DE202012002012U1

DE202012002012U1 - Kaltnahtstempel zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht

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Publication number: DE202012002012U1
Application number: DE201220002012
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-05-28
Anticipated expiration: 2022-02-28

Abstract

Kaltnahtstempel zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht (2), vorzugsweise zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht einer ebenen oder räumlich gekrümmten Kühlplatte mit Kühlkanälen, wobei der Kaltnahtstempel (1) eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche aufweist, aus der ein Wulst herausragt, der einer Linienstruktur einer Stoßnaht von mediendicht zu fügenden Elementen angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kaltnahtstempel zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht, vorzugsweise zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht einer ebenen oder räumlich gekrümmten Kühlplatte mit Kühlkanälen. Der Kaltnahtstempel weist dazu eine ebene, oder räumlich gekrümmten Stempelfläche auf.
Aus Druckschrift DE 101 30 726 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung zwischen sich überlappenden plattenförmigen Bauteilen bekannt. Die Vorrichtung weist dazu einen Stempel, einen Niederhalter und ein Gegenwerkzeug auf, mit denen punktweise überlappende plattenförmige Bauteile zusammengehämmert werden. Dazu wird ein erstes Bauteil in Richtung zu dem Stempel angeordnet und ein zweites Bauteil an das Gegenwerkzeug angelegt und der Werkstoff des ersten Bauteils unter den Stempel mit einer Stempelkraft in Richtung zum Gegenwerkzeug in das zweite Bauteil eingeformt.
Mit einer einzigen Hubbewegung des Stempels in Richtung zum Gegenwerkzeug wird schließlich ein Hinterschnitt des eingeformten Werkstoffs des ersten Bauteils zum zweiten Bauteil eingepresst. Während der gesamten Hubbewegung des Stempels behält das Gegenwerkzeug seine am zweiten Bauteil anliegende Position bei, so dass ein Austreten von Werkstoff über die Plattenebene des zweiten Bauteils hinaus in Richtung zum Gegenwerkzeug verhindert wird.
Ein Nachteil eines derartigen Stempelverfahrens mit einem Stempel ist, dass einerseits die Materialien plattenförmig übereinander gelegt werden müssen, so dass Stoßnähte mit diesem Verfahren nicht gefügt werden können. Außerdem ist in keiner Weise erkennbar, dass mit einem derartigen Stempel eine kontinuierliche gleichmäßige Stempelnaht herstellbar ist. Vielmehr müssen mit diesem Stempel eine Vielzahl von Stempelprägungen nebeneinander gesetzt werden, um eine mediendichte Nahtverbindung zwischen den beiden Werkstoffen sicherzustellen.
Eine Aufgabe ist es für eine mediendichte Stempelnaht von Stoßfugen ein Werkzeug in Form eines Kaltnahtstempels zu schaffen, mit dem in einem einzigen Stempelvorgang zuverlässig, reproduzierbar und kostengünstig endlose Stoßfugen zwischen einem Basiselement und einem Abdeckelement mit einer mediendichten Stempelnaht versehen werden können.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Kaltnahtstempel zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht vorzugsweise zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht einer ebenen oder räumlich gekrümmten Kühlplatte mit Kühlkanälen geschaffen. Der Kaltnahtstempel weist eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche auf. Aus der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche ragt ein Wulst heraus, der einer Linienstruktur der Stempelnaht von mediendicht zu fügenden Elementen angepasst ist.
Ein Vorteil dieses Kaltnahtstempels ist es, dass nicht punktweise wie bisher zwei plattenförmige Elemente miteinander kaltverscheißt werden, sondern aufgrund des aus der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche herausragenden Wulstes, der einer Linienstruktur einer Stempelnaht von mediendicht zu fügenden Elementen angepasst ist, mit einem einzigen Stempelhub, eine mehrere Meter lange beliebig gekrümmte und mit beliebiger Linienstruktur vorgesehene Stoßfuge zu einer mediendichten Stempelnaht gefügt werden kann.
