DE3316960C2 - Fügestutzen für Unrundrohre in einem Tankboden für Wärmetauscher und Werkzeug zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Boden für den Tank eines Rohrwärmetauschers, insbesondere einen Fügestutzen zur Aufnahme des Flachrohres. Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen Tankboden anzugeben. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für das spätere Löten optimalen Tankboden mit Fügestutzen zu entwickeln. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Fügestutzen des Tankbodens jeweils aus zwei Mittelstücken (1.1) mit Rechteckquerschnitt bei schräg nach innen gestellter Stirnfläche und den niedrigeren Endstücken (1.3) besteht, und der Profilübergang (1.4) auf der Außenseite des Stutzens markiert ist. Damit kann das flüssige Lot bei Fügeprozeß ein Maximum an Oberfläche erreichen. Der Stutzen besitzt eine rißfreie umlaufende Innenwand als Voraussetzung für das Dichtlöten und zum zu fügenden Rohr formschlüssige, großflächige Stützelemente, die die hohen Festigkeitsforderungen an die Lötverbindung erfüllen.

Description

steten Randzonen der Tankboden Stützbleche relativ großer Dicke mit üblich eingeschnittenen Löchern beigelegt und durch Löten mit dem Tankboden verbunden. Damit wird die Dicke der Lötverbindung an den Seitenwänden des Durchbruches um das Maß der Dicke dieser Stützblechc vergrößert. Dieser Vorteil ist aber nur durch Mehraufwand an Material und Arbeitszeit zu erreichen.

Wesentliche Verbesserungen in der Stutzenherstellung erforderten bei allen bekannten Beispielen.mehrere Arbeitsgänge mit 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 Rohrwärmetauschers 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 umform- und werkzeugtechnisch möglichen für das Löten optimalen Tankboden mit Fügestutzen zu entwickeln. Dieser Stutzen soll eine rißfreie umlaufende Innenwand genügender Höhe als Voraussetzung für das D'chtlöten 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 durch die Merkmale des Kennzeichens von Patentanspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind aus den Unteransprüchen 2 und 3 ersichtlich. Dadurch, daß der Tankboden vierstückige Fügestutzen mit zylindrischer, geschlossener Innenwand aufweist, bei dem, z. B. bei Stutzen für Flachröhre, die beiden stark gekrümmten Stutzenteile an den Lnnglochenden ein Dreieckprofil und die beiiien geraden Stutzenteile t,er Längsseiten ein deutlich abgesetztes höheres Rechteckprofil mit schräg nuch innen gestellter Stirnfläche besitzt, deren Innenkante um den Abstand der Lötfuge zur Innenwand vorstehl, ist außerdem üin gnies Einschieben des Flachrohres auch von der Rückseite aus gewährleistet. Die Abstützung z.im 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.

Durch eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird erreicht, daß die Slutzenöffnung senkrecht zur Werkstückebene des Tankbodens und die Mittelwand geradlinig und zur gegenüberliegenden Wand parallel und glcichhoch angeordnet ist.

Ein Werkzeug zjti Einformen des erfindungsgemäßen Fügestutzens in einen Tankboden, bestehend aus einem Stempel mit dachrVrmiger Mittelschneide und einem Werk/.eugt nterteil, ist im Paicntanspruch 4 gekennzeichnet. Hierdurch wird erreicht, 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 Schncidfläche ausgebildete Rundung anschließt.

Im zum Stempel analogen Unterteil des Werkzeuges befindet sich beiderseits im Rundungsbereich ein HaIbtrichter, 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 an-

!5 schließt

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 erö'tS, möglichen Fügefläche anrißfrei einschneiden bzw. einziehen.

Werkzeugseitig stellen die das Mittelstück 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 befindlichen Schneiden und die beiderseits um eine Blechdicke zurückspringenden Absätze am Übergang zum Mittelstück des Unterteildurchbruches erfindungsgemäße Merkmale dar, die der Lösung der Aufgabe dienen. Eine zweckmäßige Weiterbildung ist im Patentanspruch 5 gekennzeichnet, wobei die vorteilhafte Werkzeugausführung der Erfindung ebene Schneidflächen am Stempel bzw. um eine ganze Blechdicke zurückgesetzte, zur Durchbruchachse parallele Seitenwände im Unterteil besitzt.

