CN1287611A - 机动车热交换器的收集器与外部管路之间的管接头 - Google Patents

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Abstract

机动车热交换器的收集器(2)和一管路(16)之间的管接头,它具有一连接接管(14),管路(16)的自由端(32)与其形锁地接合,其中,在连接接管(14)的内表面(24)与管路(16)的外表面(26)之间的环形间隙(22)中接纳一环形密封件(28)。在连接接管(14)的自由端(40)设置一外法兰(38),并在管路(16)上形成一镦粗的外卷边(36),后者在管接头的最终安装状态通过一夹紧装置(42)压紧在外法兰(38)的外端面(41)上。密封件(28)形成一插接套筒(44),在其靠近收集器的周向区域,形成一密封元件(48),并在其远离收集器的周向区,放置一密封凸缘(46),后者用夹紧装置(42)沿轴向压紧在外法兰(38)与外卷边(36)之间。

Description

机动车热交换器的收集器与 外部管路之间的管接头
本发明涉及机动车热交换器的收集器与将内部的热交换液送至收集器或从收集器引出的管路之间的管接头，它具有按照权利要求1的概述的其它特征。这样的管接头符合本申请人的内部的现有技术。
本发明进一步涉及一具有权利要求14的特征的用于制造这样的管接头的新式方法。
按照本申请人的上述内部现有技术，通常在收集器的连接接管与管路之间采用一O形圈作为密封件。这种O型圈首先装在管路的自由端上，然后将管路压入管路与连接接管之间的远离收集器的另一横截面中，由此，在理想的情况下，在O形圈的表面压力的作用下，根据远离收集器的另一横截面的尺寸，可以实现连接接管上的外法兰与管路的外卷边的接触。不过，在不利的情况下，O形圈的一段将部分地夹在外法兰和外卷边之间的中间空间中。这将导致O形圈的过早损坏，并且由于O形圈的固有的密封功能减弱，还可能会导致密封故障。在O形圈未恰当安装，或仅仅由于其公差，则在连接接管与管路相互移动时，仅仅通过按非所要求的方式变形的O形圈就会产生移动障碍，以致不能总是可靠地得到所要求的管接头最终位置。这一功能还这样受到损害，即在连接接管的内表面上的O形圈必须滑入远离收集器的另一横截面中，但是后者的内表面常常在公差范围内以一种非所希望的曲率过渡至外法兰，而且此外还常常通过流动介质的侧面扩散以一种影响摩擦的程度使表面改变。当O形圈在管路的自由端上移动时，它另外还可产生非所希望的O形圈的扭曲和位置倾斜，以致即使在理想的情况下，它也以其后面支承在外卷边上。这种不良影响只能在施加以大的安装力时，才能相当地予以控制；不过，此时，仍然有这样的危险，即O形圈产生非所希望的变形，以及O形圈的变形区进入外卷边与外法兰之间的空间中。此外，已知的方法的难度还因这样而提高，即通常为了用放入的O形圈得到外法兰与外卷边的最终相互压紧而采用的连接夹，只能在外法兰与外卷边彼此有紧密的接触并且不会通过被封闭的异物如不按要求变形的O形圈段被强制地隔开时，才能在最终安装管接头时在四周抓住外法兰和外卷边的情况下安装。此时，得到一可以被发现的失败的管接头，它作为废品被放弃。但是，当外法兰与外卷边处于所要求的紧密的连接时，必须在安装连接夹时用特殊的工具仍然总是保持此紧密的连接。在手工安装时，例如在修理作业或保养作业时很平常的那样，需要用两只手去安装夹子，而没有一只手可用于把持管子或特别的辅助工具如钳子或灯具。
本发明的目的在于，即如此设计一上述类型的管接头，它只用一只手或一个有相应的功能的工具就可容易而可靠地安装，而且无连接失败的危险，而且也没有这种倾向，即在安装以后，在装上夹紧装置如连接夹或类似物之前，要重新自动力图分开。
此目的将通过权利要求1的总体特征得以实现。