Vorzugsweise ist der Wulst der Linienstruktur der Stoßnaht zwischen einem Basiselement mit einer Nutstruktur und einem Abdeckelement auf der Nutstruktur angepasst. Ein derartiges Basiselement kann eine ebene oder räumlich gekrümmte Platte aus einem plastisch verformbaren Metall sein, in das eine Nutstruktur eingebracht Ist. Oberhalb der Nutstruktur ist eine Einlegstruktur in die ebene oder räumlich gekrümmte Platte eingearbeitet. In diese Einlegestruktur kann ein entsprechend angepasstes Abdeckelement aus plastisch verformbarem Material derart eingelegt seif, dass sich eine Stoßfuge zwischen Rändern des Abdeckelements für die Kanalstruktur und Randseiten der Einlegestruktur des Basiselements ausbildet, die zu einer Stempelnaht mithilfe der Wulst des Kaltnahtstempels mediendicht und druckfest gefügt werden kann.
Dazu weist in einer Ausführungsform der Erfindung die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche und der Wulst eine Härte auf, die größer ist als die Härte der mit einer Stempelnaht zu fügenden Materialien, zumal generell der Kaltnahtstempel eine deutlich höhere Härte haben muss als die zu verbindenden Materialien. Ein bevorzugtes Material für eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelplatte eines Kaltnahtstempels ist ein härtbarer Werkzeugstahl. Auch ein so genannter HSS-Stahl (High Speed Steel) ist als Material der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte eines Kaltnahtstempels einsetzbar. Diese HSS-Stähle sind für spanabhebende Bearbeitungen von Metallen und anderen Werkstoffen weit verbreitet und können auch für die Einarbeitung eines Wulstes in eine ebene oder räumlich gekrümmte Oberfläche der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte eingesetzt werden. Nimmt die Härte der zu fügenden Materialien weiter zu, so dass nicht nur duktile Aluminiumlegierungen und duktile Kupferlegierungen miteinander zu fügen sind, sondern vielmehr auch duktile Eisenverbindungen bis hin zu Chrom/Nickel/Stählen zu mediendichten Stempelnahten zu fügen sind, so ist es in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelplatte für den Kaltnahtstempel aus einem Hartmetall herzustellen, wie er üblicherweise für Widia-Bohrer eingesetzt wird.
Der Wulst kann dazu eine Querschnittskontur aufweisen, die innerhalb eines umschreibenden Rechtecks mit einer Basisbreite b und einer Rechteckhöhe h mit welcher der Wulst über die Stempel ebene oder räumlich gekrümmte hinausragt liegt. Das Verhältnis b/h liegt vorzugsweise zwischen 0,5 ≤ b/h ≤ 3, wobei mindestens eine der oberen Kanten der Wulst und damit mindestens eine Ecke des umschreibenden Rechtecks angefast oder mit einer konkaven Krümmung versehen ist. Diese mindestens eine obere Kante weist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt ein Kreissegment mit dem Radius r ≤ h auf, so dass bei r = h eine Tangente des Radius r die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche schneidet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgehen, dass die Basisbreite b des umschreibenden Rechtecks zwischen 0,2 mm ≤ b ≤ 3,0 mm und die Höhe h des umschreibenden Rechtecks zwischen 0,2 mm ≤ h ≤ 2,0 mm liegt. Diese geringen Querschnittsabmessungen des an die Linienstruktur einer Stempelnaht angepassten Wulstes sind kennzeichnend für eine zuverlässige medien- und druckdichte mehrere Meter lange Stempelnaht, die mit einem einzigen Stempelhub erfolgreich verwirklicht wird. Je geringer die Querschnittsabmessungen des Wulstes sind, umso geringer ist der aufzuwendende Stempeldruck.
Eine weitere Steigerung der Effizienz und insbesondere der Betriebsdauer des Einsatzes des Kaltnahtstempels kann durch eine härtende Beschichtung mindestens des Wulstes des Kaltnahtstempels erreicht werden. Derartige Beschichtungen können Keramiken enthalten, wie Siliciumnitrid oder Borkarbid, und können damit die Langzeitstabilität des Kaltnahtstempels verbessern. Schließlich ist es vorgesehen, dass die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche des Kaltnahtstempels eine Glanzpolitur aufweist, da damit die Stempelqualität bei der Herstellung einer mediendichten Stempelnaht verbessert werden kann. Ferner ist es vorgesehen einen geeigneten Schmierfilm eines Schmiermittels zwischen Kaltnahtstempel und Oberflächen der zu fügenden Elemente insbesondere im Bereich des Wulstes des Kaltnahtstempels anzuordnen, welcher die Standzeit des Kaltnahtstempels und die Qualität der Stempelnaht weiter steigert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist als Wulst ein profilierter Draht aus einem Hartmetall oder einem HSS-Stahl (High Speed Steel) oder einem härtbaren Werkzeugstahl auf der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempeloberfläche des Kaltnahtstempels vorgesehen. Dazu kann der profilierte Draht auf der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte des Kaltnahtstempels fixiert sein oder in die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche eingelegt sein und als Wulst aus einer ebenen oder räumlich gekrümmten Oberseite einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte herausragen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Wulst eine in das Material der ebenen oder räumlich gekrümmten Oberseite der Stempelplatte eingearbeitete Querschnittskontur auf. Diese Einarbeitung kann mit einem spezialgeformten Schleif- oder Schneidwerkzeug eingebracht sein oder durch chemische Erosion oder physische Aberration oder Laserverdampfen verwirklicht sein.
