JP2007507679A - 自動車用給気冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造費をさして高めることなく一層高い温度および圧力に集合箱が耐えるように熱交換器を改良する。
【解決手段】 自動車用の熱交換器、特に商用車用の熱交換器、特に給気冷却器であって、管末端を有する管（５）と特に管（５）の間に配置されるフィン（６）とからなる１つの熱交換器ブロック（２）と媒体を導入または排出するための側部に配置される少なくとも１つの集合箱（３、４）とを有し、前記少なくとも１つの集合箱（３、４）が、管末端を受容するための穴を備えた１つの底と１つの蓋と１つの入口嵌め管または出口嵌め管（７、１１）とを有し、集合箱（３、４）が少なくとも部分的に金属半製品のハイドロフォーム（ＩＨＵ）によって製造されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車用、例えば商用車用の熱交換器（特に給気冷却器）であって、管末端を有する管と特に管の間に配置されるフィンとからなる１つの熱交換器ブロックと媒体を導入または排出するための側部に配置される少なくとも１つの集合箱とを有し、前記少なくとも１つの集合箱が、管末端を受容するための穴を備えた１つの底と１つの蓋と１つの入口嵌め管または出口嵌め管とを有する熱交換器に関する。

今日の自動車用の例えば給気冷却器等の熱交換器は、しばしば１つの蝋付熱交換器ブロックを有し、この熱交換器ブロックは扁平管と波形フィンと管末端を受容する管底とで構成されている。管底に集合箱、例えばいわゆる空気箱が載置されてこれと密封結合されている。集合箱は‐商用車でも‐しばしばプラスチックから製造され、管底と機械式に結合され、例えばゴムシール付きのフレア結合によって結合されている。一部では集合箱がアルミニウム鋳物箱としても構成されており、これはやはりアルミニウム素材から製造される管底と溶接されている。プラスチック製空気箱を有する給気冷却器は例えば本出願人の特許文献１および特許文献２により公知である。将来の開発で予想されるように給気温度が高く、例えば摂氏２２０度を超える場合、プラスチック製空気箱は圧力および温度からの応力にもはや耐えられず、こうした場合金属素材、例えばアルミニウム鋳物製の空気箱が利用される。これらの鋳物製空気箱は、多様に造形する可能性を提供するがきわめて手間と費用のかかる金型鋳造法で製造される。
独国特許出願公開第１９９５３７８５号明細書 独国特許出願公開第１９９５３７８７号明細書 独国特許出願公開第１０２０４１０７号明細書 独国特許出願公開第１９５３２８６０号明細書

本発明の課題は、製造費をさして高めることなく一層高い温度および圧力に集合箱が耐えるように熱交換器を改良することである。

この課題は、集合箱が少なくとも部分的に金属半製品のハイドロフォームによって製造されていることによって解決される。

発明の実施形態

本発明によれば、少なくとも１つの集合箱の少なくとも一部が１つの半製品からハイドロフォーム（ＩＨＵ）によって製造される。金属半製品を使用することによって、温度および圧力に基づいて現れる応力は制御することができる。さらに、費用のかかる金型鋳造法は避けられ、その代わりに、安価なＩＨＵ法によって成形される安価な半製品が使用される。

ハイドロフォーム、いわゆるＩＨＵ法は、例えば特許文献３により、ＩＨＵ法によって膨張条溝が形成される排気熱交換器の金属ハウジングについて知られている。ハイドロフォームとも称されるいわゆるＩＨＵ法では、閉じられたハウジング部分が液状圧力媒体（水）によって「膨らまされ」る。被成形部品は相応する輪郭の工具型に挿入され、次に内部から圧力液体が付加され、ハウジングの材料が工具の輪郭に当接することになる。

本発明の有利な１構成によれば、蓋のみが１つの半製品からＩＨＵで成形され、かつ従来の管底と溶接される。この措置は、有利にはアルミニウム圧延板が蓋用半製品として使用されるとき特に、製造費の低下を既にもたらす。

本発明の有利な他の構成において蓋も管底も１つの半製品からＩＨＵ法によって製造することができる。管底の一体化は、底と蓋が同じ半製品、有利には押出アルミニウム管から製造されるので、さらなる費用低下をもたらす。底と蓋とからなる集合箱全体の造形はＩＨＵ法によって行うことができ、これにより造形に関して数多くの可能性が得られる。

