DD211225A3 - Boden fuer den tank eines rohrwaermetauschers und werkzeug zu dessen herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Boden fuer den Tank eines Rohrwaermetauschers, insbesondere einen Fuegestutzen zur Aufnahme des Flachrohres. Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen kostenguenstigen Tankboden anzugeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fuer das spaetere Loeten optimalen Tankboden mit Fuegestutzen zu entwickeln. Die erfindungsgemaesse Loesung besteht darin, dass die Fuegestutzen des Tankbodens, jeweils aus zwei Mittelstuecken 1.1 mit Rechteckquerschnitt bei schraeg nach innen gestellter Stirnflaeche und den niedrigeren Endstuecken 1.3 besteht und der Profiluebergang 1.4 auf der Aussenseite des Stutzens markiert ist. Damit kann das fluessige Lot beim Fuegeprozess ein Maximum an Oberflaeche erreichen. Der Stutzen besitzt eine rissfreie umlaufende Innenwand als Voraussetzung fuer das Dichtloeten und zum zu fuegenden Rohr formschluessige, grossflaechige Stuetzelemente, die die hohen Festigkeitsforderungen an die Loetverbindung erfuellen.

Description

V-'.'Titel der Erfindung

Boden für den Tank eines Rohrwärmetauschers und Werkzeug zu dessen Herstellung

Anwendungssgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Tankboden für Wärmetauscher mit Fügestutzen für Unrundrohre, z. B. Flachrohre, wobei der Fügestützen vierstückig ist und aus den beiden gleichhohen Mittelstücken mit Rechteckquerschnitt und den beiden diese verbindenden gleichgroßen, halbkreisförmigen, niedrigeren Endstücken besteht und ein Werkzeug zur Herstellung dieses Stutzens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Berippte Rohrwärmetauscher werden vorzugsweise im Fahrzeugbau eingesetzt und unterliegen, besonders in Geländefahrzeugen, hohen dynamischen Belastungen. Das zu kühlende Medium durchläuft eine Vielzahl von Flachrohren, die beiderseits in entsprechenden Fügestutzen des Tankbodens enden. Die Verbindung muß deshalb nicht nur dicht, sondern auch fest sein. Beide Eigenschaften werden durch Löten kostengünstig realisiert.

Allgemein gilt die Höhe eines Lötstutzens als Kriterium für die Festigkeit der Lötung und der rißfreie zylindrische Durchbruch gewährleistet die Dichtheit. Die verfahrenstechnisch als Durchzüge hergestellten Lötstutzen reißen in der Problemzone wegen Überdehnung des Werkstoffes vorzeitig ein und es kommt zur Fehllötung, die Undichtheit des Kühlers nach sich zieht oder - bei relativ niedrigem Stutzen - genügt die kurze Lötfuge nicht den Festigkeitsanforderungen.

Bisherige Anstrengungen konzentrierten sich auf das Finden von Stempelformen für Durchziehwerkzeuge, die die Grenzen des Verfahrens hinausschieben. Außerdem fällt bei üblichen Blechdurchzügen die Stutzenhöhe im Rundungsbereich der Langlochenden verfahrensbedingt immer niedriger aus als das gerade Mittelteil.

Verbesserungen wurden erst durch Verfahrensänderungen möglich. Dazu zwei Beispiele:

Dem DD-WP 155 592 ist ein Verfahren und ein Werkzeug zur Herstellung von anrißfreien Fügestutzen mit zylindrischen Innenwänden zu entnehmen, das gute Voraussetzungen für die Dichtheit der späteren Lötung bietet. Der für die Festigkeit notwendige großflächige Formschluß zum zu fügenden Rohr ist jedoch nicht vorhanden, so daß diese Art der Stutzenausbildung nur für Wärmetauscher bis zu mittleren dynamischen Belastungen verwendet werden kann.

Die DE-OS 29 02 155 beinhaltet einen anderen Stutzen und das Verfahren zu dessen Herstellung. Dieser Stutzen wird mit seinen bisherigen Ausführungen höheren Mittelwänden den Festigkeitsanforderungen besser gerecht. Da jedoch die niedrigen Stirnwände verfahrensseitig durch Aufdehnen erzeugt werden, werden radiale Anrisse und damit Dichtheitsprobleme beim Löten nicht ausgeschlossen.