In einer weiteren Ausbildung des Wulstes auf der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche ist es vorgesehen, dass der Wulst auf der ebenen oder räum- lich gekrümmten Stempelplatte des Kaltnahtstempels gegenüber der Mitte einer zu fügenden Stoßnaht eine querversetzte Position aufweist. Der vorgesehene Versatz Δs gegenüber der zu fügenden Stoßnaht richtet sich nach dem Verhältnis H₁/H₂ der Härtegrade der zu fügenden plastisch zu verformenden Materialien gemäß der Formel Δs = (1 – H₁/H₂) a·b, für H₁ ≤ H₂, mit H₁ Härte des weicheren Materials, H₂ Härte des härteren Materials und b_w Basisbreite des Wulstes, und wobei a ein empirischer Versatzfaktor zwischen 0,3 ≤ a ≤ 0,9 ist und vorzugsweise 0,7 beträgt. Der Wulst ist damit jeweils zum weicheren Material um den Betrag Δs hin verschoben, und bei einem Betrag von Δs = 0 ist der Wulst auf der Stoßfuge ohne Versatz angeordnet.
Ein derartig präzise auf einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte des Kaltnahtstempels positionierter Wulst vergrößert die Zuverlässigkeit und Qualität einer Stempelnaht, bei der kaltverformtes Material in eine Hinterschneidung eines der Ränder der Stoßfuge einzuprägen ist, um eine entsprechend hohe Medien- und Druckdichte reproduzierbar zu erreichen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 1 zeigt eine schematische perspektivische teilweise quergeschnittene Ansicht eines Kaltnahtstempels;
2 bis 7 zeigen unterschiedliche Querschnittskonturen eines aus der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche herausragenden Wulstes;
8 bis 10 zeigen ein spanabhebendes Einbringen einer Querschnittskontur eines Wulstes 33 in eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelplatte;
11 zeigt eine schematische perspektivische teilweise quergeschnittene Ansicht eines Kaltnahtstempels vor dem Aufbringen auf eine zu fügende Stoßfuge;
12 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Kaltnahtstempel nach dem Aufprägen einer Stempelnaht;
13 zeigt eine schematische perspektivische teilweise quergeschnittene Ansicht auf den Prägeabdruck der Wulst nach einem Abheben des Kaltnahtstempels;
14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Kaltnahtstempel und durch eine Stoßfuge mit einem Versatz des Wulstes des Kaltnahtstempels.
1 zeigt eine schematische perspektivische teilweise quergeschnittene Ansicht eines Kaltnahtstempels 13 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Kaltnahtstempel 13 weist eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelplatte 37 mit einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche 30 auf, aus der ein Wulst 33 herausragt, welcher eine Linienstruktur aufweist, die an eine Endlosnahtverbindung 5 eines mit einem Abdeckelement 6 zu fügenden Basiselements 10 mit einer ebenen oder räumlich gekrümmten Oberfläche 23 angepasst ist.
Das Basiselement 10 weist eine Hutstruktur 11 auf, die zu einer Einlegestruktur 12 verbreitert ist. In die Einlegestruktur 12 ist das Abdeckelement 6 eingelegt. Das Besondere der erfindungsgemäßen mediendichten Stempelnaht 1 besteht darin, dass die mehrere Meter lange Endlosnahtverbindung 5, wie es 1 beispielhaft zeigt, für einen hohen Mediendruck in der Hutstruktur 11 realisierbar ist. Auch äußerst enge Krümmungsradien 41 bis 43 können mit dem Wulst 33 des Kaltnahtstempels 13, wie in 1 gezeigt, realisiert werden, ohne die Dichtigkeit der Endlosnahtverbindung 5 zu vermindern.