如同按照权利要求14的优选的制造方法(连同如权利要求15的合适的改进，这两个特点最好双双实现)所特别清楚地指出的那样，按照本发明的密封不像迄今所用的O形圈那样，插在管接头的自由端上，而是在收集器上连接接管内，在此处为远离收集器的宽的横截面的净横截面内，插在连接接管中。这有这样的优点，即在这种预安装时，在连接接管的内侧上的粗糙表面或在该处存在的不利的曲面几何形状，都不会对密封件的使用产生影响，这是因为，预安装进行时不会产生挤压。于是，在管接头的最终状态，有意使连接接管的外法兰与管路的外卷边之间的密封部分也就是其密封凸缘被夹紧。
由于此处所讨论的那种类型的密封件，即现在为O形圈密封或按照本发明的形式的密封件，都由比较耐压的弹胶体材料组成，故在补偿公差的情况下，管接头的最终状态可通过外法兰与外卷边之间的密封凸缘在其彼此相向的表面上的接触而仍然被精确地调节。此时，如果在密封件的插接套筒上至少形成一个在其密封作用上相当于普通结构类型的O形圈的密封元件，则与传统的用O形圈的密封相比，在按照本发明的管接头中，没有功能上的缺点要考虑，此时，所有上述缺点都可以避免。这是特别重要的，因为此处所讨论的类型的管接头，就大量生产的物品的意义而言，在大量生产时完全布置在机动车的底部空间中，是比较难于接近的。
特别是，还要特别强调下列优点：由于在本发明中在插接套筒中布置了与以前的O形圈相似的、有效的密封元件，故不会像在传统的O形圈中在产生剪切力时所发生的那样，使密封元件沿其横截面的周向转动，而这种剪切力又会导致过早的老化。在可用较少的轴向安装力进行的管接头的最终安装中，此安装力因此也特别小，这是因为，在管路的自由端插入插接套筒和在必要时插入连接接管的靠近收集器的狭的横截面中时，插接套筒可沿轴向伸长，从而在插接运动中可沿延伸方向变形，而不会像在已知的O形圈中那样，得到一产生阻力的横向扩展。特别重要的是，在预安装时，在连接接管与管的自由端之间的扩大的横截面中，在其最终的密封地点，放置代替O形圈的密封元件，并且不会只在最终安装时才在此扩大的横截面中加压。最后，考虑到在结构安装时一旦忘掉密封件的危险，按照本发明的管接头也比较可靠。在前面已经知道的情况下，O形圈密封的应用仍然可在外连接接管的外法兰与管路的外卷边之间造成暂时的纯金属防漏，不过，此时，这种暂时的金属防漏并不能长期耐用。在按照本发明的管接头中，为了最终夹紧而设置的夹紧装置例如连接夹一开始就按外法兰--密封凸缘--外卷边的顺序调节，并且在还没有插入按照本发明的密封时，不允许在外法兰与外卷边之间有起漏损作用的泄漏间隙。
此外，在按照本发明的管接头中，按照从属权利要求，还有其它有利的改进可能性。此处，在下面强调某些特别重要的改进：
在插接套筒上，在密封凸缘上和在密封凸缘与插接套筒的过渡区中，可按照需要设置其它的密封元件(特别参看权利要求6和7)。此时，可以区分为径向起作用的密封元件或轴向起作用的密封元件，并在必要时，两种类型都用。
此外，为了局部密封，也可以附加地设置平面的密封件(特别参看权利要求10和11)。不过，在平面加压时要注意，彼此相互作用的构件各自有固有的公差，以致不能总是可靠地得到面压紧，并在必要时产生毛细间隙。为了不会在毛细管力的作用下造成多少是永久的泄漏，在按照本发明的密封件上，最好在面压紧的区域内还设置毛细管的中断，或只有相对的贴靠(参看权利要求12)。
插接套筒过渡至密封凸缘的一个楔形和/或密封凸缘上的与外法兰搭接的反弹部分(Ruecksprung)(参看权利要求11和13)，除了进一步需要密封作用外，还对此特别有用，即在安装时特别不利的情况下，会使插接套筒连同密封凸缘压进在连接接管中远离收集器的宽的横截面中。
下面将参考多个实施例的示意图更详细地说明本发明。图中：
图1示出了机动车热交换器的收集器与用于收集器的内部热交换液体的管路之间的管接头的横截面，该管接头具有安装在一起的连接夹；
图2示出了还没有夹紧装置的管接头的虚拟的布置的第一实施形式的径向剖视图，其中，在开始时仍处于未压紧的状态的密封件的第一实施形式，在管路与收集器的连接接管叠置时，主要布置在这两个部分之间；
