JP2013508615A - 排ガス熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な構造を有して低コストで製造可能な排ガス熱交換器を提示する。
【解決手段】 排ガス流を供給および／または排出するための少なくとも１つのディフューザ（２）、一端が底部（１４）に結合されて軸方向に延在する交換器管を備えた交換器領域（４）、非耐高温性の材料、特にプラスチックまたはアルミニウムで形成されて冷媒が貫流し得るハウジング（８）、を具備する排ガス熱交換器、特に自動車用の排ガス熱交換器を改良して、結合要素（１６）が部分的に前記ハウジング（８）内へ埋め込まれており、前記結合要素（１６）を前記ハウジング（８）に固定でき、前記結合要素（１６）が第１の材料結合領域（２１）において材料結合によって前記底部（１４）に結合されており、この底部が第２の材料結合領域（２２）において材料結合によって前記ディフューザ（２）に結合されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、特に自動車用の排ガス熱交換器であって、排ガス流を供給および／または排出するための少なくとも１つのディフューザ、一端が底部に結合されて軸方向に延在する交換器管を備えた交換器領域、非耐高温性の材料、特にプラスチックまたはアルミニウムで形成されて冷媒が貫流し得るハウジングを具備する排ガス熱交換器に関する。さらに、本発明は、この種の排ガス熱交換器を製造するための方法に関する。
特許文献１で開示されている排ガス冷却器の場合、前記ハウジングが、螺着要素によってシール要素を中間接続することでディフューザおよび／または底部に結合されている。ハウジング内への入熱を防止するために、前記ハウジングとディフューザおよび／または底部との結合は、ろう付けまたは溶着によるものであってはならない。特許文献２によって、金属製中空体からなる流路を備えた給気冷却器が公知であり、この流路は、それぞれ共通の管床を構成するためにその長手方向端側においてプラスチックでインサート成形されている。
独国特許出願公開第１０２００７０３１４１９号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０４０８５１号明細書
本発明の課題は、簡単な構造を有して低コストで製造可能な排ガス熱交換器を提示することである。
上記課題は、請求項１に記載の排ガス熱交換器と、請求項９に記載の排ガス熱交換器を製造するための方法によって解決される。
排ガス流を供給および／または排出するための少なくとも１つのディフューザ、一端が底部に結合されて軸方向に延在する交換器管を備えた交換器領域、非耐高温性の材料、特にプラスチックまたはアルミニウムで形成されて冷媒が貫流し得るハウジングを具備する特に自動車用の排ガス熱交換器において、結合要素が部分的に前記ハウジング内へ埋め込まれており、これにより、前記結合要素を前記ハウジングに固定でき、その際、前記結合要素が第１の材料結合領域において材料結合によって前記底部に結合されており、前記底部が第２の材料結合領域において材料結合によって前記ディフューザに結合されていることによって解決される。このことは、前記公知の螺着要素を必要としなくなるという利点を供する。それに加えて、前記材料結合によって密封性を改善することができ、これにより、状況に応じて前記従来のシール要素の１つまたは両方を省くことができる。この排ガス熱交換器は、好ましくは排ガス冷却器として実施される。前記ディフューザ内にバイパスフラップを組み込んでおくことも可能である。前記交換器領域は、好ましくは両端がそれぞれ１つの底部によって画定される。
前記排ガス熱交換器の好適な１実施例は、前記結合要素がフレームとして実施されていることを特徴とする。前記フレームの形態は、前記第１の材料結合領域において前記底部の形態に適合されている。前記第２の材料結合領域では、前記底部の形態が前記ディフューザの形態に、あるいはその逆に適合されている。
前記排ガス熱交換器のさらに別の好適な実施例は、前記結合要素がフランジ状の結合周縁領域を有し、この結合周縁領域が、前記第１の材料結合領域において、前記底部に構成されたフランジ状の底部周縁領域に溶着されていることを特徴とする。前記両周縁領域は、好ましくは外部周縁領域である。前記材料結合は、好ましくはレーザ溶接によって実現される。
前記排ガス熱交換器のさらに別の好適な実施例は、前記ディフューザがディフューザ縁部領域を有し、このディフューザ縁部領域が前記第２の材料結合領域において前記底部に溶着されていることを特徴とする。前記材料結合は、好ましくはレーザ溶接によって実現される。
前記排ガス熱交換器のさらに別の好適な実施例は、前記両材料結合領域が前記底部の相異なる平面に配置されていることを特徴とする。前記相異なる平面におけるこの配置は、好ましくは、前記両材料結合領域が、前記溶着を実施するために同時にまたは相前後して良好にアクセス可能であるように構成されている。
前記排ガス熱交換器のさらに別の好適な実施例は、前記ハウジングがプラスチックまたはアルミニウムで形成されており、かつ、前記結合要素が特殊鋼で形成されていることを特徴とする。前記ハウジングは、好ましくはプラスチック製の射出成形部品として形成されている。