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 Fügcstul/.ens 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 dementsprechende·' zeichnerischer Darstellung. Die Zeichnungen zeigen

Fig. la —Fügestutzen in Langiochausführung in der Draufsicht,

F i g. 1 b — Vorderansicht nach F i g. 1 a,
Fig. 1 c — Seitenansicht nach Fig. la,
F i g. Id — Darstellung nach Schnitt in Längsrichtung in Fig. la,

Fig. Ie - Darstellung nach Schnitt in Querrichtung in Fi g. la,

F i g. 2a — Stempel in Vorderansicht.
F i g. 2b — Stirnseite des Stempels,
F i g. 2c — Seitenansicht nach F i g. 2a,
b5 Fig. 3a — Schnitt liurch das Werkzeugunterteil,
F i g. 3b — Schnitt der Seitenansicht nach 3a.
F i g. 3c — Draufsicht auf das Werkzeugunterteil,
F i g. 4a — Vorgeformter Stutzen des Tankbodens W

in der Ausgangsstellung im Schnitt,

F-" i g. 4b — Seitenansicht zu F i g. 4a,

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

F i g. 4d — Seitenansicht zu F i g. 4a,

Fig.4e — Fertiggeformter Stutzen des Tankbodens im Schnitt,

F i g. 4f — Seitenansicht zu F i g. 4e.

Der vierstückige Fügestutzen besteht gemäß Fig. la bis Ie 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 geschnittene Innenfläche 1.3 quer durch die vorher schräggestellte Blcchdickc s erzeugt. Der Profilübergang 1.4 vom Recht- zum Dreieckprofil ist kantig auf der Außenseite des Stutzens markiert.

Die vorstehende Innenkante 1.5 bildet die spätere 1 .ötfuge Lf und den Abschluß der schräggestellten Stirnfläche 1.6, die das Einschieben des Flachrohres von der Rückseite her erleichtert.

Die F i g. 2a bis 2c zeigen den zum Einformen des in den Fig. la bis Ie dargestellten Fügestutzens ausgebildeten 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 Übergang zum Profil des Stempelschaftes 2.5 im Radiusbereich scharfkantig.

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

Ausführungsvarianten dazu sind:

— konvex oder konkav gekrümmte Mittelschneide 2.1,

— konvex gekrümmte Stirnfläche 2.2,

— schräggestellte und/oder konvex gekrümmte
Fußfläche 2.4.

— Kombinationen hiervon.

Die F i g. 3a bis 3c zeigen das dem Stempel analog ausgebildete Unterteil 3.0 der Werkzeugeinheit. Es besitzt beiderseits einen Halbtrichter 3.1, dessen Mantelfläche das schrägjestellte Blech beim Schneiden gegen die scharfe Unterkante 3.2 am Ende des Trichters abstützt.

Die Längsseiten 33 des Durchbruches sind beiderseits um die Blechdicke s zurückgesetzt. Die umlaufende Oberkante 3.4 des Unterteil-Durchbruches ist leicht gerundet, ebenso die Kante 3. 5 am Ende des Haibtrichters.

Eine Ausführungsvariante dazu ist, daß die Längsseite 33 des Durchbruches beiderseits um einen Betrag kleiner als die Blcchdicke s zurückgesetzt ist.

In den F i g. 4a bis 4f ist der Verfahrcnsablauf in den Hauptphasen dargestellt. Die F i g. 4a und 4b stellen das aus den drei Hauptteilen bestehende Werkzeug. Abstreifer 1.0. Stempel 2.0. Werkzeuguntertei! 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 seine Mittelschneide 2.1 in den Grund dieser Sicke als Negativform einprägt und sich bereits die Stirnflächen 1.6 (Fig. Id) abzubilden beginnen. Dabei wird linienförmig unter dieser Schneide die kurz vor dem Durchbruch stehende Blechdicke a'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 Mittelschncide 2.1 das Blech durchstoßen, die Längsseiten durch die Stirnflächen 2.2 zu den Dachflächen 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 schräggestclltc Wand des Halbtrichters laufenden Schnitt das sichelförmige Reststück 4.2 abgetrennt, das als Abfall aus dem Werkzeug fällt. Der Stutzen hat dann die F'orm IV'angcnommen.

Nach Entlormung des Stempels, das heißt mit seinem Aufwärtshub, werden in den Biegungen Restspannungen frei, die die Längsseite des Stutzens in die endgültige Stellung gemäß Fig. Ic bzw. Ie bringen.

