CN116197528A - 制造扁平管的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造扁平管的方法。所述扁平管具有第一壁、与所述第一壁相对的第二壁、连接所述第一壁和所述第二壁的第三壁、连接所述第二壁和所述第一壁的第四壁以及供介质流过的内腔，其中所述第一壁和所述第二壁长于所述第三壁和所述第四壁，其中湍流插入件布置在所述内腔中，其中所述方法包括至少以下工艺步骤：‑提供板材‑将所述板材成形为中间管，使得所述板材在至少两个部段中隆起并且所述部段至少部分地形成所述扁平管的所述第一壁和所述第二壁且所述中间管在所述第三壁或所述第四壁中的一个的区域中形成开口‑提供湍流插入件并将其插入所述内腔中‑通过焊接方法闭合所述开口。

Description

制造扁平管的方法

技术领域

本发明涉及一种制造用于特别是用于机动车辆的热交换器扁平管的方法以及一种具有至少一个扁平管的钎焊热交换器。

背景技术

例如，从DE 10 2005 050 366 A1已知这种用于扁平管的通用制造方法，其中扁平管在一侧开口以容纳湍流插入件，但是具有笔直壁，所述笔直壁在成品管中形成扁平管的纵向侧面。

发明内容

根据本发明的具有独立权利要求的特征的用于制造扁平管的方法具有与此相比的优点，即由于扁平管的纵向壁的隆起的形状，当扁平管闭合时，湍流插入件有利地通过隆起的壁压靠在壁上，因此，在随后的钎焊过程中，当热交换器已经被完全钎焊时，在扁平管和湍流插入件之间实现理想的钎焊接触。这不仅确保了强度，特别是对热循环的耐受性，而且还确保了扁平管和湍流插入件之间的热传递。

根据本发明的用于热交换器的扁平管具有第一壁和与第一壁相对的第二壁。这两个壁在剖面图中形成扁平管的长边。两个短边由第三壁和第四壁形成，从而形成相应的扁平管。各个壁之间的过渡有利地设置有圆形过渡，以便不会形成会在材料中产生应力峰值并在这些角处削弱管的过度锋利的边缘。还可以设想，完整的第三壁和第四壁被设计成弧形，其在每种情况下都连续地并入第一壁和第二壁。这些壁封闭扁平管的内腔，在完全组装好的热交换器中，介质通常在所述内腔中流动。所述介质可以是冷却剂、油或者也可以是气态流体，例如排气或空气。湍流插入物被引入到内腔中。这种湍流插入件通常由非常薄的金属板折叠和/或轧制而成，并且被设计为使得当介质流过内腔时，它以特定的方式偏转和重新定向，从而产生湍流。这使得从通流的介质到管的热传递显著增加。湍流插入件还必须被设计为使得产生尽可能低的压力损失，同时仍能实现良好的热传递。湍流插入件还吸收热量并将其消散到管壁。湍流插入件可以简单地插入扁平管中，或者湍流插入件也可以使用钎焊工艺在每个接触点处焊接到壁。

湍流插入件和扁平管壁之间的良好表面接触对于良好的钎焊或在非钎焊湍流插入件的情况下的良好热传递是必需的。对于钎焊，需要相应的镀焊料的板材或在湍流插入件和扁平管之间单独引入的焊料箔。除了良好的热传递外，钎焊的湍流插入件还具有扁平管的非常高的强度增加的优点，特别是增加了对热循环的耐受性。

取决于应用领域和要冷却的介质，扁平管可以由不锈钢或铝制成。湍流插入件也可以分别由铝和/或不锈钢制成。不锈钢特别用于有排气或其他腐蚀性介质的应用。但是，这并不影响扁平管的制造。

根据本发明的用于制造扁平管的方法包括以下工艺步骤。在第一步骤中，提供用于形成扁平管的板材。所述板材可以是单块板或金属板，或者是从大卷展开或以其他方式提供的长金属薄板带。在制造装置中，所提供的板材被成形为中间管。这可以在一个或多个连续的制造步骤中进行。在这种情况下，或者连续更换成形工具并因此在直接连续的成形步骤中成形板材，或者板材可以在直接连续布置的成形工具中连续成形。特别地，从大卷展开的特别长的板材因此可以被成形为中间管。

中间管被成形为使得板材在至少两个部段中隆起，并且所述部段至少部分地形成第一壁和第二壁，从而形成扁平管的长边。隆起的部段被成形为使得壁朝向成品管的中间向内弯曲。整个壁可以是隆起的。在一个特别有利的实施方案中，可以首先将第一壁和第二壁的一部分制成笔直的，然后隆起的部段可以连续地过渡到其上。从第三壁或第四壁开始，第一壁和第二壁的第一部段被成形为笔直的且彼此平行。朝向成品管的中心向内隆起的部段分别邻接于其上。形成扁平管的仍然开口的分离点的第三壁或第四壁的至少一部分在隆起的部段之后。

