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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung einer Metallplatte (1) mit Löchern (2) für die Aufnahme von Rohren, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (2) in der Platte (1) durch Stanzprägen mittels eines Stanzprägewerkzeuges erzeugt werden, das von der Schneidkante (4) ausgehend einen sich konisch verjüngenden Abschnitt (5) mit einem Anzug (a) von 0,3 bis 2' für die Erzeugung eines Loches mit von Schuppen freier Umfangswand und anschliessend an diesen konischen Abschnitt (5) einen sich erweiternden Prägeabschnitt (6) besitzt, dessen Umfangswand eine Rotationsfläche mit einer Erzeugenden ist, welche ohne Knick an die Umfangsfläche des konischen Abschnittes (5) anschliesst und einen allmählich oder stufenweise zunehmenden Krümmungsradius (r2, r3) aufweist, um einen im Axialschnitt etwa kreisbogenförmig gerundeten Lochrand (2a) ohne Kante zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Krümmungsradius in einem an die Um fangsfläche des konischen Abschnittes (5) anschliessenden Bereich (B) zwischen 0,4 und 2 mm und vorzugsweise zwischen 0,6 und 1 mm liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der genannte Bereich (B) über einen Winkel (p) von 45 bis 600 erstreckt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sich erweiternde Prägeabschnitt (6) in Achsrichtung gemessen eine Höhe (a) hat, die mindestens gleich dem 1,5fachen des kleinsten Krümmungsradius der genannten Erzeugenden ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sich erweiternde Prägeabschnitt (6) in Achsrichtung gemessen eine Höhe (a) von 0,8 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, hat.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand des sich erweiternden Prägeabschnittes (6) in eine zur Achse senkrechte ebene Fläche (7) übergeht, und zwar an einer Stelle (S), die vom Anschluss an den konischen Abschnitt (5) in Achsrichtung gemessenen einen Abstand (a) von 1 bis 2 mm und senkrecht zur Achse gemessen einen etwa doppelt so grossen Abstand (b) hat.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzug (a) des konischen Abschnittes (5) 1 bis 20 beträgt.
8. Stanzprägewerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es von der Schneidkante (4) ausgehend einen sich konisch verjüngenden Abschnitt (5) mit einem Anzug (a) von 0,3 bis 20 und anschliessend an diesen konischen Abschnitt (5) einen sich erweiternden Prägeabschnitt (6) besitzt, dessen Umfangswand eine Rotationsfläche mit einer Erzeugenden ist, welche ohne Knick an die Umfangsfläche des konischen Abschnittes (5) anschliesst und einen allmählich oder stufenweise zunehmenden Krümmungsradius (rz, r3) aufweist.
9. Stanzprägewerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Krümmungsradius in einem an die Umfangsfläche des konischen Abschnittes (5) anschliessenden Bereich (B) zwischen 0,4 und 2 mm und vorzugsweise zwischen 0,6 und 1 mm liegt.
10. Stanzprägewerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der genannte Bereich (B) über einen Winkel (p) von 45 bis 600 erstreckt.
II. Stanzprägewerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der sich erweiternde Prägeabschnitt (6) in Achsrichtung gemessen eine Höhe (a) hat, die mindestens gleich dem 1,5fachen des kleinsten Krümmungsradius der genannten Erzeugenden ist.
12. Stanzprägewerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der sich erweiternde Prägeabschnitt (6) in Achsrichtung gemessen eine Höhe (a) von 0,8 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm, hat.
13. Stanzprägewerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand des sich erweiternden Prägeabschnittes (6) in eine zur Achse senkrechte ebene Fläche (7) übergeht, und zwar an einer Stelle (S), die vom Anschluss an den konischen Abschnitt (5) in Achsrichtung gemessen einen Abstand (a) von 1 bis 2 mm und senkrecht zur Achse gemessen einen etwa doppelt so grossen Abstand (b) hat.
14. Stanzprägewerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzug (a) des konischen Abschnittes (5) 1 bis 2 beträgt.
15. Metallplatte mit Löchern, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Loch (2) einen im Axialschnitt etwa kreisbogenförmig gerundeten Eintrittsrand (2a) ohne Kante, daran anschliessend einen von Schuppen freien zylindrischen Abschnitt (2b) und an diesen anschliessend einen konischen Stanzausbruch Abschnitt (2c) aufweist.