Modifikationen im Rahmen der Ausführungsbeispiele der Erfindung sind möglich. Das Einbringen des Stutzens in den Tankboden erfolgt durch den Stempel 2.0, wobei durch die Form des Stempels und des Werkzeugunterte'S 3.0 mehrere Arbeitsphasen nacheinander bzw. sich überlappend ablaufen. Dabei ist es gleichgül-

jo tig. ob der Stutzen in den ebenen oder den durch eingeprägte Sicken bereits vorgeformte Spiegel des Tankbodens eingeformt wird.

Nach dem Aufsetzen der am Stempelkopf befindlichen Mittelschneide 2.1 wird zunächst eine der Stcmpcl-

J5 form analoge Vertiefung ausgebildet, wobei gleichzeitig durch radiales Recken die Blechoberflächc im Bereich dieser Vertiefung weiter vergrößert wird. Mit zunehmendem Widerstand dieser Vertiefung gegen den vordringenden Stempel 2.0 prägt sich dessen Mittclschncide 2.1 am Ende dieser ersten Phase in den Grund der Vertiefung als Negativform ein, bis dieser Grund unter der Mittelschneide 2.1 aufreißt.

Die sich in kontinuierlichem Hub anschließende zweito Phase ist durch einen Biegevorgang gekennzeichnet, bei dem durch die Dachflächen 23 hinter der Mittclschneide 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 abgetrent;, Diese Phase endet, indem die Mittelstücke 1.1 im senkrechten Durchbruch der Längsseite 33 des Werkzeuguntcrteils zur Anlage gebracht wurden, wobei gleichzeitig durch die vorspringende Kante 33 des Unterteiles der Profilübergang 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 Werkzeuguntcrtcils zur Auflage gebracht werden. Vom dann schräggestcllten Blechquerschnitt wird nun ein sichelförmiges Reststück 4.2 durch

b5 die scharfkantige Fußfläche 2.4 senkrecht abgetrennt, wodurch das Dreieckprofil am Endstück 1.2 des Stutzens entsteht.

In der letzten Phase wird die in der Biegung der

Lüngsscilen des Stutzens (/.weite Phase) vorhandene Restelastizität zur endgültigen Formgebung des Stut-/ens ausgenutzt. Nach dem Zurückziehen des Stempels wird diese Restclastizitnt als Rückfederung frei und stellt die l.iingsseile des Stul/ens so, daß die Innenkante ·> 1.5 der durchgestochenen ehemaligen ßodcnrundung (erste Phase) gegenüber der Innenwand der Suitzenlängsv.,te um das Maß der späteren Lötfuge Lf vorsteht.

IO

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

30

40

45

50

55

60

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Fügestutzen für Unrundrohre in einem Tankboden für Wärmetauscher, bestehend aus zwei Mittelstücken (1.1) mit Reehteckquerschnitt und zwei die Mittelstücke verbindenden halbkreisförmigen niedrigeren Endstücken (1.2), dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (1.2) Dreieckquerschnitt mit durch das an dieser Stelle schräggestellte Tankblech geschnittener Innenfläche (U) aufweisen und der Profilübergang (1.4) vom Rechteck- zum Dreieckprofil auf der Außenseite des Fügestützens kantig markiert ist

2. Fügestutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 isL

3. Füges'utzen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzenöffnung die Form eines Langloches mit gleichhohen, geraden Mittelstücken (1.1) und gleichgroßen halbkreisförmigen Endstücken (1.2) aufweist, wobei die Innenfläche senkrecht zur Ebene des Bodens steht.

4. Werkzeug zum Einformen eines Fügestutzens in einen Tankboden nach den Ansprüchen 1,2 und 3, bestehend aus einem Stempel mit dachförmiger Mhtclschncidc und einem Werkzeugunterteil, dadurch gekennzeichnet, daß die die Mittelschncide (2.1) des jo Stempels (2.0) beiderseits begrenzende Stirnfläche

(2.2) zur Dachfläche (23) und die sich daran anschließende halbkreisförmige Futrläche (2.4) im Rundungsbereich zum Scha.'tprofil (23) scharfkantig ist und der dem Stempel analoge L jrchbruch im Werkzeugunterteil beiderseits einen Halbtrichter (3.1) besitzt, der am unteren Ende (3.2) scharfkantig und dessen Längsseite (3J) jeweils um die Blechdicke (s) zurückgesetzt ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Stempel (2.0) die Stirnflächen (2.2) senkrecht und eben und die Fußflächen (2.4) parallel und eben zur geraden Mittelschneidc (2.1) angeordnet und/oder im Werkzeugunterteil (3.0) die Längsseiten (33) weniger als jeweils die Blechdickc (s) zurückgesetzt ausgebildet sind.