图2a示出了可与图2比较的径向剖视图，其中，如同图2的同一密封件在管接头的最终状态被压紧并通过连接夹保持压紧状态；
图3和图3a分别示出一与图2和图2a可比较的密封件的第二或第三实施形式的径向剖视图；以及
图4、4a和4b分别并且以管接头的示意径向剖视图示出了在采用O形圈的情况下的内部现有技术状况的说明图，其中，图4是压紧的O形圈的第一安装阶段，图4a是压紧的O形圈的所要求的最终阶段，图4b是压紧失败的O形圈的典型的中间阶段或最终阶段。
首先根据图1描述管接头的传统结构，其密封件按照本发明构形。
机动车热交换器的收集器2分两件由机动车热交换器的管底4和盖6装配而成。管底4有一卷边的边缘8，收集器2的做成锅形的盖子6与该边缘钎焊接合。在管底4处可看到向内弯曲的领子10，未示出的机动车热交换器的扁平管同样在钎焊的情况下与其端部接合。此处通常涉及按传统构造的扁平管热交换器的收集器，该热交换器不需要进一步详细描述。
收集器2用于将机动车热交换器内部的热交换液体送至扁平管，或在流过扁平管以后重新从收集器中送出。此时，它可以是入口收集器、出口收集器，或在采用未示出的间壁的情况下将入口收集器和出口收集器的功能结合在一起的收集器，此时，扁平管的另一端只需要按照流动彼此连接成多流道的布置。
也可以采用具有其它横截面的热交换管，以代替扁平管。
收集器2的盖6有一朝外的边缘12，其中，再次在钎焊的情况下插入一单个的连接接管14。另一种方案为，连接接管14也可以与收集器2或其盖6做成一体。
连接接管14与一管路16连通，后者按进口功能或出口功能将内部的热交换液体送至收集器2或从收集器2导出。
连接接管14沿朝管路16的方向在相应地按对称扩大内截面的情况下，两次将其横截面做成阶梯形。在第一阶梯18的范围内，管路16的朝向收集器2的自由端全部与其接合，或者，如图所示的那样，以管壁的一部分与其接合。在向外的同样对称的另一扩大的第二阶梯20的范围内，将与管路16的在此处保持横截面未变的外壁在连接接管14的内表面24与管路16的外表面26之间形成一沿周向延伸的环形间隙22，以用于至少部分地接纳环形环绕的密封件28。由此，在第一阶梯18的范围内，连接接管14有一靠近收集器的小的横截面30，管路16的自由端32与其形状相配地接合，而在第二阶梯20的范围内，连接接管则有一远离收集器的宽的横截面34，后者以已经描述过的方式用于构成环形间隙22。
在此处所描述的范围内有通常均为不变的外横截面的管路16设有通过纵向镦粗而得到的外卷边36，后者有环形法兰的特征，并且在越过管路16的外表面向外伸出的法兰范围内，通过镦粗得到的向外伸出的原有管壁部分在形成重壁的情况下非常紧密地彼此倚靠。
外卷边36功能上作为管路16的端面法兰与连接接管的自由端40上的外法兰38共同作用，该外法兰作为此自由端的周向卷边向外做出。外法兰38与外卷边36此时不失普遍性地具有同样的外径，其中，允许保持一定的偏差。
连接夹42用于在最终安装状态彼此持久地夹紧连接接管14上的设有外端面41的外法兰38和管路16上的外卷边36。
在按照图1的管接头中，按照内部的现有技术情况，首先使以后为管接头的密封件的O形圈在管路16的自由端上未变形地移动，与外卷边36接触。为了以后在环形间隙22中有一良好的径向压紧，此时，处于未变形状态的O形圈有一比此环形间隙的径向直径大的直径。接着将带O形圈的管路16移入连接接管14中，此时，管路的自由端32在开始压紧O形圈时就已经与连接接管14的第一阶梯18的范围接合。这种安装的中间阶段在图4中作了说明，在图中，作为密封件28设置的O形圈，在连接接管14的第二阶梯20的内表面24的带圆角的过渡台肩上，已经在外法兰38上遭受变形，这种变形一部分有一按所要求的方式的在环形间隙22中的伸长，另一部分有一按固有的非所希望的方式的在外法兰38与外卷边36之间的中间空间中的少许伸长。