DE4031576A1 - Tube-plate connection for heat exchanger - has tube ends pushed into tensioners widening in plate and pressed home by radial widening - Google Patents

Tube-plate connection for heat exchanger - has tube ends pushed into tensioners widening in plate and pressed home by radial widening

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Abstract

The pipe ends are pushed over a mandrel (5) which is a part of a machine tool provided with several rollers (6) which can be pressed against the periphery of the respective pipe. By relative rotation of the pipe against the roller in a clockwise direction (7) through common rotation of the mandrel and the pipe, the top surface of the pipe in its end area (2a) is sealed by swarfless deformation as far as a specific level (4). The surface material quality is accordingly decidedly improved in the pipe end area (2a), with the rough depth of the material reduced. USE - To produce a tubeplate connection for a heat exchanger, partic. for a cooler with aluminium tubes for an IC engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rohr/Bodenverbindung für einen Wärmetauscher, insbesondere für mit Aluminiumrohren versehene Kühler von Brennkraftmaschinen, bei dem die Rohrenden in Durchzüge eines Rohrbodens einge­ schoben und durch Aufweiten in den Durchzügen verpreßt werden.The invention relates to a method for producing a Pipe / base connection for a heat exchanger, especially for coolers of internal combustion engines provided with aluminum tubes, in which the pipe ends are inserted in passages of a tube sheet be pushed and pressed by widening in the passages.

Es ist bekannt, Rohr/Bodenverbindungen ohne einen Lötvorgang auf die eingangs erwähnte Weise herzustellen, wobei im all­ gemeinen gezogene Rohre in Durchzüge in den Rohrboden einge­ setzt werden, deren Form der Querschnittsform der Rohre ent­ spricht und die durch entsprechend gestaltete Werkzeuge dadurch geschaffen werden, daß zunächst Öffnungen in den Rohrboden gestanzt und anschließend durch Einführen eines Stempels Kragen bzw. Durchzüge gezogen werden. Diese Durchzüge weisen aufgrund einer solchen Bearbeitung an ihrer Innenseite, die später den Rohraußenseiten zugewandt ist, eine relativ gute Oberflächen­ güte auf, die Rauhtiefe ist verhältnismäßig gering.It is known to pipe / ground connections without a soldering process to produce in the manner mentioned at the beginning, wherein in all common drawn pipes in passages in the tube sheet be set, the shape of the cross-sectional shape of the tubes ent speaks and by means of appropriately designed tools created that first openings in the tube sheet punched and then collar by inserting a stamp or pulls are drawn. These passages show due such a processing on the inside, which later the The outside of the pipe faces a relatively good surface goodness, the roughness is relatively low.

Die in diese Durchzüge einzusetzenden gezogenen Rohre dagegen besitzen eine schlechtere Oberflächengüte und ihre Rauhtiefe ist etwa viermal so groß wie jene der Durchzüge. Die Rauhtiefe bestimmt sich dabei aus einem Mittelwert der gemessenen Ober­ flächenstruktur, die bei den Durchzügen auch wesentlich gleich­ mäßiger ist als bei gezogenen Rohren. Dazu kommt, daß die Ober­ flächengüte von gezogenen Rohren auch nicht immer gleich­ bleibend ist.The drawn tubes to be used in these passages, on the other hand have a poorer surface quality and their roughness is about four times the size of the swiping. The surface roughness is determined from an average of the measured upper surface structure, which is also essentially the same for the swiping  is more moderate than with drawn tubes. In addition, the waiter area quality of drawn tubes is not always the same is permanent.

Dies führt bei dem eingangs erwähnten Herstellungsverfahren einer Rohr/Bodenverbindung dazu, daß die Rohre zwar fest im Boden gehalten sind, daß die Dichtheit einer so hergestellten Verbindung aber nicht immer gesichert ist.This leads to the manufacturing process mentioned at the beginning a pipe / floor connection to ensure that the pipes in the Bottom are held that the tightness of a so manufactured Connection is not always secured.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß neben einem festen Sitz der Rohre im Boden auch eine gute und dauerhafte Abdichtung zwischen Rohrboden und Rohr erreicht wird.The invention is therefore based on the object of a method of the type mentioned in such a way that in addition to a tight fit of the pipes in the ground also a good and lasting Sealing between the tube sheet and tube is achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Rohraußenflächen vor dem Ein­ schieben in die Durchzüge zumindest in dem später in den Durch­ zügen liegenden Umfangsbereich durch spanloses Verdichten auf eine geringere Rauhtiefe gebracht werden. Insbesondere kann dafür gesorgt werden, daß die Rauhtiefe der Rohraußenflächen auf die Größenordnung der Rauhtiefe an den Durchzügen gebracht wird.To solve this problem, one of the methods described in the introduction mentioned type provided that the outer tube surfaces before the one push in the passages at least in the later in the passages draw lying peripheral area by chipless compression a lower roughness depth can be brought. In particular, can be ensured that the roughness of the pipe outer surfaces brought to the order of magnitude of the roughness on the passages becomes.