基于总宽度b，即第一壁和第二壁形成的扁平管的长边的长度，笔直部段的长度为总宽度b的5％至40％，在一个特别有利的实施方案中为总宽度b的10％和20％之间。引入的湍流插入物由笔直部段保持在其最终位置，其在这个区域中在很大程度上与成品扁平管的轮廓相对应。特别地，这些笔直部段确保了湍流插入件在随后使管闭合时在扁平管的第一壁和第二壁上具有特别好的接触。

扁平管在第三壁或第四壁的区域中仍然是开口的，使得在那里形成开口。该开口用于将湍流插入件插入扁平管的内腔中。为此目的，相应地提供湍流插入件并将其引入到扁平管的内腔中。在引入湍流插入件之后，使用焊接工艺使扁平管闭合。

为了能够有利地引入湍流插入件，所形成的开口的高度h2至少为扁平管的内腔高度h的80％至120％。因此，通过仅仅轻微地打开开口，或者特别有利地，不需要进一步的措施，湍流插入件可以直接通过开口引入到扁平管的内腔中。

形成在中间管中的开口主要由扁平管的至少部分隆起的第一壁和第二壁形成。在插入湍流插入件之后，扁平管不再使用成形工具成形，而是仅通过施加力将开口保持闭合，然后进行焊接。成形的板材的对接接头特别有利地相互钝地对接。因此可以实现特别好的焊缝。例如，也可以使用不引入额外焊接装置(诸如焊丝等)的焊接方法。在此可以述及激光焊接或电极束焊接作为合适焊接工艺的示例，这两者都会导致材料表面熔化，使得扁平管在接头处牢固地焊接。

如果扁平管在没有湍流插入件的情况下被闭合，则第一壁和第二壁将由于隆起的形状而向内凹入。因此，以这种方式制造的扁平管有利地仅与插入扁平管中的湍流插入件一起使用。凹壁支撑在插入的湍流插入件上，从而使壁能够很好地压靠在湍流插入件上。在随后进行的钎焊过程中，这导致扁平管和湍流插入件之间的特别良好的钎焊连接。

在根据本发明的制造方法的另外的有利实施方案中，板材在被提供用于成形之前或之后设置有突起。一方面，这些突起可以有利地促进扁平管中的流动，但它们也可以针对在热交换器中的后续安装状态用作间隔件。为此目的，两个扁平管被定位成彼此相邻或彼此叠置，使得突起与扁平管中的每一个接触。因此，可以通过对板材进行适当的镀焊料或涂覆，特别是在接触区域，来制造扁平管的固定复合体。

扁平管的尺寸是基于热交换器的规格按型号制造的。热交换器通常由以管束形式提供的大量扁平管组成。扁平管的端部容纳在管薄板中，每个管薄板具有用于每个扁平管的开口。所述薄板部分地封闭积聚空间，所述积聚空间使用盖子来闭合。然后该积聚空间具有用于供应或排放流过扁平管的介质的适当接口。扁平管本身也可以在各个扁平管之间具有肋，所述肋附加地引入到管束中并且因此能够实现从扁平管到围绕扁平管流动的介质的特别良好的热传递。具有扁平管的空间也可以被外壳封闭，使得产生另外的能被通流的空间。然而，扁平管也可以自由通流并且因此理想地被环境空气通流，环境空气通过风扇或通过车辆的移动作为迎面风供应。

具有布置的薄板和任选地还有盖子的管束通常在钎焊炉中钎焊以形成牢固的复合体，所述牢固的复合体也相对于扁平管与薄板的连接而密封。在该工作步骤中，引入到扁平管中的湍流插入件随后也被与扁平管钎焊。牢固钎焊的复合体以及特别是扁平管的尺寸稳定性(其有利地通过湍流插入件与扁平管的特别良好的钎焊来实现)可以提高热交换器对热循环的耐受性。热循环是热交换器中更频繁、更大的温度变化，例如由于冷却回路中的冷却器根据需要突然打开，因为存在临时高冷却要求，例如当卡车上坡行驶时，燃料电池或内燃发动机因此会导致将大量热量引入到冷却系统中。

