DE4131332A1 - Extrudiertes leichtmetallprofil und werkzeug zur herstellung eines halbzeugs fuer das leichtmetallprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein extrudiertes Leichtmetallprofil mit mehreren nebeneinander gelegenen Strömungskanälen zur Herstellung eines Wärmetauschers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Profilenden in jeweils einem sogenannten Wasserkasten gehalten sind. Wärmetauscher müssen, insbesondere, wenn sie in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden, besonders kompakt, aber trotzdem sehr effektiv sein. Man erhält eine derartige kompakte Ausbildung, wenn man aus vorzugsweise zwei Wasserkästen und in diesem Falle den beiden sie verbindenden Gruppen von rohrartigen Leichtmetallprofilen einen Hohlzylinder bildet, in welchem man einen Lüfter unterbringt. Der von letzterem erzeugte Luftstrom streicht von innen nach außen an den einzelnen Leichtmetallprofilen beider Gruppen vorbei und erwärmt sich daran, wenn die Wassertemperatur in den Profilen höher ist als die Lufttemperatur. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einem Ring-Wärmetauscher. Über den einen Wasserkasten wird den Bohrungen aller Leichtmetallprofile das Kühlmittel zugeführt, und über den anderen Wasserkasten wird es nach dem Sammeln wieder abtransportiert.

Solche Ringheizkörper werden auch im Zusammenhang mit Klimageräten für Kraftfahrzeuge verwendet. Sie gestatten eine besonders kompakte Bauform, weil ihnen der Verdampfer eines Kälteaggregats unmittelbar zugeordnet werden kann.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein solcher Ringheizkörper aus zwei parallel angeordneten Wasserkästen besteht und beide über zwei Gruppen von über- bzw. nebeneinander angeordneten extrudierten Leichtmetallprofilen miteinander verbunden werden. Demnach müssen also die Leichtmetallprofile jeweils eine kreisbogenförmige Gestalt aufweisen. Bislang hat man diese Leichtmetallprofile aus ebenen, extrudierten Leichtmetallprofilen gebogen. Zu diesem Zwecke hat man die zunächst geraden Elemente in eine Biegevorrichtung eingespannt und auf den gewünschten Krümmungsradius gebracht. Dies führt aber bei extrudierten Profilen im Biegebereich, d. h. über quasi die gesamte Länge zu einer starken Materialbeanspruchung, die eine erhebliche Beeinträchtigung hinsichtlich der Druckfestigkeit ergibt.

Demnach liegt die Aufgabe der Erfindung darin, ein extrudiertes Leichtmetallprofil der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Herstellung Beeinträchtigungen im Sinne einer Minderung der Druckfestigkeit oder anderer Materialeigenschaften verhindert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das extrudierte Leichtmetallprofil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einem Abschnitt eines kreis- oder wendelförmig extrudierten Halbzeugs besteht. Wenn man also gemäß dieser Erfindung das Leichtmetallprofil bereits beim Extrudieren bogenförmig gestaltet, so kann man einerseits auf den Biegevorgang verzichten, und andererseits entfällt dadurch die beim Biegen sonst auftretende Materialbeanspruchung in Form von Spannungen und dgl.. Demnach erhält man also neben der festigkeitsmäßig günstigeren Ausbildung auch noch eine Verringerung der Kosten durch den Wegfall des Biegevorgangs. Bei einer Serienfertigung ist es ohne weiteres möglich, ein extrudiertes Leichtmetallprofil mit einem bestimmten Radius zu fertigen, und zwar als Abschnitt von einem extrudierten Halbzeug. Wenn dessen Länge größer ist als der Kreisumfang, so muß man es wendelartig herstellen. Von dieser Wendel oder auch von einem kreisförmigen Halbzeug werden dann die Abschnitte in benötigter Länge abgetrennt, wie dies bei den extrudierten geraden Leichtmetallprofilen auch der Fall ist. Im ersteren Falle liegen die beiden Enden wegen der Wendelform nicht genau in derselben Ebene, jedoch ist der "Höhenunterschied" dadurch relativ gering, daß einerseits die Wendelsteigung klein ist, und andererseits immer nur Teile einer Wendelwindung verwendet werden, so daß sich nur ein Bruchteil einer Wendelsteigung diesbezüglich auswirkt. Es ist ohne besondere Belastungen des Materials möglich, die abgetrennten Abschnitte ggf. in eine Ebene zu bringen, was ohne weiteres im Zusammenhang mit einem weiteren Arbeitsgang geschehen kann.