Durch diese Ausgestaltung wird nach dem Aufweiten der Rohrenden ein sicherer und dauerhaft dichter Sitz erreicht, ohne daß eine zusätzliche Dichtung oder ein Verlöten notwendig wird. Auf die erfindungsgemäße Weise hergestellte Wärmetauscher für Brenn­ kraftmaschinen von Fahrzeugen halten auch die im Betrieb auf­ tretenden mechanischen Erschütterungen durch Stöße o. dgl. aus, ohne daß eine Beeinträchtigung des strammen und dichten Sitzes der Rohre in den Durchzügen zu befürchten ist.With this configuration, the tube ends are expanded achieved a secure and permanently tight fit without a additional sealing or soldering becomes necessary. On the Heat exchangers for burning produced according to the invention Vehicle engines also stop them in operation mechanical vibrations caused by impacts or the like, without affecting the tight and tight fit the pipes in the passages are to be feared.

Natürlich wäre es auch auf andere Weise möglich, die Ober­ flächengüte an den Rohrenden zu verbessern. Die für die Her­ stellung von Wärmetauschern für Brennkraftmaschinen wegen ihres günstigen Wärmeübergangskoeffizienten verwendeten Aluminium- oder Buntmetallrohre lassen sich aber nicht, oder nur sehr unwirtschaftlich schleifen oder polieren. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die bei gezogenen Rohren vorliegende Rauhtiefe von rund 4 µm auf etwa 1,1 µm und weniger zu verringern und um dies zu erreichen, in einfacher Weise ein Rollierwerkzeug zu verwenden. Natürlich bietet das erfindungs­ gemäße Verfahren auch besondere Vorteile dann, wenn zum oder vor dem Aufweiten in die offenen Rohrenden noch zusätzlich Stützhülsen eingesetzt werden, welche die Steifigkeit der Rohre an ihren Enden dort erhöhen, wo die Rohre in den Durchzügen sitzen. Die Merkmale des Anspruches 5 bringen den Vorteil mit sich, daß der Wärmeübergang zwischen Rohr und Rippen verbessert wird. Somit läßt sich durch das Rollieren nicht nur die Dicht­ heit im Bereich der Rohr/Boden-Verbindung verbessern, sondern auch der Wärmeübergang im Bereich der Rohr/Rippen.Of course it would also be possible in another way, the waiter to improve the surface quality at the pipe ends. The for the Her provision of heat exchangers for internal combustion engines because of their favorable heat transfer coefficients used aluminum  or non-ferrous metal pipes can not, or only very uneconomical grinding or polishing. It turned out to be proven particularly advantageous for drawn tubes Roughness depth from around 4 µm to about 1.1 µm and less to decrease and to achieve this in a simple manner Roller burnishing tool. Of course, that offers fiction procedures also have special advantages if at or before expanding into the open pipe ends Support sleeves are used, which increase the rigidity of the pipes increase at their ends where the pipes in the passages to sit. The features of claim 5 bring the advantage themselves that the heat transfer between the tube and fins improves becomes. This means that not only the sealing can be rolled improve in the area of pipe / floor connection, but also the heat transfer in the area of the tube / fins.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungs­ beispieles in einer Zeichnung erläutert und im folgenden be­ schrieben. Es zeigen:The method according to the invention is based on an embodiment example explained in a drawing and in the following be wrote. Show it:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Rohr/ Bodenverbindung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, Fig. 1 is a schematic sectional view through a tube / plate compound that is produced according to the present invention,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Rollierwerkzeuges zur spanlosen Verdichtung der Rohraußenfläche an einem Rohrende und Fig. 2 is a schematic representation of a roller burnishing tool for chipless compression of the outer tube surface at one tube end and

Fig. 3 die Darstellung des Rauhigkeitverlaufes längs einer Umfangslinie gemessen für ein rolliertes und ein nicht rolliertes, d. h. lediglich gezogenes Rohr. Fig. 3 shows the roughness curve along a circumferential line measured for a rolled and a non-rolled, ie only drawn pipe.