由于这些温度波动，热交换器会因部件的温度相关膨胀而承受巨大的机械应力，随着时间的推移，这会导致部件的临界点损坏，在所述临界点出现应力峰值。

取决于热交换器的预期用途，待冷却的介质因此可以被引导通过扁平管，其中诸如冷却剂或空气的冷却介质流过扁平管。可以以这种方式设计排气热交换器，其中可能来自内燃发动机、但也可能来自燃料电池的待冷却的排气被引导通过扁平管并且冷却剂被引导到扁平管周围的空间中。然而，以这种方式制造的扁平管也可以用于其他类型的热交换器，例如冷却剂热交换器、增压空气热交换器或冷凝器。

附图说明

本发明的另外的有利实施方案通过以下附图描述来描述。在附图中：

图1示出了根据本发明被成形为中间管的扁平管。

图2示出了作为成品管的根据本发明的扁平管。

图3示出了用于制造扁平管的各个工艺步骤的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明被成形为中间管2的扁平管1。中间管2被成形为使得板材5在至少两个部段B1和B2中隆起并且部段B1、B2至少部分地形成第一壁W1和第二壁W2，从而形成扁平管1的长边。

隆起的部段B1、B2被成形为使得壁W1、W2朝向成品管的中间向内弯曲。仅在部段B1、B2中的第一壁W1和第二壁W2的部分隆起。壁W1、W2的第一部分在部段A1、A2中被制成笔直的，然后连续地并入隆起的部段B1、B2中。然而，也可以设想，整个壁W1、W2是隆起的。然而，笔直部段A1、A2随后有利地用于将布置在扁平管1中的湍流插入件4牢定地容纳在正确位置直到扁平管1被焊接闭合，因为扁平管1在该区域中已经很大程度上对应于成品扁平管1的后续轮廓。笔直部段A1、A2的长度分别相对于扁平管1的总宽度b为5％至40％。以特别有利的方式，长度在10％和20％之间。

因此，从第三壁和第四壁W3、W4开始，第一壁和第二壁W1、W2的第一部段A1、A2被成形为笔直的且彼此平行。朝向成品管的中心向内隆起的部段B1、B2邻接在其上。形成中间管2的开口6的第三壁和第四壁W3、W4的一部分至少部分地在隆起的部段B1、B2之后。在开口6的区域中，板材5的自由端形成对接接头9、9'，所述对接接头随后在成品扁平管中通过焊接结合而相互焊接。

开口6理想地具有大于或几乎等于内腔3的高度h的最小宽度h2。因此，可以容易地插入要布置在内腔3中的湍流插入件4。替代地，为了插入湍流插入件4，必须将管在弹性区域中稍微压开，从而不会使壁进一步变形。

扁平管1在其长边表面上可以具有突起8，所述长边表面由第一壁W1和第二壁W2形成，所述突起可以用作彼此相邻布置的扁平管1之间的接触点，以优化在扁平管中循环的流体的湍流或用于在热交换器中稍后的管复合体中进行钎焊。

图2示出了根据本发明的处于成品状态的扁平管1。壁W1和W2以及壁W3和W4各自平彼此行对准并形成扁平管1的外边界，其中壁W3和W4形成扁平管1的短边，而壁W1和W2形成所述扁平管的长边。在壁的过渡处提供半径，这对于任何应力峰值都是有利的，从而增加管的承载能力。还可以设想，壁W3和W4被成形为连续的弧形。扁平管1的总宽度b是扁平管内部高度的数倍。扁平管1的壁厚以及因此所使用的板材5的厚度通常在0.1mm至1.5mm的范围内。取决于应用，扁平管1适宜地由铝或不锈钢制成，其中不锈钢管适用于例如气体热交换器，诸如排气冷却器或用于燃料电池应用的冷却器，并且铝管适用于与冷却剂或油一起使用。这里的决定性因素是要冷却的介质是否包含侵蚀材料的腐蚀性物质，例如排气冷却器就是这种情况。排气中含有燃烧残留物，所述燃烧残留物可以与排气中的水一起凝结并且因此作为酸性或碱性流体会因此迅速损坏铝制扁平管1。

湍流插入件4布置在扁平管1的内腔3中。壁W1和W2压到湍流插入件4上并且因此被成形为彼此平行。在没有湍流插入件4的情况下，它们将向内隆起。扁平管3随后作为具有另外的扁平管3作为组件以其管端本别插到管薄板中，然后被钎焊成热交换器。为了使管薄板和扁平管3之间的连接能够紧密钎焊，管薄板的开口和扁平管1的轮廓必须一致，使得仅产生很小的间隙。因此，扁平管3在焊接之后必须具有非常高的形状精度。