Wesentliche Verbesserungen in der Stutzenherstellung erforderten bei allen bekannten Beispielen mehrere Arbeitsgänge auf komplizierten Werkzeugen und führen damit zu erhöhten Fertigungskosten.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen Tankboden anzugeben, der die Funktionsbedingungen eines Röhrwärmetauschers erfüllt und umformtechnische Belange berücksichtigt. Dies beinhaltet das zum Einformen des Stutzens in den vorgefertigten Tankboden notwendige Werkzeug.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen uniform- und werkzeugtechnisch möglichen für das Löten optimalen Tankboden der eingangs genannten Art mit Fügestutzen zu entwickeln. Dieser Stutzen soll eine rißfreie umlaufende Innenwand genügenderHöhe als Voraussetzung für das Dichtlöten und zum zu fügenden Rohr formschlüssige, großflächige Stützelemente aufweisen, die die hohen Festigkeitsanforderungen an die Lötverbindung erfüllen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die aus der Stutzengestaltung herrührenden Umformverfahren in nur einem Werkzeug-Wirkpaar, bestehend aus Stempel und Unterteil, und in der erforderlichen Folge unterzubringen. Dieses Wirkpaar ist anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung dadurch gelöst, daß die Endstücke in an sich bekannter Weise einen Dreiecksquerschnitt mit geschnittener Innenfläche besitzen, wobei die Innenkante des Hittelstückes zur Innenfläche um das Maß der Lötfuge vorsteht und die daran anschließende Stirnfläche nach innen geneigt ist und der Profilüberzug auf der Außenseite des Stutzens markiert ist. Hierdurch ist ein gutes Einschieben eines Flachrohres auch von der Rückseite aus gewährleistet. Die Abstützung zum Rohr ist linienförmig. Damit kann das flüssige Lot beim Fügeprozeß ein Maximum an Oberfläche erreichen. Der Übergang zwischen Recht- und Dreieckprofil ist stumpfkantig und liegt in der Außenwand des Stutzens. Eine gegenüber der Oberfläche des aus dem Lochquerschnitt verdrängten Materials wesentlich größere Gesamtfläche der Stutzeninnenwand ist ein weiteres Merkmal dieses Fügestutzens.

Eine Werkzeugausbildung zum Einformen des erfindungsgemäßen Stutzens, bestehend aus Stempel und Werkzeugunterteil, ist darin zu sehen, daß der Querschnitt des Stempels genau den Abmessungen des Stutzendurchbruches entspricht, eine dachförmige Schneide trägt, die beiderseits etwa am Obergang zum Radius in eine senkrechte scharfkantige Stirnwand endet und an deren Fuß sich ebenfalls eine als Schneidfläche ausgebildete Rundung anschließt.

Im zum Stempel analogen Unterteil des Werkzeuges befindet sich beiderseits im Rundungsbereich ein Halbtrichter, dessen leicht gerundete Oberkante etwa im Abstand einer Blechdicke zu der als Schneidkante ausgebildeten Unterkante umläuft und dem sich das gegenüber dem Stempel beiderseits um eine Blechdicke breitere zylindrische Mittelstück der Unterteilöffnung anschließt.

Unter Beibehaltung des bekannten Werkzeuggrundaufbaues werden den beiden Aktivteilen (Stempel und Unterwerkzeug) Formen zugeordnet, die beim Wirkablauf in einem Arbeitsgang im noch ebenen oder bereits vorgeformten Tankboden den erfindungsgemäßen Fügestutzen unter Erzeugung einer größtmöglichen Fügefläche anrißfrei einschneiden bzw. einziehen.