Diese engen Krümmungsradien 41 bis 43 werden durch die spezielle Formgebung einer Stoßfuge, wie sie in nachfolgenden Figuren gezeigt wird, ermöglicht, da in den vorgesehenen Stoßfugen insbesondere durch eine Hinterschneidung der Ränder 18 der Einlegestruktur 12 genügend Volumen zur Verfügung gestellt wird, um das durch den Wulst 33 des Kaltnahtstempels 13 plastisch stark verformte Material in den engen Krümmungsradien 41 bis 43 beim Bilden der Endlosstempelnaht 5 unterzubringen. Mit der schematischen perspektivischen teilweise quergeschnittenen Ansicht der 1 wird ein Längsschnitt durch das Basiselement 10 im Bereich der Hutstruktur 11 mit dem Abdeckelement 6 in der Einlegestruktur 12 der mediendichten Endlosendlosnahtverbindung 5 gezeigt, wobei die Endlosendlosnahtverbindung 5 ein Abbild des darüber gezeigten Wulstes 33 des Kaltnahtstempels 13 ist, wobei der Wulst 33 aus der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche 30 einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte 37 herausragt.
Die 2 bis 7 zeigen unterschiedliche Querschnittskonturen 35 des aus der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelfläche 30 einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte 37 herausragenden Wulstes 33. Dieser Wulst 33 ist wie 1 zeigt einer Linienkontur der Stempelnaht 1 angepasst und weist eine Querschnittskontur 35 auf. Die Querschnittskontur 35 liegt innerhalb eines umschreibenden Rechtecks 36 mit einer Basisbreite b_w und einer Rechteckhöhe h mit welcher der Wulst 33 über die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche 30 hinausragt. Das Verhältnis b_w/h liegt vorzugsweise zwischen 0,3 ≤ b_w/h ≤ 4, wobei mindestens eine der oberen Längskanten 38 des Wulstes 33 und damit mindestens eine Ecke des umschreibenden Rechtecks 36 angefast oder mit einer konkaven Krümmung versehen sein kann.
In 2 zeigen beide obere Längskante 38 im Querschnitt ein Kreissegment mit dem Radius r ≤ h. In der nachfolgenden 7 ist r = h, sodass eine Tangente des Radius r die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche 30 senkrecht schneidet. Die Basisbreite b_w des umschreibenden Rechtecks 36 liegt zwischen 0,4 mm ≤ b_w ≤ 3,0 mm und die Höhe h des umschreibenden Rechtecks 36 liegt zwischen 0,2 mm ≤ h ≤ 2,0 mm. Diese geringen Querschnittsabmessungen des an die Linienstruktur der Stempelnaht angepassten Wulstes 33 sind kennzeichnend für eine zuverlässige medien- und druckdichte mehrere Meter lange Stempelnaht, die mit einem einzigen Stempelhub erfolgreich verwirklicht wird, wie es 1 zeigt. Je geringer die Querschnittsabmessungen des Wulstes 33 sind, umso geringer ist der aufzuwendende Stempeldruck. Der in 2 gezeigt Querschnitt des Wulstes 33 eines Kaltnahtstempel 13 bildet einen sichtbaren Prägeabdruck auf der Oberseite einer Stempelnaht ab. Das Profil des Prägeabdrucks entspricht dabei der Querschnittskontur 35 des Wulstes 33.
Wenn auch die Dimensionen in 2 bis 7 zur Verdeutlichung unterschiedlicher Querschnittskonturen 35 stark vergrößert und nicht maßstabsgerecht dargestellt sind, so lassen sich doch einige kennzeichnende Merkmale unterscheiden. Während in 2 die Höhe h des umschreibenden Rechtecks 36 gegenüber der Basisbreite b_w relativ gering ist, so dass das Verhältnis b_w/h nahezu 4 ist, zeigt 3 bei gleichbleibender Basisbreite b_w eine nahezu verdoppelte Höhe h, so dass das Verhältnis b_w/h nahezu 2 ist. Sowohl in 2 als auch in 3 sind beide Längskanten 38 des Wulstes 33 mit einem Radius r < h abgerundet.