本発明の他の有利な１構成によれば、底と蓋と嵌め管とからなる集合箱全体が１つの半製品からＩＨＵによって一体に製造される。これは有利には押出アルミニウム半製管を使用して行われ、この半製管は集合箱用接続嵌め管を形成するためにまず予め曲げ加工され、嵌め管は残りの空気箱に対してその方向を保つ。その後、例えば円形の半製品に外部からの圧力によって縦条溝が、すなわち集合箱の長さの一部にわたって設けられ、嵌め管から反対側の正面にかけて先細の集合箱横断面が得られる。この造形は集合箱内での媒体の流れを促進する。さらに、集合箱のこの扁平化によって自動車内で組込条件が改善される利点が得られる。最終形状はＩＨＵによって、半製品材料を内部から高圧によって工具の輪郭に加圧することによって行われる。本発明により製造されるこの集合箱の利点は、使用される半製品材料および閉じられた横断面のゆえに高い耐熱性および耐内部圧力強さと、安価なＩＨＵ法のゆえに僅かな製造費とにある。

嵌め管は有利には集合箱の正面側延長部として構成されている。この変更態様において、正面側嵌め管の変わりに、または正面側嵌め管を補足して、１つの嵌め管が側部で集合箱に配置され、特に集合箱に溶接または蝋付されている。

本発明の有利な１構成によれば、嵌め管とは反対側の正面は１つの蝋付可能な蓋によって閉鎖されている。こうして密封かつ耐圧性結合と集合箱の成端が達成される。

他の有利な１構成によれば、嵌め管が集合箱の延長部として構成され、および／または集合箱の１つの正面を嵌め管が覆う。

本発明の他の有利な１構成によれば、集合箱の底の穴、いわゆる管保持部が穴明けによって、しかも特に、本出願人の特許文献４から公知な液圧内部高圧に抗した穴明けによって製造される。この方法は「純技術的」作製という利点を提供する。というのも、集合箱の造形用にも管保持部の製造用にも液圧内部高圧が構成され、同じ諸装置が使用可能であるからである。これは製造費を低下させ、さらに事情によっては非切削加工の利点を有する。

有利な１変更態様によれば、底の穴は選択的に予備穴明けされ、穴抜きによって製造され、穴抜きは特別好ましくは液圧内部高圧に抗して行なわれる。これも製造費を低下させ、さらに事情によっては非切削加工の利点を有する。

集合箱は主に、特に連続的に２ｍｍ〜５ｍｍ、特別好ましくは３ｍｍ〜４ｍｍの肉厚で実施されている。これにより、作製支出を不当に高めることなく特に熱交換器の耐圧安定性が高められる。

有利な実施によれば、底が湾曲部を有し、および／または集合箱が特に連続的に段差および／または屈曲のない横断面を有する。これにより集合箱は圧力付加の場合事情によっては僅かに変形され、その耐圧安定性が高められる。その際特別有利には、底の湾曲部の曲率半径は特に連続的に１００ｍｍ〜４００ｍｍ、主に２００ｍｍ〜３００ｍｍである。蓋への移行領域で底の曲率半径は、ここでは横断面で見て、主に５ｍｍ〜２０ｍｍ、特別好ましくは１０ｍｍ〜１５ｍｍである。単数または複数のパラメータを前記範囲内に保つと、本発明に係る熱交換器は事情によっては特別高い耐圧安定性を有する。

本発明の１実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。

図１が示す本発明に係る給気冷却器１は１つの熱交換器ブロック２と両側に配置される空気箱３、４とを備えている。熱交換器ブロック２は扁平管５と扁平管の間に配置される波形フィンとからなり、波形フィンは周囲空気が溢流する。管５は空気箱３、４に注ぎ、空気箱および波形フィン６と蝋付されている。管５、波形フィン６および空気箱３、４の全部品はアルミニウム合金からなる。両方の空気箱３、４のそれぞれは一体に構成され、３つの区域（空気箱４について説明）、つまり１つの接続嵌め管７と１つの円筒状（非円筒状）部分８と１つの円錐状もしくは扁平にされた部分９とからなり、最後に指摘した部分は空気箱４の縦方向に延びる１つの縦条溝１０を有する。嵌め管７は、直線的空気箱部分８に一直線に並んで続く１つの直線部分７ａと、約９０°〜１２０°曲がった１つの曲管部７ｂとを有する。空気箱３は空気箱４に対して鏡像的に構成されており、１つの給気入口嵌め管１１を有する。自動車の図示しない圧縮機によって圧縮されて高い温度を有する給気は入口嵌め管１１に流入し、空気箱３にわたって分布し、熱交換器ブロック２もしくはその管５を１方向に流通し、反対側の空気箱４内に達し、そこから給気は出口嵌め管７から流出する。この事例において給気冷却器１は対称に構成されているので、逆の流れ方向、すなわち嵌め管７への流入と嵌め管１１からの流出が同様に可能である。給気冷却器１は‐冒頭で引用した技術の現状から知られているように‐自動車の前側エンジンルーム内に、しばしば冷却モジュールの一部として配置されている。