于是，在管接头的所要求的最终状态，按照图4a，整个O形圈在管接头的最终状态被压紧，其中，外法兰38的端面41与外卷边36的朝向它的端面直接接触，而O形圈在径向受压的情况下完全压紧在连接接管14的内表面24与管路16的自由端32的外表面之间的环形间隙22中。与此相对，图4b示出一典型的失败的管接头，其中，O形圈实际上不像前面的按照图4的安装阶段那样主要沿环形间隙22延伸，而是以相当大的部段在外法兰38与外卷边36之间受压，导致这两部分不再能彼此直接接触，不可能再用只跨接有限的压紧区的连接夹42压紧，并且在很大程度上也消除了径向密封功能。
在按照本发明的管接头中，以及与之相应的，在附有图3a的图2，图3与3a的三个实施例中，密封件28有一插接套筒44和一设置在其一端上的密封凸缘46。在插接套筒44的另一端的范围内，在其周向形成一第一密封元件48，后者在图2、3和3a中做成不同的构形。也可以以未示出的方式沿插接套筒做成两个或更多的第一密封元件48。所有这些第一密封元件都应当具有内部现有技术状况的O形圈的功能，也就是通过在连接接管14与管路16之间的环形间隙22中的径向加压而径向密封的功能。
再有，密封法兰46本来已经承担在外法兰38与外卷边36之间的另一轴向密封的功能。在所示出的所有三个实施例中，为了加强此轴向密封作用，在密封凸缘46上，若不在插接套筒44的中间横截面区的延长部分上，还各自形成一越过密封凸缘46的端面50的在未压紧状态向外突出的第二密封元件52，它也可以有多个，通常沿径向进一步向外设在端面50上的，和/或如同通过图3的第二密封元件52a所示的那样，设在密封凸缘46的背侧。在图3中，还在轴向沿插接套筒44形成三个第一密封元件48a、48b和48c，其中，第一密封元件48b和48c是沿径向在内部环绕的突出的环形凸起部分。
由图3的第一密封元件48a表明，它本身可以完全采取传统的O形圈的横截面，不过该O形圈此处并未分离出来，而是在插接套筒44的离开密封凸缘46的自由端上一起形成。
不过，由于在按照本发明的密封件28中的附加的另外的密封可能性，与分离的O形圈相比，可以减轻第一密封元件的径向压紧，从而减弱其径向的密封作用。图2中示出了第一种减轻可能性。此处，在插接套筒44的自由端上的O形圈的横截面是按截平的径向端面54切出的。此时，沿径向向内仍然有一O形圈的剩余轮廓延伸，而沿径向向外则采取进一步的减小，成为沿轴向环绕的狭的环形凸起。另一种方案为，也可以沿径向向内和沿径向向外交换这种构形，或是对O形圈的横截面采取进一步的改进。
不过，在所描述的并作为变型提到的第一密封元件48的结构形式中，还可以设置此第一密封元件的一个多少是突出的实心截面(图3a示出)，甚至可以设置一按照图3a的在端面下凹的结构形状。此时，图2的横截面形状通过端面的下凹的结构如此进一步改变并如此沿径向减轻压紧力，以使沿径向向内和沿径向向外各自形成一密封唇56a或56b。两个密封唇将通过端面下凹的凹座通过内压力压在环形间隙22的内表面上。不过，实心横截面中的凹座不能到这种使沿径向向外的预紧完全被消除的地步。宁可使这种沿径向向外的预紧仍然以这样的程度继续存在，以便即使在工作时有出现问题的负压情况下，在要密封的空间58中仍然保证有足够的径向压紧，压向环形间隙22的彼此相对的表面24和26。
在所有三个实施例中，插接套筒44在对应于连接接管14的圆弧形过渡而成楔形扩大的情况下，从连接接管14中的第二阶梯20过渡至密封凸缘46。如同从图2所看出的那样，插接套筒44进一步在其径向内表面60处，有一从密封凸缘46的带圆角的过渡至例如插接套筒44的自由端的逐步成锥形的变小。
第一密封元件48，或是在有多个第一密封元件的情况下的最靠近收集器的第一密封元件48a，完全或近似地产生一径向的厚度压缩，它与环形间隙22的径向尺寸之比为20％至40％。它也相当于在传统的O形圈中的通常的径向压缩，并且在图3a的实施形式中也仍然保持在下限范围内。