前記排ガス熱交換器のさらに別の好適な実施例は、前記結合要素が部分的に、前記ハウジングを形成している材料でインサート成形されていることを特徴とする。前記材料は、好ましくはプラスチック材料であり、このプラスチック材料から前記ハウジングが射出成形法で製造され、同時にまた前記結合要素が部分的にインサート成形される。
前記排ガス熱交換器のさらに別の好適な実施例は、前記ディフューザが金属、特に金属薄板または金属鋳造材料で形成されていることを特徴とする。前記ディフューザは、前記第２の形状結合領域において同様にフランジ状の周縁領域を有することができる。
前述の排ガス熱交換器を製造するための方法において、前記課題は、代替的または追加的に、前記ハウジングの射出成形時に、射出成形により前記ハウジングが形成される前記材料を用いて前記結合要素が部分的にインサート成形されることで解決される。好ましくは、前記ハウジングは、その中に前記結合要素が部分的に埋め込まれるように射出成形法で製造される。
前記方法の好適な１実施例は、前記底部が前記第１の材料結合領域において前記結合要素に溶着され、その後、前記底部が前記第２の材料結合領域において前記ディフューザに溶着されることを特徴とする。前記溶着は、好ましくは、順次、前記両材料結合領域においてレーザ溶接によって行われる。
本発明のその他の利点、特徴および詳細については下記説明によって明らかにし、下記説明では、図面を参照しながら様々な実施例について詳述する。
本発明に係る排ガス熱交換器の分解図である。 底部を結合要素に溶接した後の、図１の排ガス熱交換器のハウジングを示す。 ディフューザを前記底部に溶接した後の図２のハウジングを示す。 図２および図３の溶接結合部を示す断面図である。
図１から図４には、排ガス熱交換器１が様々な図面あるいは組立状態または製造状態で示されている。前記排ガス熱交換器１はディフューザ２と交換器領域４とを含む。前記交換器領域４は、好ましくは、一方向に延びている多数の交換器管を含み、プラスチック製またはアルミニウム製のハウジング８内に格納されている。前記交換器管の端部は、前記交換器領域４の一端において底部１０に溶着されている。
前記交換器領域４内の貫流は偏向キャップ１１によって偏向され、この偏向キャップは前記底部１０に溶着しておくことができる。前記底部１０と前記偏向キャップ１１は、組み立てられた状態で、前記交換器領域４の前記交換器管の、前記底部１０とは反対側の端部が底部１４に連通するように、前記ハウジング８内に配置されており、この底部に前記交換器管のこれらの端部は溶着されている。前記ハウジング８内の前記底部１０と１４との間の前記交換器領域４において前記交換器管の周囲を冷媒が貫流し、これにより、前記交換器管の中を流れる排ガス流を冷却することができる。
本発明の基本的な１態様において、結合要素１６が、特殊鋼製のフレーム１８の形態で、インサート成形によって部分的に前記ハウジング８内に埋め込まれている。前記ハウジング８は、好ましくは、射出成形法でプラスチックから製造されている。その際、前記結合要素１６となる前記フレーム１８は、射出成形金型に挿入され、部分的にプラスチックでインサート成形される。
図２には、前記底部１４が、第１の材料結合領域２１においてレーザ溶接によって前記フレームあるいは前記結合要素１６に溶着されることが示されている。その際、前記第１の材料結合領域２１は、適当なレーザ溶接装置によって良好にアクセス可能であるように、それぞれ前記フレーム１８と前記底部１４との外部周縁領域に配置されている。
図３には、前記ディフューザ２が、第２の材料結合領域２２において、好ましくは同様にレーザ溶接によって前記底部１４に溶着されることが示されている。その際、前記第２の材料結合領域２２もまた、前記レーザ溶接装置によって良好にアクセス可能である。
図４には、前記両材料結合領域２１、２２の断面が示されている。この断面図から、前記交換器領域４の交換器管２４が、一端において材料結合、好ましくは溶接によって前記底部１４の底部基体２５に結合されていることが見て取れる。前記底部基体２５は、ほぼ平板の形態を有して貫通孔を備えており、これらの貫通孔を通って前記排ガス流が前記交換器領域４の前記交換器管２４内に達する。
前記底部１４と前記ハウジング８との間を封止するために、シール２６が前記ハウジング８の、矩形の環状断面を有する環状溝内に収容されている。前記シール２６から少し離間したところに、ブリッジ２８がインサート成形によって前記ハウジング８内に埋め込まれている。前記ブリッジ２８は、前記フレーム１８の一部であり、フランジ状の結合周縁領域３１に一体的に結合されている。
前記フランジ状の結合周縁領域３１において、前記フレーム１８は、前記第１の材料結合領域２１で前記底部１４の底部周縁領域３２に溶着されている。前記底部周縁領域３２は、別の平面において、前記底部１４の前記底部基体２５に対してほぼ平行に延在する。
前記底部基体２５の外周において、前記底部１４は、前記第２の材料結合領域２２で前記ディフューザ２のディフューザ縁部領域３５に溶着されている。図４から見て取れるように、前記第１の材料結合領域２１も前記第２の材料結合領域２２も、レーザ溶接装置によって良好にアクセス可能であり、これにより、溶接に必要な熱エネルギーをレーザ放射の形で前記両材料結合領域２１、２２内へ送り込むことができる。