Werkzeugseitig stellen die das Mittelsttick des Stempels begrenzenden, an der dachförmigen Stirnwand angearbeiteten beiden Schneiden, die beiderseits zurückgesetzte halbkreisförmige Schneide sowie, im Werkzeugunterteil, die beiden das Langloch begrenzenden Halbtrichter mit den an dessen Ausgängen befindliehen Schneiden und die beiderseits um eine Blechdicke zurückspringenden Absätze am Übergang zum Mittelsttick des Unterteildurchbruches erfindungsgemäße Merkmale dar.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Stutzenöffnung senkrecht zur Werkstückebene des Tankbodens und die Mittelwand geradlinig und zur gegenüberliegenden Wand parallel und gleichhoch angeordnet ist. Die vorteilhafte Werkzeugausführung der Erfindung besitzt ebene Schneidflächen am Stempel bzw. um eine ganze Blechdicke zurüokgesetzte, zur Durchbruchachse parallele Seitenwände im Unterteil.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Das einem Tankboden zugeordnete Werkzeug besitzt die gleiche Anzahl der als Einzelheit gezeigten Werkzeugeinheit, wie die gleichzeitig in den Boden einzubringende Anzahl an Fügestutzen.

Die erfindungsgemäße Form des Fügestutzens wird am Beispiel der häufig verwendeten Langlochausführung, d.h. bei Verwendung von Flachrohren gezeigt. Andere Ausführungen, z. B. die Oval- oder Tropfenform der Stutzenöffnung, führen zu dementsprechender zeichnerischer Darstellung. , '

Die Zeichnungen zeigen: 5

Fig. 1a - Fügestutzen in Langlochausführung In der Draufsicht

Fig. 1b - Vorderansicht nach Fig. 1a

Fig. 1c - Seitenansicht nach Fig. 1a

Fig. 1d - Schnitt in Längsrichtung

Fig. 1e - Schnitt in Querrrichtung

Fig. 2a - Stempel in Vorderansicht

Fig. 2b - Stirnseite des Stempels

Fig. 2c - Seitenansicht nach Fig. 2a

Fig. 3a - Schnitt durch das Werkzeugunterteil

Fig. 3b - Schnitt der Seitenansicht nach Fig. 3a

Fig. 3c - Draufsicht auf das Werkzeugunterteil

Fig. 4a - Vorgeformter Stutzen des Tankbodens W in der Ausgangsstellung im Schnitt

Fig. 4b - Seitenansicht zu Fig. 4a

Fig. 4c - Zwischenphase kurz vor Durchstich des Stutzenbodens im Schnitt

Fig. 4d - Seitenansicht zu Fig. 4c

Fig. 4e - Fertiggeformter Stutzen des Tankbodens im Schnitt

Fig. 4f - Seitenansicht zu Fig. 4e

Der viersttickige Fügestutzen besteht gemäß Fig. 1a bis 1e aus den beiden hohen Mittelstücken 1.1 mit Rechteckquerschnitt und den beiden diese verbindenden halbkreisförmigen niedrigeren Endstücken 1.2 mit Dreieckquerschnitt. Das Dreieckprofil wird durch eine Schnittfläche 1.3 quer durch die vorher schräggestellte Blechdicke s erzeugt. Der Übergang 1.4 vom Recht- zum Dreieckprofil ist kantig auf der Außenseite des Stutzens markiert.

Die vorstehende Innnenkante 1.5 bildet die spätere Lötfuge Lf und den Abschluß der schräggestellten Stirnfläche 1.6, die das Einschieben des Flachrohres von der Rückseite her erleichtert.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen den zum Einformen des in den Fig. 1a bis 1e dargestellten Fügestutzen erfindungsgemäßen Stempel 2.0 der Werkzeugeinheit. Sein Querschnitt ist gleich der von ihm zu erzeugenden Stutzenöffnung. Die dachförmige Mittelschneide 2.1 ist beiderseits durch die allgemein senkrecht stehende und ebene Stirnfläche 2.2 begrenzt und zur Dachfläche 2.3 scharfkantig. Die sich daran anschließende halbkreisförmige Fußfläche 2.4 ist eben ausgebildet und am Obergang zum Profil des Stempelschaftes 2.5 im Radiusbereich scharfkantig.

Der Übergang 2.6 von der Dachfläche zum Schaft ist leicht gerundet.