Insoweit sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß der vom wendelförmigen Halbzeug abgetrennte Leichtmetall- Profilabschnitt insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsgang kalibriert und in eine Ebene gebogen wird.

Die geraden Leichtmetallprofile werden mit Hilfe eines Werkzeugs hergestellt, der einen Werkzeugkern aufweist, welcher den Querschnitt des Leichtmetallprofils bestimmt. Letzteres verläßt dieses Werkzeug, sobald es so weit stabil ist, daß sich seine Form beim Abkühlen und beim Weitertransport nicht mehr verändern kann. Ein derartiges herkömmliches Werkzeug kann selbstverständlich zur Herstellung des erfindungsgemäßen extrudierten Leichtmetallprofils nicht verwendet werden.

Um nun auch insoweit eine Verbesserung zu schaffen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Werkzeug zur Herstellung eines Halbzeugs für den extrudierten Leichtmetallprofilabschnitt gemäß Anspruch 1 oder 2 durch eine wenigstens dreiteilige Ausbildung gekennzeichnet ist, nämlich einen im Extruder anströmbaren Werkzeugkern und einen sich in Strömungsrichtung des Metalls daran anschließenden zweiteiligen Werkzeugmantel, der quer zur Längsmittelebene des Halbzeugs geteilt ist, und einen kreisbogenförmigen Kanal für den Durchtritt des extrudierten und bereits formstabilen Halbzeugs aufweist, wobei sich in jedem Werkzeugmantelteil eine Hälfte des in Längsrichtung zweigeteilten kreisbogenförmigen Kanals befindet. Dabei ist der Werkzeugkern zumindest an seinem Abströmende bereits gekrümmt, so daß das den Kern verlassende Profil beim Eintritt in den kreisbogenförmigen Kanal bereits eine entsprechend dessen Radius gekrümmte Form aufweist. Wo im einzelnen die Krümmung zu beginnen hat, hängt vom Querschnitt, den Wandstärken, der Durchlaufgeschwindigkeit, den Materialeigenschaften, und ggf. noch weiteren Parametern ab. In zumindest den meisten Fällen dürfte es zweckmäßig sein, die Krümmung vom Eintrittsende bis zum Austrittsende des Werkzeugs ganz durchlaufen zu lassen. Hiervon ausnehmen kann man ggf. den unmittelbaren Einströmbereich des Werkzeugs mit seinen Querverstrebungen.

Eine andere erfindungsgemäße Ausbildung des Werkzeugs zur Herstellung eines Halbzeugs für den extrudierten Leichtmetallprofilabschnitt gemäß Anspruch 1 und 2 ist durch einen im Extruder anströmbaren Werkzeugkern und einen sich in Strömungsrichtung des Metalls daran anschließenden, mindestens zweiteiligen Werkzeugmantel mit einem kreisbogenförmigen Kanal für den Durchtritt des extrudierten und bereits formstabilen Halbzeugs während der Herstellungsphase gekennzeichnet, wobei die Teile des Werkzeugmantels in Durchlaufrichtung des Halbzeugs hintereinander angeordnet sind und jedes einen Teil des kreisbogenförmigen Kanals aufweist bzw. bildet. Hinsichtlich des Werkzeugkerns gelten die vorstehenden Ausführungen hier in gleicher Weise, weil diesbezüglich kein Unterschied zwischen den beiden Lösungen notwendig ist.

Eine weitere Ausgestaltung dieser Werkzeuge ist dadurch gekennzeichnet, daß sich der den Querschnitt des Halbzeugs bestimmende Formteil des Werkzeugkerns zumindest in ein Teilstück des kreisbogenförmigen Kanals des Werkzeugmantels hineinerstreckt. Wie weit man diese Erstreckung wählt, hängt wiederum von den verschiedenen, insbesondere vorstehend bereits aufgeführten Parametern ab und bedarf ggf. einer Überprüfung durch Versuche.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß der Werkzeugkern lösbar und über Zentriermittel ausgerichtet mit dem Werkzeugmantel verbunden ist. Dieses kann sowohl hinsichtlich der Reparatur als auch eventueller Reinigungsarbeiten sehr von Vorteil sein. Außerdem wird dadurch die Herstellung dieses Werkzeugs erleichtert. Letzeres erreicht man natürlich auch durch die zumindest zweiteilige Ausbildung des Werkzeugmantels.