図２が示す図１による給気冷却器１の隅領域は空気箱４を備えており、この空気箱に管５が注ぐ。熱交換器ブロック２は横方向が側部品１２によって密閉されている。空気箱４が有する正面１３は蝋付蓋１４によって閉鎖されている。この正面１３に縦条溝１０の断面を明確に認めることができる。

図３はほぼ図１の切断線ＩＩＩ‐ＩＩＩの領域および管５の領域における空気箱４の断面を示しており、管５は省かれている。空気箱４は、閉じた管、押出アルミニウム半製管から製造されているので、閉じた一体な横断面１５を有する。横断面１５は、僅かに外方に湾曲した１つの底領域１５ａとこれにほぼ垂直に延びる２つの壁領域１５ｂ、１５ｃと底領域１５ａとは反対側で条溝１０を設けられた１つの条溝領域１５ｄとを特徴としている。壁領域１５ｂ、１５ｃとこれに続く条溝領域１５ｄは空気箱４の「蓋」を形成し、底領域１５ａは「底」を形成する。それとともに底と蓋は一体化されており、両方で空気箱４を形成する。僅かに湾曲した底１５ａの内部に縦長の穴１６が設けられており、この穴はその横断面が管５もしくは管末端の横断面に一致しており、管もしくは管末端はこれらの穴に蝋付される。横断面１５は横断面積１７を有する。

図４は円筒状区域８の領域で図１のＩＶ‐ＩＶ線に沿った空気箱４の他の断面図である。空気箱４は領域８内に閉じた横断面１８を有し、この横断面は僅かに湾曲した底１８ａと部分的に湾曲し部分的に直線状に延びる１つの蓋領域１８ｂとを特徴としている。図示しない管を受容するための１つの縦長穴１９（管保持部）が底１８ａに配置されている。この横断面１８からも蓋と底との一体化を認めることができる。組込上の理由から扁平部品９（図１参照）を省くことができるとき、その全長にわたって横断面１８、すなわち一定した横断面として空気箱４を構成することも可能である。

空気箱４および空気箱３の製造は以下の方法に従って行われる。出発材料はアルミニウム半製管であり、これはその肉厚に関して給気冷却器の圧力および温度負荷に適合されている。円形横断面を有する押出半製管はまず長さを短くされ（長さに切断され）、次に接続嵌め管（７、１１）が予め曲げ加工され、すなわち接続嵌め管はこの方法ステップにおいてその曲げ半径とその方向とを保つ。その後、管は装置に挿入され、図示しない楔状工具により外部からの圧力によって最終的縦条溝１０の予備成形を受ける。引き続き管はハイドロフォーム用工具型に挿入され、内部高圧を付加され、管の管壁が工具型の内側輪郭に当接する。こうして空気箱（４、３）の最終的形状が達成される。縦条溝１０は‐図１に示すように‐空気箱４の長さの一部にわたってのみ延設されているが、しかし全長の全体にわたってまたは一層少ない部分にのみ延設することもできる。条溝１０は‐図１からも認めることができるように‐円錐状に構成されており、すなわちその奥行および幅は嵌め管７から離れた方の空気箱４の末端の方向で増加している。縦条溝１０の横断面は図３から認めることができ、幅Ｂと奥行Ｔと灰色にされた横断面積１０ａとを特徴としている。横断面積１０ａは嵌め管７から出発する方向で増加している。すなわち、空気箱４の横断面積１７は入口嵌め管もしくは出口嵌め管７からの距離が増すのに伴い小さくなるのに対して、空気箱４の円周は実質的に一定に留まり、もしくは最大で１０％〜１５％の範囲だけ増加する。この横断面減少が空気箱内の流れ条件に対処する。というのも、給気の容積流は管分布のゆえに嵌め管の方向で増加するからである。しかし区域９の領域での空気箱４の傾斜は、この領域に空間を得るために組込上の理由からも行われる。

空気箱４の底１５の穴１６（図３参照）は主に穴明けによって製造することができ、金型の代わりに横断面の内部に液圧内部高圧が構成される。管に管保持部を製造するためのこの方法は本出願人の特許文献４により公知である。それは切屑なしの製造という利点を提供する。さらに、空気箱３、４のハイドロフォーム用と同じ装置を使用することができる。