Ausführungsvarianten dazu sind: ί

- konvex oder konkav gekrümmte Mittelschneide 2.1

- konvex gekrümmte Stirnfläche 2.2

- schräggestellte und/oder konvex gekrümmte Fußfläche 2.4 - Kombinationen hiervon

Die Fig. 3a bis 3c zeigen das dem Stempel analoge erfindungsgemäße Unterteil 3.0 der Werkzeugeinheit. Es besitzt beiderseits einen Halbtrichter 3.1» dessen Mantelfläche das schräggestellte Blech beim Schneiden gegen die scharfe Unterkante 3.2 des Trichters abstützt.

Die Längsseiten 3.3 des Durchbruches sind beiderseits um die Blechdicke s zurückgesetzt. Die umlaufende Oberkante 3.4 des Unterteil-Durchbruches ist leicht gerundet; ebenso die Kante am Ende des Halbtrichters.

Eine Ausführungsvariante dazu ist, daß die Längsseite 3.3 des Durchbruches beiderseits um einen Betrag kleiner als s zurückgesetzt ist.

In den Fig. 4a bis 4f ist der Verfahrensablauf in den Hauptphasen dargestellt. Die Fig. 4a und 4b stellen das aus den drei Hauptteilen bestehende Werkzeug, Abstreifer 1.0, Stempel 2.0, Werkzeugunterteil 3.0 mit einem durch Sicken bereits vorgeformten Tankboden W in Ausgangsstellung dar.

In Fig. 4c und 4d wurde diese Sicke durch den Abwärtshub des Stempels in eine seiner Kopfform analogen Sicke W' umgeformt, wobei sich eine Mittelschneide 2.1 in den Grund dieser Sicke als Negativform einprägt und sich bereits die Stirnflächen (Fig. 1e) abzubilden beginnen. Dabei wird linienförmig unter dieser Schneide die kurz vor dem Durchbruch stehende Blechdicke s' hergestellt.

Nach dem weiteren Abwärtshub des Stempels 2.0 bis zu der in den Fig. 4e bis 4f dargestellten Endlage ist gezeigt, daß zunächst unter der Mittelschneide 2.1 das Blech durchstoßen, die Längsseiten durch die Stirnschneiden 2.3 von den beiden Sickenenden abgetrennt und gleichzeitig senkrecht gestellt werden.

Danach wird vom beiderseitigen Endstück der Sicke 4.1 mit senkrecht durch die schräggestellte Wand des Halbtrichters laufendem Schnitt das sichelförmige Reststück 4.2 abgetrennt, das als Abfall aus dem Werkzeug fällt. Der Stutzen hat dann die Form W¹' angenommen.

Nach Endformung des Stempels, das heißt mit seinem Aufwärtshub, werden in den Biegungen Restspannungen frei, die die Längsseite des Stutzens in die endgültige Stellung gemäß Fig. 1c bzw. 1e bringen. .

Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind möglich.

Das Einbringen des Stutzens in den Tankboden erfolgt durch den Stempel 2.0, wobei durch die Stempel- und die Werkzeugunterteilform 2.0 und 3.0 mehrere Arbeitsphasen nacheinander bzw. sich überlagernd ablaufen. Dabei ist es gleichgültig, ob der Stutzen in den ebenen oder den durch eingeprägte Sicken bereits vorgeformten Spiegel des Tankbodens eingeformt wird.

Nach dem Aufsetzen der am Stempelkopf befindlichen Mittelschneide 2.1 wird zunächst eine der Stempelform analoge Vertiefung ausgebildet, wobei gleichzeitig durch radiales Recken die Blechoberfläche im Bereich dieser Vertiefung weiter vergrößert wird. Mit zunehmenden Widerstand dieser Vertiefung gegen den vordringenden Stempel 2.0 prägt sich dessen Mittelschneide 2.1 am Ende dieser ersten Phase in den Grund der Vertiefung als Negativform ein, bis dieser Grund unter der Schneide 2.1 aufreißt.