Schließlich ist es auch noch sehr vorteilhaft, daß die einzelnen Teile des Werkzeugmantels über Zentriermittel gegeneinander ausgerichtet und insbesondere lösbar miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist eine Verlängerung des Abströmkanals für das extrudierte Leichtmetallprofil innerhalb des Werkzeugs auf relativ einfache Weise durchführbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Hierbei stellen dar:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das extrudierte Leichtmetallprofil;

Fig. 2 eine Stirnansicht des Leichtmetallprofils der Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Ringheizkörper mit zwei extrudierten Leichtmetallprofilen gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Ansicht der Fig. 3 in Pfeilrichtung A;

Fig. 5 eine Ansicht der Fig. 3 in Pfeilrichtung B (gegenüber Fig. 4 um 90° gedreht);

Fig. 6 perspektivisch eine erste Ausführungsform eines Werkzeugs zur Herstellung eines Halbzeugs für das extrudierte Leichtmetallprofil der Fig. 1;

Fig. 7 eine Vorderansicht dieses Werkzeugs;

Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Linie VIII-VII der Fig. 7;

Fig. 9 einen Schnitt gemäß der Linie IX-IX der Fig. 8;

Fig. 10 eine Vorderansicht eines Werkzeugs zur Herstellung eines Halbzeugs einer zweiten Variante der Erfindung;

Fig. 11 einen Schnitt gemäß der Linie XI-XI der Fig. 10;

Fig. 12 einen Schnitt gemäß der Linie XII-XII der Fig. 11.

Fig. 1 zeigt in der Draufsicht schematisiert einen Abschnitt eines kreis- oder wendelförmig extrudierten Halbzeugs. Ein Ringwärmetauscher 4 besteht gemäß Fig. 3 bevorzugterweise aus zwei Wasserkästen 2 und 3 sowie zwei Gruppen von in Fig. 4 seitlich nebeneinander angeordneten Abschnitten 1 von einem kreis- oder wendelförmig extrudierten Halbzeug. In den Zwischenräumen 37 zwischen jeweils zwei benachbarten Abschnitten 1 befindet sich je ein Wellrippenband 36 (vgl. Fig. 4), welches die Luft-Querdurchströmung ermöglicht. In Fig. 5 sind in der linken Gruppe die einzelnen Abschnitte und das Wellrippenband nicht dargestellt. Die Teile sind in bekannter Weise miteinander verlötet. In jedem Wasserkasten ist ein Ende der Abschnitte 1 der beiden Gruppen flüssigkeitsdicht gehalten. Die Wasserkästen der Fig. 3 sind nur bspw. zu verstehen. Sie können jede beliebige Form aufweisen. Insbesondere können ihre Endflächen 5 und 6 abweichend von der Darstellung in Fig. 3 senkrecht zur Achse 7 der Abschnitte 1 bzw. zu etwa radial verlaufenden Stirnflächen der Abschnitte oder Abschnittsgruppen stehen. Im Inneren dieses Ringheizkörpers befindet sich in bekannter Weise ein Gebläse, dessen Darstellung sich infolgedessen erübrigt.

Gemäß Fig. 2 besitzt jeder Abschnitt 1 eine ganze Reihe von parallelen Strömungskanälen 8. Insoweit ist die Darstellung der Fig. 2 auch nur schematisch. Form, Größe und Anordnung der Strömungskanäle 8 ergibt sich aber ohne weiteres in Verbindung mit der Darstellung der Extrudierwerkzeuge gemäß Fig. 6 bis 12. Gemäß Fig. 7 und 10 sind übereinander angeordnet zwei Reihen von Strömungskanälen 8 vorgesehen. Die Darstellungen der Fig. 6 bis 12 sind gegenüber den Fig. 1 bis 5 vergrößert, wie anhand eines Vergleichs bspw. der Fig. 2 und 10 leicht festzustellen ist.

Bei einer Heizungsanlage für ein Kraftfahrzeug tritt das Kühlwasser des Motorkühlsystems über den Anschlußstutzen 9 in den Wasserkasten 2 ein und strömt von dort über sämtliche Strömungskanäle beider Gruppen mit Abschnitten 1 zum gegenüberliegenden Wasserkasten 3, von dem aus es über den Anschlußstutzen 10 zum Motor zurückfließt. Der vom nicht dargestellten Lüfter erzeugte Luftstrom umströmt die als Wärmetauscherrohre dienenden Abschnitte 1 radial von innen nach außen durch die Wellrippen des Wellrippenbandes 7, was durch vier Pfeile in Fig. 3 versinnbildlicht ist.