In der Fig. 1 ist schematisch eine Rohr/Bodenverbindung ge­ zeigt, wie sie für Wärmetauscher, insbesondere für Kühler von Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Im Ausführungsbeispiel sind dabei in den in nicht näher dargestellter Weise im End­ zustand des Kühlers von einem Wasserkasten überdeckten Rohr­ boden (1) Rundrohre (2) dicht eingesetzt, die mit ihren Enden jeweils in Durchzügen (3) des Rohrbodens (1) gehalten sind. Die Rohrenden sind dabei nach dem Einsetzen in die Durchzüge (3) durch ein entsprechendes in ihre Stirnseiten eingeführtes Werk­ zeug radial aufgeweitet worden, so daß sie mit einem dichten Preßsitz in den Durchzügen (3) sitzen. Die Rohre (2), die bei­ spielsweise aus Aluminium bestehen können und einen Durchmesser von 4 mm bis 20 mm aufweisen können, sind dabei vor dem Ein­ schieben in die Durchzüge (3) in der in der Fig. 2 schematisch angedeuteten Weise bearbeitet worden. Die Rohrenden sind dabei über einen Dorn (5) geschoben, der Teil eines Bearbeitungswerk­ zeuges ist, das außerdem mit mehreren Walzen (6) versehen ist, die gleichmäßig am Umfang des Rohres (2) andrückbar sind. Durch eine Relativdrehung des Rohres (2) gegenüber den Walzen (6) im Sinn des Pfeiles (7), die beispielsweise durch ein gemeinsames Rotieren von Dorn (5) und Rohr (2), aber in einfacherer Weise durch ein Rotieren der Walzen (6) um das feststehende Rohr und den feststehenden Dorn (5) herum erreicht wird, wird die Ober­ fläche des Rohres (2) in dem Endbereich (2a) bis zu der Ebene (4) durch spanlose Verformung, nämlich durch einen Rollier­ vorgang verdichtet. Die Oberflächengüte wird daher im Bereich (2a) dadurch entscheidend verbessert, daß die Rauhtiefe der Rohroberfläche verringert und vergleichmäßigt wird.In Fig. 1, a pipe / bottom connection is shown schematically as it is used for heat exchangers, in particular for coolers of internal combustion engines. In the exemplary embodiment, in the manner not shown in the final state of the cooler from a water tank covered tube base ( 1 ) round tubes ( 2 ) are inserted tightly, which are held with their ends in passages ( 3 ) of the tube sheet ( 1 ). The tube ends have been radially expanded after insertion into the passages ( 3 ) by a corresponding work introduced into their end faces, so that they sit with a tight interference fit in the passages ( 3 ). The tubes ( 2 ), which can be made of aluminum, for example, and can have a diameter of 4 mm to 20 mm, have been machined before being inserted into the passages ( 3 ) in the manner schematically indicated in FIG. 2. The tube ends are pushed over a mandrel ( 5 ), which is part of a processing tool, which is also provided with a plurality of rollers ( 6 ) which can be pressed evenly against the circumference of the tube ( 2 ). By a relative rotation of the tube ( 2 ) with respect to the rollers ( 6 ) in the direction of the arrow ( 7 ), for example by rotating the mandrel ( 5 ) and tube ( 2 ) together, but more simply by rotating the rollers ( 6 ) around the fixed tube and the fixed mandrel ( 5 ) is reached, the upper surface of the tube ( 2 ) in the end region ( 2 a) to the plane ( 4 ) by chipless deformation, namely compressed by a roller burnishing process. The surface finish is, therefore, (a 2) decisively improved in a range that the roughness of the tube surface is reduced and made uniform.

Die Fig. 3 zeigt den Verlauf der Rauhtiefe gemessen an einer Umfangslinie im Bereich (2a) eines Rohres (2), wobei R1 die gemessene Rauhtiefe bei einem im Bereich (2a) rollierten und mit besserer Oberflächengüte versehenen Rohr, R2 dagegen die am Umfang gemessene Rauhtiefe eines nicht diesem zusätzlichen Bearbeitungsvorgang unterworfenen und lediglich gezogenen Rohres zeigt. Die Auswertung dieser Messungen ergibt, daß die maximale Rauhtiefe bei R2 von 4,04 µm auf eine maximale Rauh­ tiefe von 1,2 µm bei R1 verringert werden konnte. Fig. 3 zeigt außerdem, daß die Rauhtiefe auch entscheidend über den Umfang vergleichmäßigt werden konnte. Fig. 3 shows the course of the roughness measured on a circumferential line in the area ( 2 a) of a pipe ( 2 ), wherein R 1 is the measured roughness for a pipe rolled in the area ( 2 a) and provided with a better surface quality, R 2, however shows the roughness depth measured on the circumference of a pipe which is not subjected to this additional machining operation and is merely drawn. The evaluation of these measurements shows that the maximum roughness depth of R 2 could be reduced from 4.04 µm to a maximum roughness depth of 1.2 µm for R 1 . Fig. 3 also shows that the surface roughness could also be decisively equalized over the circumference.