在步骤a)至e)中，图3示出了用于制造根据本发明的扁平管3的各个工艺步骤。在第一步骤中，提供板材5。中间管2在第一成形步骤b)和紧接着的成形步骤c)中形成。取决于成形装置的设计，步骤b)和c)中所示的成形过程也可以在一个或两个以上步骤中进行。成形过程的示例性表示在此仅是一种可能的实施方案，并未详尽地示出所需的步骤。在接下来的步骤d)中，湍流插入件4至少部分地用焊料箔7包裹，然后通过中间管2中的开口6引入到内腔3中并定位在那里。代替焊料箔7，板材料5或湍流插入件4本身也可以是镀焊料的。这意味着钎焊过程所需的辅助材料在组装之前已被施加到相应的材料上。

在最后的步骤e)中，中间管2由装置通过施力F1、F2压在一起，使得对接接头9、9'保持彼此叠置。随后通过焊接方法，特别有利地是通过光束焊接方法、特别是通过激光焊接10来焊接闭合的管。扁平管1由此完成并且可进一步用于安装在热交换器中。扁平管1与布置在内腔3中的湍流插入件4的最终钎焊连接有利地在最终钎焊过程中进行，在该最终钎焊过程中，完成钎焊整个热交换器。

附图标记列表

1 扁平管

2 中间管

3 内腔

4 湍流插入件

5 板材

6 开口

7 焊料箔

8 突起

9、9'接头

10激光束

A1、A2第一笔直部段和第二笔直部段

B1、B2第一隆起的部段和第二隆起的部段

W1 第一壁

W2 第二壁

W3 第三壁

W4 第四壁

F1、F2力

b 扁平管的总宽度

h 扁平管的内腔的高度

h2 中间管的开口的宽度

Claims (10)

1.一种制造用于特别是用于机动车辆的热交换器的扁平管(1)的方法，所述扁平管具有第一壁(W1)、与所述第一壁(W1)相对的第二壁(W2)、连接所述第一壁和所述第二壁(W1、W2)的第三壁(W3)、连接所述第二壁和所述第一壁(W2、W1)的第四壁(W4)以及供介质流过的内腔(3)，其中所述第一壁和所述第二壁长于所述第三壁和所述第四壁，其中湍流插入件(4)布置在所述内腔(3)中，其中所述方法包括至少以下工艺步骤：

-提供板材(5)

-将所述板材(5)成形为中间管(2)，使得所述板材(5)在至少两个部段(B1、B2)中隆起并且所述部段(B1、B2)至少部分地形成所述扁平管(1)的所述第一壁和所述第二壁(W1、W2)且所述中间管(2)在所述第三壁或所述第四壁(W3、W4)二者中的一个的区域中形成开口(6)

-提供湍流插入件(4)并将其插入所述内腔(3)中

-通过焊接方法闭合所述开口(6)。

2.根据权利要求1所述的制造扁平管(1)方法，其中在所述成形过程中制造的所述中间管(2)中，相对的所述第一壁和所述第二壁(W1、W2)以邻接所述第三壁(W3)或所述第四壁(W4)的笔直部段(A1)或(A2)彼此平行地定向，并且所述隆起的部段(B1)邻接所述第一笔直部段(A1)且所述隆起的部段(B2)邻接所述第二笔直部段(A2)。

3.根据权利要求2所述的制造扁平管(1)方法，其中所述笔直部段(A1)和(A2)的长度为所述扁平管(1)的总宽度b的5％至40％，特别是所述总宽度b的10％至20％。

4.根据权利要求3所述的制造扁平管(1)方法，其中所述隆起的部段(B1)和(B2)被定向成使得所述中间管(2)中的所述开口(6)的高度h2至少为所述扁平管(1)的所述内腔(3)的高度h的80％至120％。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制造扁平管(1)方法，其中所述湍流插入物(4)在被插入到所述内腔(3)中之前至少部分地用焊料箔(7)包裹。

6.根据前述权利要求中任一项所述的制造扁平管(1)方法，其中所述湍流插入件(4)通过所述开口(6)被引入到所述内腔(3)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的制造扁平管(1)方法，其中所述板材(5)在被提供之前或之后设置有突起(8)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的制造扁平管(1)方法，其中所述中间管(2)在闭合之前通过向所述第一壁和所述第二壁(W1、W2)施加力(F1、F2)被收拢，使得开口(6)关闭、特别是所述成形的板材(5)的对接接头(9、9')以钝的方式。

9.根据前述权利要求中任一项所述的制造扁平管(1)方法，其中所述中间管(2)通过激光焊接(10)被闭合。

10.一种用于机动车辆的热交换器，其具有至少一个根据前述权利要求中任一项制造的扁平管(1)，其中所述热交换器是钎焊的并且所述扁平管由铝或不锈钢形成。

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