Die Querschnittskontur 35 des Wulstes 33 in 4 unterscheidet sich von den vorhergehenden gemäß 2 und 3 durch seine Asymmetrie mit nur einer einzigen abgerundeten Längskante 38, während die gegenüberliegende Längskante eckig ausgebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass der Wulst 33 mit der eckigen Kante in ein gegenüber dem Basiselement weicheren Material des Abdeckelements eindringt und mit der abgerundeten Längskante 38 Material in das Material des Basiselements eintaucht, sodass eine höherer Anteil an weicherem Material des Abdeckelement in eine Hinterschneidung der Ränder der Einlegestruktur plastisch verformend gepresst wird.
Auch die Querschnittskontur 35 des Wulstes 33, die in 5 gezeigt ist, wird vorzugweise für eine Stempelnaht in Materialien mit geringem Härtegrad wie Kupferlegierungen eingesetzt, wobei sich das Verhältnis b_w/h der unteren Grenze des oben angegebenen Bereichs mit b_w/h = 0,5 nähert, In allen bisherigen Darstellungen der Querschnittskontur 35 des Wulstes 33 sind die Längskanten mit Abrundungen r < h versehen. Anstelle von Abrundungen können die Längskanten 38 auch Fasen 29 aufweisen, wie es 6 zeigt. 7 zeigt einen Sonderfall der abgerundeten Längskanten 38 des Wulstes 33, bei dem r = h ist, so dass eine seitliche Tangente 39 an das Kreissegment des abgerundeten Längskantenprofils die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche 30 senkrecht kreuzt und eine obere Tangente an das Kreissegment kongruent zur Höhenlinie der Querschnittskontur 35 des Wulstes ist. Diese Querschnittskontur 35 hat sich mit einer Hohe von 0,4 mm und einer Basisbreite von 1,2 mm beim Fügen von Stoßfugen zwischen Aluminiumlegierungen mehrfach bewährt.
Die 8 bis 10 zeigen ein spanabhebendes Einbringen der in 7 gezeigten Querschnittskontur eines Wulstes 33 eines Kaltnahtstempels 13 in eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelplatte 37 für den Kaltnahtstempel 13. 8 zeigt dazu eine noch unbearbeitete ebene oder räumlich gekrümmte Oberfläche 44, über der ein Spezialwerkzeug in Form eines Fräsers 45 mit spezieller Schneidkontur 46 angeordnet ist. Der in Pfeilrichtung A rotierende Fräser 45 wird in Pfeilrichtung B bis zu der gestrichelten Linie 47 abgesenkt, welche die künftige ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche 30 bilden soll, aus welcher der Wulst 33 wie in 7 gezeigt herausragt. Das spanabhebende Fräsprofil 50 weist dazu eine Schneidkontur 46 mit einem rotierenden invertierten Kreissegment 51 mit einem Radius r = h = 0,4 mm und mit einem Überstand 52 von beispielsweise mehr als 0,4 mm auf.
In die Oberseite 44 werden nacheinander die in 9 gezeigten Nuten 48 und 49 entlang der geplanten Stempelnaht eingebracht, wobei die benachbarten Nuten 48 und 49 bereits die Querschnittskontur 35 des Wulstes 33, wie ihn 7 zeigt, definieren. Anschließend wird wie 10 zeigt die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche 30 freigefräst, freigeschliffen oder freigeätzt oder durch Laserablation freigelegt. Anstelle einer spanabhebenden oder einer ätzchemischen oder plasmaphysikalischen Ausbildung eines Wulstes 33 kann dieser auch durch Fixieren auf oder Einlegen in eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempeloberfläche 30 realisiert werden.
11 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Kaltnahtstempels 13 mit einer ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte 37, aus welcher Wulste 33 zum Prägen von Stempelnähten herausragen. Die 11 zeigt, dass der Kaltnahtstempel 13 mit der Wulstkontur auf Stoßfugen 22 der zu fügenden Elemente, nämlich dem Abdeckelement 6 und dem Basiselement 10 ausgerichtet ist. Das Basiselement 10 weist dazu eine Einlegestruktur 12 auf, deren Ränder 18 und 19 Hinterschneidungen 26 aufweisen, die zunächst in einem Neigungswinkel a beginnen und zum Grund oder Bodenbereich der Stempelnaht 1 hin in einen engen Radius r_H zwischen 0,2 mm ≤ r_H ≤ 1 mm übergehen.
