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Einleitung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Herstellung von
Wärmetauschern,
beispielsweise zur Verwendung in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, und im Besonderen ein
Stanzwerkzeug zum Formen von Rohrschlitzen in einem Sammelrohr eines
Wärmetauschers
(siehe beispielsweise
EP-A-0 903
555 ).
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Kraftfahrzeug-Wärmetauscher
umfassen für gewöhnlich zwei
Sammelbehälter
oder Sammelrohre, die in einer parallelen Anordnung justiert sind,
und Stromrohre, die sich parallel zwischen den beiden Sammelrohren
erstrecken. Ferner sind zwischen den Rohren zum Verbessern des Wärmeübertragungsvermögens der
Stromrohre Rippen angeordnet.
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Die
Stromrohre weisen eine dem Querschnitt nach im Allgemeinen längliche
Gestalt auf. Um den Wärmetauscher
zusammenzubauen, werden die Enden der Stromrohre ausgerichtet, gleichzeitig
in entsprechende längliche
Schlitze in den Sammelrohren eingeführt und daraufhin mittels Hartlöten daran
angebracht. Um in der Lage zu sein, gleichzeitig mehrere Stromrohre
in entsprechende Schlitze der Sammelrohre einzuführen, bedarf es einer hohen
Genauigkeit der Form der Schlitze.
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Die
Schlitze werden in einem Stanzvorgang geformt, wobei mehrere Stanzwerkzeuge
gleichzeitig durch die gerundete Wand des Sammelrohres getrieben
werden. Während
des Stanzvorgangs wird, wenn eine Schneidkante des Stanzwerkzeugs
durch das Material des Sammelrohres getrieben wird, die Rohrwand,
ehe sie durch die Schneidkante durchschnitten wird, verformt. Diese
Verformung führt
zu einem einwärts
gerundeten Rand des Schlitzes und bildet somit eine gekelchte Einführung für die Stromrohre.
Auf Grund der gerundeten Gestalt der Sammelrohre ist die Verformung
in dem Bereich der Mitte des Schlitzes weit größer als an den Enden der Schlitze.
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Einige
Hauptzulieferer des Markts für Kfz-Wärmetauscher
bedienen sich derzeit Stanzwerkzeugen, deren Flächen in zwei parallelen Ebenen
enthalten sind. Daraus folgt, dass die Stanzwerkzeuge einen im Allgemeinen
länglichen
Querschnitt aufweisen, der einen flachen mittigen Abschnitt und zwei
gerundete seitliche Abschnitte umfasst. Das bei der Schlitzform
nach einem Stechvorgang mit diesen bekannten Stanzwerkzeugen beobachtete
Problem ist die sanduhrförmige
Gestalt des Schlitzes, die sich aus der Materialfestigkeitsreaktion
ergibt. Dies führt zu
einer verglichen mit dem theoretischen länglichen Schlitz, der sich
für das
Einführen
der Stromrohre eignet, verzogenen Gestalt.
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Das
Dokument
EP 0 903 555
A2 betrifft die Herstellung einer Rippe für einen
Wärmeübertrager. Längliche
Schlitze mit tiefgezogenen Krägen
werden in die Rippe eingeformt, indem zunächst mit einem geeigneten Schneidwerkzeug
ein Schnitt in die Rippe eingebracht wird und hernach die Ränder des Schnitts
mit Stanzwerkzeugen gefaltet werden.
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Das
Dokument
US 5,092,397 offenbart
eine wärmeleitende
Rippe für
einen Wärmetauscher,
versehen mit einer Anordnung von tiefgezogenen Krägen, welche
Durchgänge
mit flachovalen Querschnitten zum Aufnehmen von Wärmetauschrohren
von entsprechendem Querschnitt definieren. Die flachovalen Öffnungen
werden zunächst
mit einem Schneidestanzwerkzeug von entsprechender Gestalt in der Rippe
ausgestanzt. In einem nachfolgenden Tiefziehschritt werden die Krägen mit
einem Ziehstempel geformt, dessen äußere Kontur der gewünschten
inneren Kontur des Kragens entspricht.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist, ein Stanzwerkzeug bereitzustellen, welches nicht
mit dem oben beschriebenen Nachteil behaftet ist.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird mittels eines Stanzwerkzeugs zum Formen länglicher
Schlitze in einer rohrförmigen
Wand nach Anspruch 1 gelöst.