Die sich in kontinuierlichem Hub anschließende zweite Phase ist durch einen Biegevorgang gekennzeichnet, bei dem durch den dachförmigen Stempelkopf 2.3 hinter der Schneide 2.1 die beiden Mittelstücke 1.1 des Stutzens senkrecht aufgestellt werden. Gleichzeitig, das heißt während des Biegens, werden diese Mittelstücke 1.1 durch die scharfkantigen Stirnflächen 2.2 an den Enden der Mittelschneide 2.1 durch einen Ziehschnitt von den beiden halbkreisförmigen Sickenenden abgetrennt.

Diese Phase endet, indem die Mittelstücke 1.1 im senkrechten Durchbruch der Längsseite 3.3 des Werkzeugunterteiles zur Anlage gebracht wurden, wobei gleichzeitig durch die vorspringende Kante 3.5 des Unterteiles der Querschnittsübergang 1 .4 (Absatz) zwischen Recht- und Dreieckprofil in die Außenwand des Stutzens eingepreßt wird.

Die nächste Phase wird eingeleitet, indem die bereits durchgewölbten Sickenenden durch die abgesetzten Fußflächen 2.4 des Stempels 2.0 beiderseits im Halbtrichter 3.1 des Werkzeugunterteils zur Auflage gebracht werden. Vom dann schräggestellten Blechquerschnitt wird nun ein sichelförmiger Materialrest 4.2 durch die scharfkantige Fußfläche 2.4 senkrecht abgetrennt, wodurch das Dreieckprofil 1.2 des Stutzens entsteht.

In der letzten Phase wird die in der Biegung der Längsseiten des Stutzens (zweite Phase) vorhandene Restelastizität zur endgültigen Formgebung des Stutzens ausgenutzt. Nach dem Zurückziehen des Stempels wird diese Restelastizität als Rückfederung frei und stellt die Längsseite des Stutzens so, daß die Innenkante 1.5 der durchgestochenen ehemaligen Bodenrundung (erste Phase) gegenüber der Innenwand der Stutzenlängsseite um das Maß Lf der späteren Lötfuge vorsteht.

Claims (3)

-10-Erfindungsanspruch

1. Tankboden für Wärmetauscher mit Fügestutzen für Unrundrohre, z. B. Flachrohre, wobei der Fügestutzen vierstückig ist und aus den beiden gleiehhohen, geraden Mittelstücken mit Rechteckquerschnitt und den beiden diese verbindenden gleichgroßen, halbkreisförmigen, niedrigeren Endstücken besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (1.2) in an sich bekannter Weise einen Dreiecksquerschnitt mit geschnittener Innenfläche (1.3) besitzen, wobei die Innenkante (1.5) des Mittelstückes (1.1) zur Innenfläche um das Maß der Lötfuge (Lf) vorsteht und die daran anschließende Stirnfläche (1.6) nach innen geneigt ist und der Profilübergang (1.4) auf der Außenseite des Stutzens markiert ist.

2. Werkzeug zum Einformen von Fügestutzen in einen Tankboden nach Punkt 1, bestehend aus einem Stempel mit dachförmiger Mittelschneide und einem Werkzeugunterteil, dadurch gekennzeichnet, daß die die Mittelschneide (2.1) des Stempels (2.0) beiderseits begrenzende Stirnfläche (2.2) zur Dachfläche (2.3) und die sich daran anschließende halbkreisförmige Fußfläche (2.4) im Rundungsbereich zum Schaftprofil (2.5) scharfkantig ist und der dem Stempel analoge Durchbruch im Werkzeugunterteil beiderseits einen Halbtrichter (3.1) besitzt, der am unteren Ende (3.2) scharfkantig und dessen Längsseite (3.3) jeweils um die Blechdicke (s) zurückgesetzt ist.

3. Werkzeug nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Stempel (2.0) die Stirnflächen (2.2) senkrecht und eben und die Fußflächen (2^4) parallel und eben zur geraden Mittelschneide (2.1) angeordnet und/oder im Werkzeugunterteil (3.0) die Längsseiten (3.3) weniger als jeweils die Blechdicke (s) zurückgesetzt ausgebildet sind.

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