Der Neigungswinkel α bildet somit eine Schräge der Ränder 18 und 19 aus, die sich zu den Oberflächen 23 und 32 hin verjüngt. Nach Aufbringen des Kaltnahtstempels 13, wie es 12 zeigt, bildet sich in einer Stempelnaht 1 ein kaltverformten Bereich 21 aus plastisch verformtem Material 20 aus, der keilförmig das Abdeckelement 6 in der Einlegestruktur 12 fixiert und aufgrund des entgegen gesetzten Neigungswinkels α einen erhöhten Druckbereich für die Mediendichtheit der Stempelnaht 1 zulässt. Testreihen haben ergeben, dass ein Mediendruck über 6 Bar kein Problem für diese Stempelnaht 1 gemäß 13 ist. Auf der Stempelnaht 1 bildet sich wie 13 zeigt ein Prägeabdruck 34 aus, dessen Kontur der Querschnittskontur des Wulstes 33 in 11 und 12 entspricht. Der Wulst 33 ist in den 11 bis 13 mittig auf die Stoßfuge 22 ausgerichtet, insbesondere wenn die Materialen der zu fügenden Elemente 6 und 10 gleiche Härte bzw. gleiche Duktilität aufweisen.
Werden wie beispielsweise 14 zeigt Materialien mit unterschiedlicher Härte für das Abdeckelement 6 und das Basiselement 10 eingesetzt, so ist der Wulst 33 auf der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte 37 um einen Versatz Δs gegenüber der Mitte der Stoßfuge 22 versetzt angeordnet. In der Ausführungsform der 14 ist das zu fügenden Abdeckelements 6 mit einer Härte H₁ weicher und weist damit einer geringere Härte H₁ auf als das Basiselement 10 mit einer größeren Härte H₂. Um die Hinterscheidungen 26 der Ränder 18 und 19 weitestgehend mit plastisch verformten Material aufzufüllen, ist der Wulst 33 im Querschnitt gegenüber einer Mitte der gefügten Stoßfugen 22 um den Versatz Δs versetzt. Der Versatz Δs in Abhängigkeit des Verhältnisses der Härten H₁/H₂ der zu fügenden Werkstoffe ergibt sich aus einer erfindungsgemäßen Formel Δs = (1 – H₁/H₂) a·b, für H₁ ≤ H₂, mit H₁ Härte des weicheren Materials, H₂ Härte des härteren Materials und b_w Basisbreite, und wobei a ein empirischer Versatzfaktor zwischen 0,3 ≤ a ≤ 0,9 ist und vorzugsweise 0,7 beträgt. Der Wulst 33 ist damit jeweils zum weicheren Material um den Betrag Δs hin verschoben, und bei einem Betrag von Δs = 0 ist der Wulst 33 auf der Stoßfuge ohne Versatz angeordnet.
Obwohl beispielhafte Ausführungsformen in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt werden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des Gegenstandes der Anmeldung in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest beispielhafter Ausführungsformen zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Stempelnaht
5: Endlosnahtverbindung
6: Abdeckelement
10: Basiselement
11: Nutstruktur
12: Einlegestruktur (hinterschnitten)
13: Kaltnahtstempel
14: Randseite des Abdeckelements
15: Randseite des Abdeckelements
16: Stoßnaht
17: Stoßnaht
18: Rand der Einlegestruktur
19: Rand der Einlegestruktur
20: plastisch verformtes Material
21: kaltverformter Bereich
22: Stoßfuge
23: Oberfläche des Basiselements
24: Profil der Randseiten
26: Hinterschneidung
27: Längskante
28: Längskante
29: Fase
30: Stempelfläche
31: Abrundung
32: Oberfläche des Abdeckelements
33: Wulst
34: Prägeabdruck
35: Querschnittskontur
36: umschreibendes Rechteck
37: Stempelplatte
38: Längskante des Wulstes
39: Tangente
40: Basiskörper
41: Krümmungsradius
42: Krümmungsradius
43: Krümmungsradius
44: Oberfläche
45: Fräser
46: Schneidkontur
47: gestrichelte Linie
48: Nut
49: Nut
50: Fräsprofil
51: Kreissegment
52: Überstand
b: Breite der Nutstruktur
b_w: Basisbreite
B: Breite der Einlegestruktur
d: Dicke des Abdeckelements
D: Dicke des Basiskörpers
h: Höhe
r: Radius
r_H: Radius der Hinterschneidung
t: Tiefe der Einlegestruktur
T: Tiefe der Nutstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10130726 C1 [0002]

Claims

Kaltnahtstempel zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht (2), vorzugsweise zur Herstellung einer mediendichten Stempelnaht einer ebenen oder räumlich gekrümmten Kühlplatte mit Kühlkanälen, wobei der Kaltnahtstempel (1) eine ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche aufweist, aus der ein Wulst herausragt, der einer Linienstruktur einer Stoßnaht von mediendicht zu fügenden Elementen angepasst ist.