内部に前記結合要素１６またはフレーム１８が埋め込まれた前記ハウジング８を製造する際、前記シール２６もまた直接前記ハウジング８内へ注入することができる。前記シール２６は、好ましくはエラストマープラスチック材料で形成されている。
前記排ガス熱交換器１を製造するために、まず、前記交換器領域４の前記交換器管が前記底部１０と１４との間に配置される。前記底部１０と１４との間に前記交換器管をこのように配置することは、交換器管の嵌め込みとも呼ばれる。これに続いて、前記交換器管の端部が、前記底部１０、１４に好ましくはレーザ溶接によって溶着される。それに続くシール試験の後、前記偏向キャップ１１が前記底部１０に溶着される。
それに続いて、前記交換器領域４は、前記底部１０および１４ならびに前記偏向キャップ１１と共に前記ハウジング８内へ挿入することができる。次に、前記ハウジング８をレーザ溶接装置内に位置決めすることができる。続いて、前記ディフューザ２が前記底部１４上に位置決めされる。最後に、相前後してまたは同時に、前記底部１４を前記フレーム１８あるいは前記結合要素１６に溶着すること、および前記ディフューザ２を前記底部１４に溶着することが実施できる。最終的なシール試験を行った後、前記排ガス熱交換器１は完成する。
１ 排ガス熱交換器
２ ディフューザ
４ 交換器領域
８ ハウジング
１０ 底部
１１ 偏向キャップ
１４ 底部
１６ 結合要素
１８ フレーム
２１ 第１の材料結合領域
２２ 第２の材料結合領域
２４ 交換器管
２５ 底部基体
２６ シール
２８ ブリッジ
３１ 結合周縁領域
３２ 底部周縁領域
３５ ディフューザ縁部領域

Claims (10)

  1. 排ガス流を供給および／または排出するための少なくとも１つのディフューザ（２）、
    一端が底部（１４）に結合されて軸方向に延在する交換器管を備えた交換器領域（４）、
    非耐高温性の材料、特にプラスチックまたはアルミニウムで形成されて冷媒が貫流し得るハウジング（８）、
    を具備する排ガス熱交換器、特に自動車用の排ガス熱交換器において、
    結合要素（１６）が部分的に前記ハウジング（８）内へ埋め込まれており、これにより、前記結合要素（１６）を前記ハウジング（８）に固定でき、その際、前記結合要素（１６）が第１の材料結合領域（２１）において材料結合によって前記底部（１４）に結合されており、この底部が第２の材料結合領域（２２）において材料結合によって前記ディフューザ（２）に結合されていることを特徴とする排ガス熱交換器。
  2. 前記結合要素（１６）がフレーム（１８）として実施されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス熱交換器。
  3. 前記結合要素（１６）がフランジ状の結合周縁領域（３１）を有し、この結合周縁領域が、前記第１の材料結合領域（２１）において、前記底部（１４）に構成されたフランジ状の底部周縁領域（３２）に溶着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス熱交換器。
  4. 前記ディフューザ（２）がディフューザ縁部領域（３５）を有し、このディフューザ縁部領域が前記第２の材料結合領域（２２）において前記底部（１４）に溶着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス熱交換器。
  5. 前記両材料結合領域（２１、２２）が前記底部（１４）の相異なる平面に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排ガス熱交換器。
  6. 前記ハウジング（８）がプラスチックまたはアルミニウムで形成されており、かつ、前記結合要素（１６）が特殊鋼で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排ガス熱交換器。
  7. 前記結合要素（１６）が部分的に、前記ハウジング（８）を形成している材料でインサート成形されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガス熱交換器。
  8. 前記ディフューザ（２）が金属、特に金属薄板または金属鋳造材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排ガス熱交換器。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の排ガス熱交換器（１）を製造するための方法であって、前記ハウジング（８）の射出成形時に、射出成形により前記ハウジング（８）が形成される前記材料を用いて前記結合要素（１６）が部分的にインサート成形されることを特徴とする方法。
  10. 前記底部（１４）が前記第１の材料結合領域（２１）において前記結合要素（１６）に溶着され、その後、前記底部（１４）が前記第２の材料結合領域（２２）において前記ディフューザ（２）に溶着されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
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