与此相对，在按照图3的其它第一密封元件48b和48c的内侧上的只是单侧的径向压缩则要小一些，不过仍然总是明显大于0％。接着，在单个的第一密封元件48或更远离收集器的第一密封元件48c上，在插接套筒44过渡到密封凸缘46的楔形区内，实现一附加地通常为0％至20％的范围内的面压紧。在公差不幸(部分)重叠时，则此面压紧在此时可完全或近似为零，或者甚至产生少量的自由间隙。在所有这些情况下，都有这样的危险，即沿着所要求的面压紧区有毛细潜流。为了在此处堵住由毛细管力产生的泄漏，沿轴向朝密封凸缘46的方向按所示的方式紧接着设置一沿径向向外的(在必要时代之以或从未示出的方式附加以径向向内的)环形的毛细管中断62，其构造为一在密封28的外表面上的沿周向环形延伸的沟。
在管接头的最终连接状态，则与用传统的O形圈密封件时不同，不会产生外法兰38在外卷边36上的直接接触，而是在其间总是按照图2a保留密封凸缘46。由于管接头在最终位置的轴向压紧力，则如同通过图2a中的径向向外的拱出64所清楚地看到的那样，此时，密封凸缘略沿径向向外挤出。
图2，连带图2a，此时描述了密封凸缘46的非常正常的环形凸缘的构形。它也适合于如图3的第二实施形式。此时，密封凸缘仅仅各自通过布置至少一第二密封元件而被改进。按照图3a，在密封凸缘46的朝向收集器的一侧，在其沿径向向外的一端，设置一回弹部分(Ruecksprung)66，它在正常情况下沿径向环绕，但是可分割成沿周向分布的段。同样，回弹部分也可以与图3a不同，有一与矩形不同的横截面。重要的是，它可以在外面包围连接接管14的外法兰38。
在按照本发明的管接头中，典型的安装方式如下：
首先将密封件28的插接套筒44尽可能整个向连接接管14上的第二阶梯20移动，一直到最好使密封凸缘46的朝向收集器的一侧与外法兰38的自由端面41接触。以后就将管路16移入插接套筒44中，并且最好也一直到使外卷边36与密封凸缘46的自由端面50接触。与参考图4至4b说明的传统的O形圈的安装方式相比，它可以用小得多的安装力以大得多的可靠性得到具有高的密封功能的符合规定的管接头，而不会无意地忘掉放入密封件28。于是，在最终的管接头状态，可用连接夹42或其它夹紧装置固定最终的安装状态，而不需要像在O形圈的情况那样，在忽略密封凸缘46的比较小的变形力时，考虑再次力图分开的力，该变形力可比较图2连周围2a，由径向的向外拱出64清楚地看出。当安装过程不同于O形圈的情形时，插接套筒44在达到上述轴向延伸之前实际上不再会改变它在环形间隙22中的位置。
通常并且特别是在所有三个实施例中，径向压紧还可由此进一步促进，即在连接接管14的第一阶梯18的范围内，在管路16的自由端32上还形成一沿径向向内延伸的阶梯68，它最好有一具有小的通常为10°-20°的安装角的斜坡，当径向压紧插接套筒44时，第一阶梯的过渡台肩可在其上进入连接接管14的第二阶梯。此外，管路16的自由端32在外面设有一用作导入斜坡的棱角70，以便在导入插接套筒44中时，后者不会被它损伤。

Claims (15)

1．机动车热交换器的收集器(2)与将内部的热交换液送至收集器(2)或从收集器(2)引出的管路(16)之间的管接头，其中：
在收集器(2)上的向外伸出的连接接管(14)-它特别由铝或铝合金组成-有一靠近收集器的狭的横截面(30)和一远离收集器的宽的横截面(34)，管路(16)的自由端(32)与狭的横截面形锁地接合，宽的横截面在连接接管(14)的内表面(24)与管路(16)的外表面(26)之间形成一环形间隙(22)，以用于部分地接纳一按环形包围管路(16)的、具有一(第一)密封元件(48；48a、b、c)的密封件(28)，该密封元件特别有O形圈的功能，密封成既抵抗内部的超压，又抵抗内部的负压；
在连接接管(14)的自由端(40)上设置一特别作为周向卷边的外法兰(38)；以及