Weil bei einem Ringheizkörper oder Ringwärmetauscher Gruppen von kreisbogenförmigen Abschnitten 1 die beiden Wasserkästen 2 und 3 miteinander verbinden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß man als Ausgangsmaterial nicht gerade Abschnitte des Halbzeugs verwendet, sondern das Halbzeug bereits in Kreisform oder Wendelform herstellt, und dann von diesem Halbzeug Abschnitte gewünschter Größe abtrennt. Ein solches Halbzeug in Ringform, oder bei größerer Länge in Wendelform kann man mit Hilfe der Extrudierwerkzeuge nach den Fig. 6 bis 12 herstellen. Insoweit erfolgt die Darstellung nur schematisch.

Beide Ausführungsformen haben gemein, daß sie einen sogenannten Werkzeugkern 11 bzw. 12 und einen wenigstens zweiteiligen Werkzeugmantel 13 bzw. 14 aufweist. Letzterer ist beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 in einer horizontalen Mittelebene zweigeteilt, so daß die Mantelteile 15 und 16 entstehen.

Das Leichtmetall strömt im Sinne des Pfeils 17 in das Extrudierwerkzeug 18 (Fig. 8) bzw. 19 (Fig. 11) oder, genauer gesagt, in deren Werkzeugkern 11 bzw. 12 ein. Damit die Kanäle 8 entstehen können, weist der Kern 11 bzw. 12 in einer der Kanäle 8 entsprechenden Anordnung Stäbe 20 auf. Damit diese den gegenseitigen Abstand einhalten können, sind sie am unmittelbaren Eintrittsende über kreuzförmige Stege 21 miteinander verbunden bzw. an der umgebenenden Wand 22 gehalten. Das Leichtmetall strömt infolgedessen an dessen kreuzförmigen Stegen vorbei und anschließend in die durch den Seitenabstand der Stäbe 20 gebildeten Kanäle 23. Es fließt dort so zusammen, daß sich das "Hindernis" durch die kreuzförmigen Stege 21 nicht mehr auswirken kann, sondern geschlossene, getrennte Kanäle 8 und geschlossene Außenwandungen entstehen.

Gemäß den Darstellungen der Fig. 8 und 11 ist der Werkzeugmantel 13 bzw. 14 mit einem kreisbogenförmigen Kanal 24 bzw. 25 ausgestattet. Die abströmseitigen Enden der Stäbe 20 können in das anströmseitige Ende des kreisbogenförmigen Kanals 24 bzw. 25 hineinragen. Insoweit sind aber die Darstellungen der Fig. 8 und 11 nur bspw. zu verstehen. Ob und wie weit die Enden hineinragen, richtet sich nach dem Einzelfall. Außerdem ergibt sich aus den Fig. 8 und 11, daß man zweckmäßigerweise die Stäbe 20 selbst auch bogenförmig gestaltet, so daß auch bogenförmige Kanäle 23 entstehen, und das Halbprofil bereits beim Austritt aus dem Werkzeugkern 11 bzw. 12 schon seine Bogenform hat. Dies ist auch insofern zweckmäßig, als man auf diese Weise eine Verformung innerhalb des kreisbogenförmigen Kanals 24 bzw. 25 vermeidet. Dieser Kanal dient infolgedessen lediglich noch zur Führung bis zum Austritt aus dem Extrudierwerkzeug 18 bzw. 19. Das Halbzeug muß beim Verlassen des Werkzeugkerns 11 bzw. 12 eine zumindest weitgehende wenn nicht vollständige Stabilität aufweisen, damit die Querschnittsform insbesondere der Strömungskanäle und auch die Wanddicken zwischen denselben unbeeinträchtigt bleiben, wenn das Halbzeug den kreisbogenförmigen Kanal 24 bzw. 25 durchläuft und schließlich aus der Extrudiermaschine austritt. Im übrigen ist es aus dem Vorstehenden wohl selbstverständlich, daß die Krümmung des kreisbogenförmigen Kanals 24 bzw. 25 der gewünschten Krümmung des Abschnitts 1 entspricht.

Beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 6 bis 9) ist der Werkzeugmantel 13, wie gesagt, in einer Längsmittelebene zweigeteilt, so daß zwei Hälften oder Mantelteile 15 bzw. 16 entstehen. Jede nimmt eine Hälfte des extrudierten Leichtmetallprofils auf. Diese Zweiteilung erleichtert die Werkzeugherstellung. Die beiden Mantelteile 15 und 16 werden in geeigneter Weise miteinander verbunden, was bspw. über Zapfen und Bohrungen erfolgen kann, wobei in Fig. 8 zwei solche Steckverbindungen 26 und 27 beispielhaft eingzeichnet sind.