16. Metallplatte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsrand (2a) der Löcher (2) mit einem Krümmungsradius (rl) von 0,8 bis 5 mm, vorzugsweise etwa 1 mm, gerundet ist.
Metallplatten mit Löchern für die Aufnahme von Roh ren werden beispielsweise, in gegenseitigen Abständen von einigen cm bis etwa 1 m angeordnet, als Stützplatten für
Rohrbündel in Wärmetauschern verwendet. Dabei werden für einen grossen Wärmeaustauscher viele solche Stützplat ten mit jeweils einer Vielzahl von Löchern benötigt.
Nach einem bekannten Verfahren werden solche Platten so hergestellt, dass die Löcher in Pakete von Platten gebohrt werden. Dann müssen die Lochränder aber noch an jeder
Platte einzeln entgratet werden, z.B. durch beidseitiges An senken der Löcher. Das Entgraten ist notwendig, damit die in der Regel aus Kupfer bestehenden Rohre beim Ein schieben in die Löcher und später im Betrieb des Wär metauschers, wobei die Rohre in den Löchern vibrieren, nicht durch Scheuern an scharfen Kanten beschädigt werden können
Es ist offensichtlich, dass dieses Verfahren wegen des er forderlichen beidseitigen Entgratens jedes Loches relativ teuer ist. Zudem können durch das Entgraten, z.B. durch
Ansenken, Kanten kaum vollständig beseitigt, sondern nur allenfalls durch stumpfere Kanten ersetzt werden.
Es besteht also die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstel lung einer Metallplatte mit Löchern für die Aufnahme von
Rohren zu schaffen, mit welchem die geschilderten Nachteile vermieden werden können.
Überraschend ist festgestellt worden, dass befriedigende
Löcher in einer Metallplatte unter bestimmten Bedingungen durch Stanzprägen in kostengünstiger Weise erzeugt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist im Patentanspruch
1 definiert, zweckmässige praktische Ausführungsformen in den Patentansprüchen 2 bis 7.
Mit diesem Verfahren können Löcher erzeugt werden, die einen im Axialschnitt etwa kreisbogenförmig gerundeten
Eintrittsrand ohne Grat sowie einen Austrittrand aufweisen, der wegen des beim Stanzen entstehenden konischen Stanz ausbruchs einen grösseren Durchmesser hat und daher nicht
mit dem in das Loch eingeführten Rohr in Berührung kommt und nicht an diesem reiben kann. Zudem können die Löcher z. B. mit einer numerisch gesteuerten (NC-)Stanzmaschine sehr genau erzeugt werden.
Das Stanzprägen von Löchern ist an sich bekannt, z.B.
für die Erzeugung von konisch angesenkten Schraubenlöchern, wobei aber scharfe Kanten nicht vermieden werden.
Im Axialschnitt etwa kreisbogenförmig gekrümmte Lochränder ohne Kanten können aber durch Stanzprägen auch dann nicht erhalten werden, wenn man anstelle einer konischen Prägefläche am Stanzprägewerkzeug eine im Axialschnitt kreisbogenförmige Prägefläche verwendet, denn mit einer solchen kann nicht tief genug gesenkt werden. Das Stanzprägen ist bisher für die Herstellung von Rohrschützplatten nicht angewandt worden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 ein Stanzprägewerkzeug in Seitenansicht,
Fig. 2 in grösserem Massstab das Detail A von Fig. 1 und
Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein mit dem Stanzprägewerkzeug gemäss Fig. 1 und 2 erzeugtes Loch.
Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Stanzprägewerkzeug dient zur Herstellung einer Metallplatte mit Löchern für die Aufnahme von Rohren, insbesondere einer Stützplatte aus Eisen oder Stahl (oder auch aus Buntmetall) für ein Rohrbündel in einem Wärmetauscher. Ein Ausschnitt aus einer solchen Platte 1 mit einem Loch 2 ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Platte 1 kann eine Dicke von etwa 2 bis 20 mm, z. B.
etwa 8 mm, haben. Das durch Stanzprägen erzeugte Loch 2, dessen Durchmesser z. B. zwischen etwa 5 und 30 mm liegt, besitzt einen im Axialschnitt etwa kreisbogenförmig gerundeten Eintrittsrand 2a ohne Kante (Krümmungsradius rl etwa 0,8 bis 5 mm, je nach der Eindringtiefe des Stanzprägewerkzeuges und den Abmessungen des Prägeabschnittes desselben), an den Rand 2a mit einem gratfreien Übergang anschliessend einen zylindrischen Abschnitt 2b und an diesen wiederum mit einem gratfreien Übergang anschliessend einen konisch sich erweiternden Stanzausbruch-Abschnitt 2c.
