件(20)和所述第二组件(60)在其边缘区域(22、62)处以重叠的方式彼此抵靠并且结合在一起，其特征在于，
至少所述第一组件(20)的边缘区域(22)由激光束(40)不可透过的材料构成，并且所述第一组件(20)的边缘区域(22)在外部与所述第二组件(60)的边缘区域(62)重叠并且通过直接接触抵靠所述第二组件的边缘区域，并且因此通过熔融粘结而结合。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第二组件(60)的边缘区域(62)能被塑化以通过激光束(40)产生所述熔融粘结，使得所述第二组件(60)的边缘区域(62)与所述第一组件(20)的边缘区域(22)的指向所述第二组件(60)的边缘区域(62)的内侧(28)结合。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述激光束(40)作用在所述第一组件(20)的边缘区域(22)的远离所述第二组件(60)的边缘区域(62)指向的外侧(30)上。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第二组件(60)的边缘区域(62)具有凸起(64)，所述凸起至少在一些区域中包围所述第一组件(20)的边缘区域(22)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第二组件(60)的边缘区域(62)具有至少一个止挡件(66)，所述第一组件(20)的边缘区域(22)通过一个边缘(24)至少部分地抵靠所述至少一个止挡件。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第一组件(20)是金属组件，并且尤其是由铝制成的组件(20)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第一组件(20)是热交换器块。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第二组件(60)是非金属组件，并且尤其是由塑料制成的组件(60)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第二组件(60)是收集和/或分配器或偏转箱。
10.一种用于制造具有由第一材料制成的第一组件(20)和由第二材料制成的第二组件(60)的热交换器的方法，其中，所述第一组件(20)具有第一边缘区域(22)并且所述第二组件(60)具有第二边缘区域(62)，并且其中，所述第一边缘区域(22)与所述第二边缘区域(62)重叠，并且通过直接接触抵靠所述第二边缘区域，
其特征在于，
所述第一边缘区域(22)被加热，被加热的所述第一边缘区域(22)加热所述第二边缘区域(62)，并且所述第一边缘区域(22)和所述第二边缘区域(62)通过所述加热以密封的方式彼此结合。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一边缘区域(22)通过激光束(40)加热。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料彼此配合，使得仅仅所述第二边缘区域(62)通过所述加热被塑化并且与所述第一边缘区域(22)结合。
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