Kaltnahtstempel nach Anspruch 1, wobei der Wulst der Linienstruktur der Stoßnaht zwischen einem Basiselement mit einer Nutstruktur und einem Abdeckelement auf der Nutstruktur angepasst ist.
Kaltnahtstempel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche und der Wulst eine Härte aufweisen, die größer ist als die Härte der mit einer Stempelnaht (2) zu fügenden Materialien.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wulst eine Querschnittskontur aufweist, die innerhalb eines umschreibenden Rechtecks mit einer Basisbreite b und einer Rechteckhöhe h mit welcher der Wulst über die ebene oder räumlich gekrümmte Stempelfläche hinausragt liegt, wobei das Verhältnis b/h zwischen 0,5 ≤ b/h ≤ 3 liegt.
Kaltnahtstempel nach Anspruch 4, wobei mindestens eine der oberen Kanten des Wulstes und damit mindestens eine Ecke des umschreibenden Rechtecks angefast oder mit einer konkaven Krümmung versehen ist.
Kaltnahtstempel nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die mindestens eine obere Kante im Querschnitt ein Kreissegment mit dem Radius r ≤ h ist.
Kaltnahtstempel nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Basisbreite b des umschreibenden Rechtecks zwischen 0,2 mm ≤ b ≤ 3,0 mm und die Höhe h des umschreibenden Rechtecks zwischen 0,2 mm ≤ h ≤ 2,0 mm ist.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kaltnahtstempel (1) ein Hartmetall Odereinen HSS-Stahl (High Speed Steel) oder einen härtbaren Werkzeugstahl aufweist.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Oberfläche des Wulstes eine härtende Beschichtung vorzugsweise aus Siliciumnitrid oder Borkarbid aufweist.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ebene oder räumlich gekrümmte Stempeloberfläche des Kaltnahtstempels (1) eine Glanzpolitur (13) aufweist.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ebene oder räumlich gekrümmte Stempeloberfläche des Kaitnahtstempels (1) als Wulst einen auf die ebene oder räumlich gekrümmte Stempeloberfläche einer Stempelplatte aufgebrachten profilierten Draht aus einem Hartmetall oder einem HSS-Stahl (High Speed Steel) oder einem härtbaren Werkzeugstahl aufweist.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wulst einen in das Material einer ebenen oder räumlich gekrümmten Oberseite einer Stempelplatte eingelegten und aus der Oberseite herausragenden profilierten Draht aus einem Hartmetall oder einem HSS-Stahl (High Speed Steel) oder einem härtbaren Werkzeugstahl aufweist..
Kaltnahtstempel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Wulst eine in das Material einer ebenen oder räumlich gekrümmten Oberseite einer Stempelplatte eingearbeitete Querschnittskontur aufweist.
Kaltnahtstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wulst auf der ebenen oder räumlich gekrümmten Stempelplatte des Kaltnahtstempels gegenüber der Mitte einer zu fügenden Stoßnaht eine querversetzte Position aufweist, die nach dem Verhältnis H₁/H₂ der Härtegrade der zu fügenden plastisch zu verformenden Materialien richtet gemäß der Formel Δs = (1 – H₁/H₂) a·b_w, für H₁ ≤ H₂, mit H, Härte des weicheren Materials, H₂ Härte des härteren Materials und b_w Basisbreite des Wulstes, und wobei a ein empirischer Versatzfaktor zwischen 0,3 ≤ a ≤ 0,9 ist und vorzugsweise 0,7 beträgt, und wobei der Wulst jeweils zum weicheren Material um den Betrag Δs hin verschoben ist und bei einem Betrag von Δs = 0 auf der Stoßfuge ohne Versatz angeordnet ist