Der halbe Konuswinkel des Abschnittes 2c beträgt etwa 5 .
Zum Erzeugen dieses Loches besitzt der Arbeitsteil W des Stanzprägewerkzeuges gemäss Fig. I hinter der kreisförmigen Schneidkante 4 einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 5 mit einem Anzug von 0,3 bis 2 , vorzugsweise I bis 20. Dieser Anzug ist nötig, damit die Umfangswand des zylindrischen Abschnittes 2b des Loches 2 vollkommen glatt und schuppen frei erzeugt wird.
An den konischen Abschnitt 5 schliesst ein sich erweiternder Prägeabschnitt 6 zum Prägen des kantenfrei gerundeten Eintrittsrandes 2a des Loches 2 an.
Die Umfangswand des Prägeabschnittes 6 ist eine Rotationsfläche, deren Form bestimmte Bedingungen erfüllen muss. Insbesondere muss die Erzeugende der Rotationsfläche, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ohne Kick an die Um fangsfläche des konischen Abschnittes 5 anschliessen und einen allmählich oder stufenweise ohne Knick zunehmenden Krümmungsradius aufweisen. In einem unmittelbar an den konischen Abschnitt 5 anschliessenden Bereich B muss dieser Krümmungsradius relativ klein sein, nämlich zwischen 0,4 und 2 mm und vorzugsweise zwischen 0,6 und 1 mm liegen, damit ein kantenfrei gerundeter Lochrand geprägt werden kann. Dieser Krümmungsradius ist weitgehend unabhängig vom Durchmesser des zu erzeugenden Loches 2 und von der Dicke der Metallplatte 1 und auch vom Material dieser Platte.
Mit einem durchgehend so kleinen Krümmungsradius im Prägeabschnitt 6 könnte aber das Stanzprägewerkzeug nicht tief genug in das Loch 2 gesenkt werden. Daher erstreckt sich der Bereich B nur über einen Winkel ,3 von etwa 45 bis 600 und wird ausserhalb des Bereiches B der Krümmungsradius in der Weise grösser, dass die in Achsrichtung gemessene Höhe a des Prägeabschnittes 6 mindestens gleich dem 1 ,5fachen des innerhalb des Bereiches B auftretenden kleinsten Krümmungsradius der Erzeugenden der Rotationsfläche ist. Die Höhe a liegt zweckmässig zwischen 0,8 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 2 mm.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat die Stelle S, wo der Winkel zwischen der Achse und der Tangente an die Erzeugende 900 erreicht und wo die Umfangswand des Prägeabschnittes 6 in eine zur Achse senkrechte ebene Fläche 7 übergeht, vom Übergang zwischen den Abschnitten 5 und 6 einen axialen Abstand a (= Höhe des Prägeabschnittes 6) von etwa 1 mm und einen radialen Abstand b von etwa 2 mm; diese Abstände könnten bis zu etwa 2 mm bzw.
4 mm betragen.
Die Erzeugende der Umfangswand des Prägeabschnittes 6 könnte etwa nach einer Ellipse verlaufen. Im dargestellten Beispiel verläuft sie nach einem Oval und ist aus zwei Kreisbogen mit Krümmungsradien r2 = 0,6 mm (im Bereich B) und r3 = 3 mm (ausserhalb des Bereiches B) zusammengesetzt.
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PATENT CLAIMS
1. A method for producing a metal plate (1) with holes (2) for receiving pipes, characterized in that the holes (2) in the plate (1) are produced by stamping by means of a stamping tool which is removed from the cutting edge (4th ) starting from a conically tapering section (5) with a suit (a) of 0.3 to 2 'for creating a hole with a scale-free peripheral wall, and subsequent to this conical section (5) has an expanding embossed section (6) , the peripheral wall of which is a surface of revolution with a generatrix, which adjoins the peripheral surface of the conical section (5) without a kink and has a gradually or gradually increasing radius of curvature (r2, r3), around a hole edge (2a) rounded in the form of a circular arc and without an edge to build.