本発明に係る給気冷却器を示す。 本発明に係る図１による給気冷却器の隅部分を示す。 図１、図２による給気冷却器の空気箱の第１横断面図である。 空気箱の第２横断面図である。

符号の説明

１ 給気冷却器
２ 熱交換器ブロック
３、４ 空気箱
５ 扁平管
６ 波形フィン
７、１１ 嵌め管
１０ 縦条溝
１０ａ 横断面積
１２ 側部品
１３ 正面
１４ 蝋付蓋
１５ 横断面
１５ａ 底領域
１５ｂ、１５ｃ 壁領域
１５ｄ 条溝領域
１６ 穴
１７ 横断面積
１８ 横断面
１８ａ 底
１８ｂ 蓋領域
１９ 縦長穴

Claims (21)

1. 自動車用の熱交換器、特に商用車用の熱交換器、特に給気冷却器であって、管末端を有する管（５）と特に管（５）の間に配置されるフィン（６）とからなる１つの熱交換器ブロック（２）と媒体を導入または排出するための側部に配置される少なくとも１つの集合箱（３、４）とを有し、前記少なくとも１つの集合箱（３、４）が、管末端を受容するための穴を備えた１つの底と１つの蓋と１つの入口嵌め管または出口嵌め管（７、１１）とを有し、集合箱（３、４）が少なくとも部分的に金属半製品のハイドロフォーム（ＩＨＵ）によって製造されていることを特徴とする熱交換器。
2. 蓋のみがＩＨＵによって製造され、底と溶接されていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
3. 半製品が圧延アルミニウム板であることを特徴とする、請求項２記載の熱交換器。
4. 蓋と底のみがＩＨＵによって半製品から一体に製造され、嵌め管（７、１１）と素材接合式に結合され、特に溶接または蝋付されていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
5. 底と蓋と嵌め管がＩＨＵによって一体に製造されていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
6. 半製品が押出アルミニウム管であることを特徴とする、請求項４または５記載の熱交換器。
7. 嵌め管（７、１１）がＩＨＵプロセス前に予め曲げ加工されていることを特徴とする、請求項５または６記載の熱交換器。
8. 集合箱（４）の蓋の一部（９）が、（外部からの）圧力および／または（内部からの）ＩＨＵによって製造される１つの縦条溝（１０）を有することを特徴とする、請求項４〜７のいずれか１項記載の熱交換器。
9. 縦条溝（１０）が円錐状に構成され、縦条溝の横断面（１０ａ）が嵌め管（７）から離れる方向で増加する一方、集合箱（４）の横断面積（１７）が減少していることを特徴とする、請求項８記載の熱交換器。
10. 集合箱（４）がＩＨＵプロセス後に少なくとも１つの開口正面（１３）を有し、この正面が蝋付可能な蓋（１４）によって閉じられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の熱交換器。
11. 底（１５）の穴が穴明けによって、特に液圧内部高圧に抗した穴明けによって製造されていることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれか１項記載の熱交換器。
12. 底（１５）の穴がＩＨＵ前の予備穴明け、および／または穴抜き、特に液圧内部高圧に抗した穴抜きによって製造されていることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれか１項記載の熱交換器。
13. 集合箱の肉厚が少なくとも一部では、主に大部分で、２ｍｍよりも大きく、特に３ｍｍよりも大きいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
14. 集合箱の肉厚が少なくとも一部では、主に大部分で、５ｍｍよりも小さく、特に４ｍｍよりも小さいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
15. 底が湾曲部を有し、湾曲部の曲率半径が少なくとも一部では、主に大部分で、１００ｍｍよりも大きく、特に２００ｍｍよりも大きいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
16. 底が湾曲部を有し、湾曲部の曲率半径が少なくとも一部では、主に大部分で、４００ｍｍよりも小さく、特に３００ｍｍよりも小さいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
17. 底が蓋への移行領域に湾曲部を有し、湾曲部の曲率半径が少なくとも一部では、主に大部分で、５ｍｍよりも大きく、特に１０ｍｍよりも大きいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
18. 底が蓋への移行領域に湾曲部を有し、湾曲部の曲率半径が少なくとも一部では、主に大部分で、２０ｍｍよりも小さく、特に１５ｍｍよりも小さいことを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
19. 集合箱が少なくとも一部では、主に大部分で、段差および／または屈曲のない横断面を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
20. 嵌め管が集合箱の正面側延長部として構成され、特に湾曲していることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
21. 嵌め管が側部で集合箱に配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
    
    

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