在-特别是由铝或铝合金组成的-管路(16)-它特别有一在15～22mm的范围内的外径和一0.7～2mm的壁厚-上，形成一与外法兰(38)的外端面(41)相对的镦粗的外卷边(36)，它在管接头的最终安装状态通过夹紧装置特别是一个连接夹(42)被压紧，靠在外法兰(38)的外端面(41)上，
其特征为，密封件(28)
形成一与远离收集器侧的宽的横截面(34)接合的插接套筒(44)；
在其靠近收集器的周向区，形成(第一)密封元件(48；48a、48b、48c)；以及
在其远离收集器的周向区，设置一密封凸缘(46)，后者在连接接管(14)的外法兰(38)与管路16的外卷边(36)之间用夹紧装置(42)沿轴向被上紧。
2．如权利要求1的管接头，其特征为，在插接套筒(44)的靠近收集器的一端形成(第一)密封元件(48；48a、48b、48c)，和/或在远离收集器的一端形成密封凸缘(46)。
3．如权利要求1或2的管接头，其特征为，用于径向压紧的、在插接套筒(44)上具有过渡斜坡的(第一)密封元件在朝收集器(2)方向横截面沿径向向外和/或沿径向向内扩大。
4．如权利要求3的管接头，其特征为，(第一)密封元件(48，48a)做成O形圈形。
5．如权利要求3的管接头，其特征为，(第一)密封元件(48)形成一对径向向内和径向向外的密封唇(56a、56b)，密封唇在收集器侧可从内部受到压力的作用，其中，径向向内的密封唇(56a)有一沿径向向内对着管路(16)的径向预紧，而径向向外的密封唇(56b)则有一沿径向向外对着连接接管(14)的径向预紧。
6．如权利要求1至5的任一项的管接头，其特征为，插接套筒(44)设有沿轴向一组至少两个的(第一)密封元件(48a、b、c)。
7．如权利要求1至6的任一项的管接头，其特征为，在密封件(28)的密封凸缘(46)上和/或在密封凸缘(46)至插接套筒(44)的过渡区内，形成至少一个可沿轴向压紧的、局部环绕的第二密封元件(52，52a)。
8．如权利要求7的管接头，其特征为，第二密封元件(52，52a)作为只沿轴向的凸起形成。
9．如权利要求7和8的管接头，其特征为，有一对凸起(52，52a)，其中，一个凸起(52)相对于外卷边(36)布置，而最好是沿径向进一步靠外放置的另一个凸起(52a)则相对于外法兰(38)布置。
10．如权利要求1至9的任一项的管接头，其特征为，至少在靠近收集器的第一密封元件(48)或在有多个第一密封元件(48a、b、c)时的最远离收集器的密封元件(48c)与密封凸缘(46)之间的过渡区，插接套筒(44)用径向的面压紧布置。
11．如权利要求1至10的任一项的管接头，其特征为，插接套筒(44)过渡至其密封凸缘(46)的外轮廓与连接接管(14)的过渡至其外法兰(38)的逐步扩大的内轮廓楔形相配。
12．如权利要求10和在必要时如权利要求11的管接头，其特征为，在面压紧区和/或在插接套筒(44)的外轮廓与连接接管(14)的内轮廓之间的接触区有毛细管中断(62)。
13．如权利要求1至12的任一项的管接头，其特征为，在密封凸缘(46)的外边缘区形成一密封凸缘(46)的最好是环绕的回弹部分(66)，后者蔓延至外法兰(38)的外缘。
14．用于制造如权利要求1至13的任一项的管接头的方法，其特征为，首先将密封件(28)以其插接套筒(44)插入连接接管(14)的自由端，然后将管路(16)的自由端插入插接套筒(44)，接着将密封凸缘夹紧在连接接管(14)的外法兰(38)与管路(16)的外卷边(36)之间。
15．如权利要求14的方法，其特征为，将密封件(28)的插接套筒(44)插在连接接管(14)中，直至密封凸缘(46)与外法兰(38)接触，和/或将管路(16)插在密封件(28)的插接套筒(44)中，直至管路(16)的外卷边(36)与密封凸缘(46)接触。
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