2. The method according to claim 1, characterized in that said radius of curvature in a to the circumferential surface of the conical section (5) adjoining area (B) is between 0.4 and 2 mm and preferably between 0.6 and 1 mm.
3. The method according to claim 2, characterized in that said area (B) extends over an angle (p) from 45 to 600.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the widening embossed portion (6) measured in the axial direction has a height (a) which is at least 1.5 times the smallest radius of curvature of said generatrix.
5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the widening embossed portion (6) measured in the axial direction has a height (a) of 0.8 to 4 mm, preferably 1 to 2 mm.
6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the peripheral wall of the widening embossing section (6) merges into a plane surface (7) perpendicular to the axis, at a point (S) which follows from the connection to the conical section (5) measured in the axial direction has a distance (a) of 1 to 2 mm and measured perpendicular to the axis has an approximately twice as large distance (b).
7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the suit (a) of the conical section (5) is 1 to 20.
8. punching tool for performing the method according to claim 1, characterized in that it starting from the cutting edge (4) a tapered section (5) with a suit (a) from 0.3 to 20 and subsequent to this conical section ( 5) has an expanding embossing section (6), the peripheral wall of which is a surface of revolution with a generatrix which connects to the peripheral surface of the conical section (5) without kinking and has a gradually or gradually increasing radius of curvature (rz, r3).
9. stamping embossing tool according to claim 8, characterized in that the said radius of curvature in a region (B) adjoining the peripheral surface of the conical section (5) is between 0.4 and 2 mm and preferably between 0.6 and 1 mm.
10. Stamping embossing tool according to claim 9, characterized in that said area (B) extends over an angle (p) from 45 to 600.
II. Punching embossing tool according to one of claims 8 to 10, characterized in that the widening embossing section (6) measured in the axial direction has a height (a) which is at least 1.5 times the smallest radius of curvature of the generatrix mentioned.
12. Stamping embossing tool according to one of claims 8 to 11, characterized in that the widening embossing section (6) measured in the axial direction has a height (a) of 0.8 to 4 mm, preferably 1 to 2 mm.
13. Stamping embossing tool according to one of claims 8 to 11, characterized in that the peripheral wall of the widening embossing section (6) merges into a plane surface (7) perpendicular to the axis, specifically at a point (S) which follows from the connection to the conical section (5) measured in the axial direction has a distance (a) of 1 to 2 mm and measured perpendicular to the axis has an approximately twice as large distance (b).
14. Stamping embossing tool according to one of claims 8 to 13, characterized in that the suit (a) of the conical section (5) is 1 to 2.
15. A metal plate with holes, produced by the method according to claim 1, characterized in that each hole (2) has an entry edge (2a) rounded in the form of a circular arc in the axial section without an edge, followed by a cylindrical section (2b) free of dandruff and on this then has a conical punch cutout section (2c).
16. Metal plate according to claim 15, characterized in that the entry edge (2a) of the holes (2) is rounded with a radius of curvature (rl) of 0.8 to 5 mm, preferably about 1 mm.
Metal plates with holes for receiving tubes are, for example, arranged at mutual intervals of a few cm to about 1 m, as support plates for
Pipe bundles used in heat exchangers. Many such support plates, each with a large number of holes, are required for a large heat exchanger.
According to a known method, such plates are produced in such a way that the holes are drilled in packets of plates. Then the hole edges still have to be on everyone
The plate is deburred individually, e.g. by lowering the holes on both sides. Deburring is necessary so that the pipes, which are usually made of copper, are pushed into the holes when they are inserted and later during operation of the heat exchanger, the pipes vibrating in the holes, and cannot be damaged by abrasion on sharp edges
It is obvious that this method is relatively expensive because of the need to deburr each hole on both sides. In addition, deburring, e.g. by
Countersinking, edges hardly removed completely, but only replaced by blunt edges.
So there is the task of a process for the produc- tion of a metal plate with holes for receiving
To create pipes with which the disadvantages described can be avoided.