Die Durchzüge (3) im Rohrboden (1) werden in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß zunächst entsprechende Öffnungen in den Rohrboden (1) gestanzt werden, die dann an ihren Rändern durch Einführen eines Stempels zu den umlaufenden und dem Querschnitt der Rohre (2) angepaßten Durchzügen (3) umgeformt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Umformvorgang eben­ falls eine spanlose Verdichtung an der Innenseite der Durchzüge (3) erreicht wird und daß die Oberflächengüte an der Innenseite dieser Durchzüge in etwa der durch einen Rolliervorgang am Außenumfang der Rohre (2) erreichbaren und in Fig. 3 unter R1 gezeigten Oberflächengüte entspricht. Durch das erfindungs­ gemäße Verfahren werden daher Oberflächen mit annähernd der gleichen Oberflächengüte gegeneinander gepreßt und dadurch kann eine wesentlich bessere Abdichtung bei einem strammen Sitz der Rohre (2) im Rohrboden (1) erreicht werden.The passages ( 3 ) in the tube sheet ( 1 ) are produced in a known manner by first punching corresponding openings in the tube sheet ( 1 ), which are then inserted at their edges by inserting a stamp into the circumferential and the cross-section of the tubes ( 2 ). adapted passages ( 3 ) are formed. It has been shown that in this forming process, if chipless compaction is achieved on the inside of the passages ( 3 ) and that the surface quality on the inside of these passages is approximately the same as that which can be achieved by a rolling process on the outer circumference of the tubes ( 2 ) and is shown in FIG surface finish shown under R 1. 3 corresponds. With the method according to the invention, surfaces with approximately the same surface quality are therefore pressed against each other and as a result a much better seal can be achieved with a tight fit of the tubes ( 2 ) in the tube sheet ( 1 ).

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Rundrohre vor­ gesehen und die Erfindung wird sich auch besonders vorteilhaft bei Rohren mit einem runden Querschnitt anwenden lassen. Selbstverständlich kann aber auch bei Verwendung von Oval­ rohren, die im Endbereich außen rolliert werden, und bei entsprechender Ausbildung der Durchzüge der gleiche vorteil­ hafte Sitz erreicht werden.In the described embodiment, round tubes are in front seen and the invention will also be particularly advantageous apply to pipes with a round cross-section. Of course, you can also use oval tubes that are rolled on the outside at the end, and at appropriate training of the swaths the same advantage firm seat can be achieved.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Rohr/Bodenverbindung für einen Wärmetauscher, insbesondere für mit Aluminiumrohren versehene Kühler von Brennkraftmaschinen, bei dem die Rohrenden in Durchzüge eines Rohrbodens eingeschoben und durch radiales Aufweiten in den Durchzügen verpreßt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rohraußenflächen vor dem Einschieben in die Durchzüge (3) zumindest in dem später in den Durchzügen liegen­ den Umfangsbereich (2a) durch spanloses Verdichten auf eine geringere Rauhtiefe gebracht werden.1. A method for producing a tube / bottom connection for a heat exchanger, in particular for coolers of internal combustion engines provided with aluminum tubes, in which the tube ends are inserted into passages in a tube sheet and pressed by radial expansion in the passages, characterized in that the tube outer surfaces in front of the inserting at least the peripheral area are brought (2 a) by non-cutting compressing to a lower roughness in the passages (3) in the later lie in the passages. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe der Rohraußenflächen auf die Größenordnung der Rauhtiefe an den Durchzügen gebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the roughness of the pipe outer surfaces to the order of the Roughing depth is brought to the passages. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von gezogenen Rohren die Rauhtiefe (Rmax) von rund 4 µm auf etwa 1,1 µm und kleiner verringert wird.3. The method according to claim 1, characterized in that when using drawn tubes, the roughness (R max ) is reduced from around 4 µm to approximately 1.1 µm and smaller. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum spanlosen Verdichten ein Rollierwerkzeug (6) verwendet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that a rolling tool ( 6 ) is used for chipless compaction. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohraußenflächen über die gesamte Länge der Rohre durch spanloses Verdichten auf eine geringere Rauhtiefe gebracht werden.5. The method according to claim 1, characterized in that the pipe outer surfaces over the entire length of the pipes chipless compaction brought to a lower surface roughness will.
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