Anwendungsgebiet der Erfindung

5υ

Die Erfindung betrifft einen Fügestutzen für Unrundrohre in einem Tankboden für Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Kühlung von Brennkraftmaschinen oder zur Heizung von Fahrzeugen, insbesondere eines Fügestutzens zur Aufnahme des Unrundrohres und ein Werkzeug zur Herstellung dieses Fügestutzens nach Patentanspruch 4.

ChaTiiktcristik der bekannten technischen Lösungen

Herippie Kohrwärmelauscher werden vorzugsweise im Fahrzeugbau eingesetzt und unterliegen, besonders in Geländefahrzeugen, hohen dynamischen Belastun- t>5 gen. 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 vorzei;ig ein und es kommt zu- Fehllötung, die Undichtheit des Kühlers nach sich zieht oder — bei relativ niedrigem Stutzen — genügt die kurze Lötfuge nicht den Festigkeitsforderungen.

Bisherige Anstrengungen konzentrieren 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 Mittelleil.

Verbesserungen wurden erst durch Verfahrensänderungen möglich. Dazu drei Beispiele:

Aus der DE-QS 29 02 155 ist die vierstückige Ausbildung eines gattungsgemäßen Fügestutzens, bestehend aus zwei gleichhohen Mittelstücken mit Reehteckquerschnitt und den beiden diese verbindenden, niedrigeren, gleichgroßen, halbkreisförmigen Endstücken bekannt. Dabei umfaßt das Verfahren zum Herstellen des Flansches um ein Loch _;τι einem Blech herum die Verfahrensschritte des Formens einer langgestreckten Vertiefung in das Blech, die etwa parallele Seitenwände, die Seiten wände verbindende End wände und eine Bodenwand besitzt. Danach werden durch Entfernen eines Stückes des Bleches der Bodenwand neben den beiden Seitenwänden zwei Löcher in der Vertiefung ausgebildet. Die Bodenwand wird dann etwa längs ihrer Mittellinie zwischen den beiden Löchern geschlitzt, um zwei Bodenwandsegmente auszubilden, und die beiden Segmente werden dann auswärts gedrückt in etwas mit den Seitenwänden der Vertiefung fluchtende Stellungen, um eine langgestreckte öffnung ausi'ibilden, die einen durchgedrückten Flansch umfaßt, der etwa parallele relativ hohe Seiienwände und diese .Seitenwände verbindende Endwände geringerer Höhe hat.

Dieser Stutzen wird mit seinen in bezug auf bisherige Ausführungen höheren Scitenwänden den Festigkeitsanforderungen besser gerecht. Da jedoch die niedrigen Endwände verfahrensseitig durch Aufdehnen erzeugt werden, werden radiale Anrisse und damit Dichtheitsprobleme beim Löten nicht ausgeschlossen.

Der US-PS 24 88 627 ist eine Rohr- und Kopfplatteneinheit zu entnehmen, bei der die Löcher in der Kopfplatte durch Schlitzen des Bleches und Anstauchen des Materials quer zur Ebene der Blechplatte, um Flansche um den Umfang des Loches auszubilden, gebildet sind. Diese Art der Herstellung von Fügestutzen führt zu einer Erhöhung der Gestaltfestigkeit, verhindert aber das Auftreten radialer Anrisse infolge Überdehnung des Materials nicht.

Eine andere Lösung enthält US-PS 32 45 465.
Dieses Verfahren umfaßt die Schritte des Formens einer Vertiefung in das Blech. Ausstanzen der Bodenwand der Vertiefung aus dein Blech bis auf kurze Abschnitte der RodenWUml neben den Emlwändcn der Vertiefung und danach ein Verformen der kurzen Segmente der Hodenwand nach außen hin. Diese sichelförmigen Blcchverdikkungen an den beiden halbkreisförmigen Endungen des Unrundrohrdurchbruches bewirken eine bessere Abstützung des Rohres, erfordern aber spezielle Fließpreßwerkzeuge. Außerdem werden in den höherbcla-