Surprisingly, it has been found to be satisfactory
Holes in a metal plate can be produced in a cost-effective manner by stamping under certain conditions.
The inventive method is in the claim
1 defines expedient practical embodiments in claims 2 to 7.
With this method, holes can be created which are rounded in an approximately circular arc in axial section
Have an entry edge without a burr and an exit edge which has a larger diameter because of the conical punching that occurs during punching and therefore does not
comes into contact with the pipe inserted into the hole and cannot rub against it. In addition, the holes z. B. can be generated very precisely with a numerically controlled (NC) punching machine.
The punching of holes is known per se, e.g.
for the creation of conically countersunk screw holes, but sharp edges are not avoided.
Hole cuts without edges, which are curved in a circular arc in the form of an arc, cannot be obtained by punch embossing if, instead of a conical embossing surface on the stamping embossing tool, an embossing surface which is circular in the axial section is used, because such a cut cannot be made deep enough. Stamping has not previously been used for the manufacture of tube protection plates.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In this show:
1 is a punch embossing tool in side view,
Fig. 2 on a larger scale, the detail A of Fig. 1 and
Fig. 3 is an axial section through a hole created with the punching embossing tool according to FIGS. 1 and 2.
The punching and stamping tool shown in FIGS. 1 and 2 is used to produce a metal plate with holes for receiving pipes, in particular a support plate made of iron or steel (or also of non-ferrous metal) for a tube bundle in a heat exchanger. A section of such a plate 1 with a hole 2 is shown in Fig. 3.
The plate 1 can have a thickness of about 2 to 20 mm, e.g. B.
about 8 mm. The hole 2 produced by stamping, whose diameter z. B. is between about 5 and 30 mm, has an approximately circular arc-shaped rounded entry edge 2a without edge (radius of curvature rl about 0.8 to 5 mm, depending on the depth of penetration of the stamping die and the dimensions of the stamping section thereof) on the edge 2a followed by a cylindrical section 2b with a burr-free transition and then in turn with a conically widening punch cut-out section 2c with a burr-free transition.
The half cone angle of section 2c is approximately 5.
To create this hole, the working part W of the punching embossing tool according to FIG. I has behind the circular cutting edge 4 a conically tapering section 5 with a suit of 0.3 to 2, preferably I to 20. This suit is necessary so that the peripheral wall of the cylindrical Section 2b of the hole 2 is completely smooth and dandruff-free.
An expanding embossing section 6 adjoins the conical section 5 for embossing the entry edge 2a of the hole 2 which is rounded without edges.
The peripheral wall of the embossing section 6 is a surface of revolution, the shape of which must meet certain conditions. In particular, the generatrix of the surface of revolution, as can be seen from FIG. 2, must connect to the circumferential surface of the conical section 5 without a kick and have a radius of curvature that increases gradually or stepwise without a kink. In a region B directly adjoining the conical section 5, this radius of curvature must be relatively small, namely between 0.4 and 2 mm and preferably between 0.6 and 1 mm, so that an edge-free rounded edge of the hole can be embossed. This radius of curvature is largely independent of the diameter of the hole 2 to be produced and the thickness of the metal plate 1 and also of the material of this plate.
With a continuously small radius of curvature in the embossing section 6, however, the punching embossing tool could not be lowered deep enough into the hole 2. Therefore, the area B extends only over an angle, 3 of about 45 to 600 and outside the area B the radius of curvature increases in such a way that the height a of the embossing section 6 measured in the axial direction is at least 1.5 times that within the area B occurring smallest radius of curvature of the generatrix of the surface of revolution. The height a is expediently between 0.8 and 4 mm, preferably between 1 and 2 mm.
In the preferred embodiment shown, the point S where the angle between the axis and the tangent reaches the generatrix 900 and where the peripheral wall of the embossing section 6 merges into a flat surface 7 perpendicular to the axis has a transition from the sections 5 and 6 axial distance a (= height of the embossing section 6) of approximately 1 mm and a radial distance b of approximately 2 mm; these distances could be up to about 2 mm or
4 mm.
The generatrix of the peripheral wall of the embossing section 6 could run approximately according to an ellipse. In the example shown, it runs along an oval and is composed of two arcs with radii of curvature r2 = 0.6 mm (in area B) and r3 = 3 mm (outside area B).