Auch der Werkzeugkern 11 bzw. 12 ist steckbar mit seinem zugeordneten Werkzeugmantel 13 bzw. 14 verbunden. Die Fig. 8 und 11 zeigen zwei derartige Steckverbindungen 28 und 29, wobei auch diese nur beispielshaft gemeint sind. Es ist insbesondere denkbar, daß man in Fig. 8 vier Zapfen am Werkzeugkern 11 anbringt, so daß jeder Mantelteil 15 bzw. 16 über zwei Steckverbindungen mit dem Werkzeugkern 11 verbindbar ist.

Der Werkzeugmantel 14 des zweiten Ausführungsbeispiels nach den Fig. 10 bis 12 besteht gemäß Fig. 11 aus scheibenartigen, aneinandergesetzten Mantelteilen 30 bis 35. Ihre Form und Größe kann Fig. 11 entnommen werden. Diese Figur verdeutlicht auch, daß der kreisbogenförmige Kanal 25 aus einzelnen Kanalabschnitten besteht, wobei jeder Mantelteil 30 bis 35 einen Kanalabschnitt aufweist, und sich alle Kanalabschnitte zu dem kreisbogenförmigen Kanal 25 ergänzen. Die Mantelteile können wiederum in geeigneter und bekannter Weise miteinander verbunden, bspw. zusammengesteckt werden, wobei man in diesem Falle eine feste Verbindung wählen kann. Die Aufteilung des Werkzeugmantels 14 in einzelne Segmente erleichtert die Herstellung. Der Kanal kann in den einzelnen Segmenten vorgearbeitet, und wenn alle Mantelteile zusammengefügt sind, anschließend fertig bearbeitet werden.

Claims (7)

1. Extrudiertes Leichtmetallprofil mit mehreren nebeneinander gelegenen Strömungskanälen (8) zur Herstellung eines Wärmetauschers (4), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei die Profilenden in jeweils einem Wasserkasten (2,3) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetallprofil aus einem Abschnitt (1) eines kreis- oder wendelförmig extrudierten Halbzeugs besteht.

2. Leichtmetallprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom wendelförmigen Halbzeug abgetrennte Leichtmetallprofilabschnitt (1), insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsgang, kalibriert und in einer Ebene ausgerichtet wird.

3. Werkzeug zur Herstellung eines Halbzeugs für den extrudierten Leichtmetallprofilabschnitt (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine wenigstens dreiteilige Ausbildung, nämlich einen im Extruder anströmbaren Werkzeugkern (11), einen sich in Strömungsrichtung (17) des Metalls daran anschließenden zweiteiligen Werkzeugmantel (13), der quer zur Längsmittelebene des Halbzeugs geteilt ist, und einen kreisbogenförmigen Kanal (24) für den Durchtritt des extrudierten und bereits formstabilen Halbzeugs aufweist, wobei sich in jedem Werkzeugmantelteil (15, 16) eine Hälfte des in Längsrichtung zweigeteilten kreisbogenförmigen Kanals (24) befindet.

4. Werkzeug zur Herstellung eines Halbzeugs für den extrudierten Leichtmetallprofilabschnitt (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen im Extruder anströmbaren Werkzeugkern (12) und einen sich in Strömungsrichtung (17) des Metalls daran anschließenden, mindestens zweiteiligen Werkzeugmantel (14) mit einem kreisbogenförmigen Kanal (25) für den Durchtritt des extrudierten und bereits formstabilen Halbzeugs während der Herstellungsphase, wobei die Teile (30 bis 35) des Werkzeugmantels (14) in Strömungs- bzw. Durchlaufrichtung (17) des Halbzeugs hintereinander angeordnet sind, und jedes einen Teil des kreisbogenförmigen Kanals (25) aufweist bzw. bildet.

5. Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der den Quersteg des Halbzeugs bestimmende Formteil (20) des Werkzeugteils (11, 12) zumindest in ein Teilstück des kreisbogenförmigen Kanals (24, 25) des Werkzeugmantels (13, 14) hineinerstreckt.

6. Werkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkern (11, 12) lösbar und über Zentriermittel (28, 29) ausgerichtet mit dem Werkzeugmantel (13, 14) verbunden ist.

7. Werkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile (15, 16; 30-35) des Werkzeugmantels (13, 14) über Zentriermittel (26, 27) gegeneinander ausgerichtet und insbesondere lösbar miteinander verbunden sind.