Das Stanzwerkzeug umfasst ein Stanzende von im Allgemeinen länglichem
Querschnitt, wobei der Querschnitt einen mittigen Abschnitt und
zwei seitliche Abschnitte umfasst. Der mittige Abschnitt weist eine
größere Dicke
als die seitlichen Abschnitte auf. Die Vorderkante des Stanzendes
ist als Schneidkante ausgebildet.
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Während des
Stanzvorgangs mit dem vorliegenden Stanzwerkzeug weitet der dickere
Mittelabschnitt des Werkzeugs den Schlitz im Bereich seiner Mitte
auf. Dieses mechanische Aufweiten des Schlitzes gleicht die natürliche Rohrwandfestigkeitsreaktion
aus, so dass die typische Uhrglasform des geformten Schlitzes verhindert
werden kann. Daraus folgt, dass nach der Materialreaktion die Schlitzgeometrie
der theoretischen länglichen
Gestalt weit näherkommt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Querschnitt des Stanzendes die Gestalt einer abgerundeten Raute,
d. h. die Gestalt einer Raute mit abgerundeten Ecken, auf. Die allmählich zunehmende
Dicke (gesehen von außen
zur Mitte hin) ist bestens geeignet, um das Verformungsverhalten eines
rohrförmigen
Sammelrohres auszugleichen. Es versteht sich, dass die exakte Form
des Querschnitts von dem Rohrmaterial, dem Rohrdurchmesser und den
Abmessungen des zu formenden Schlitzes abhängt. Bei geeigneter Ausführung kann
ein Stanzwerkzeug mit einer derartigen Rautenform jedweden Verzug
der Schlitzform wirksam verhindern. Daraus folgt, dass mit einem
Stanzwerkzeug dieser Art die Schlitzgeometrie ohne weiteres innerhalb
eines geeigneten Toleranzbereichs bleibt, der mit dem Einsetzen
der Stromrohre und dem Hartlötvorgang
zwischen dem Sammelrohr und dem Stromrohr kompatibel ist.
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Die
Verformung der Rohrwand während
des Stanzens ist im mittigen Abschnitt am größten und in den äußeren seitlichen
Abschnitten des Schlitzes am kleinsten. Daraus folgt, dass mit einem
herkömmlichen
Stanzwerkzeug in den seitlichen Bereichen des Schlitzes keine natürliche gekelchte
Einführung
für die
Stromrohre geformt wird. Um auch in den seitlichen Abschnitten eine
Einführung
zu formen, umfasst das Stanzwerkzeug dem Stanzende benachbart einen
Verformungsabschnitt, wobei der Verformungsabschnitt Verformungsmittel
zum Verformen der rohrförmigen
Wand an einem Rand des länglichen
Schlitzes umfasst. Die Verformungsmittel sind vorzugsweise in jenen
Bereichen des Stanzwerkzeugs angeordnet, in denen die Verformung
der rohrförmigen
Sammelrohrwand für
gewöhnlich
nicht ausreichend ist, um einen gekelchten Rand zu schaffen. Daraus
folgt, dass Verformungsmittel vorzugsweise an den beiden seitlichen
Abschnitten des Stanzwerkzeuges angeordnet sind. Es sollte festgehalten
werden, dass die Verformungsmittel den Verformungsabschnitt auch
entlang seinem gesamten Umfang umgeben könnten. In diesem Fall kann
der gekelchte Rand entlang dem gesamten Umfang des geformten Schlitzes
spezifisch geformt werden.
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Bei
einer möglichen
Ausführungsform
umfassen die Verformungsmittel eine Erweiterung, die sich von dem
seitlichen Abschnitt des Verformungsabschnitts nach außen erstreckt.
Infolge dieser Verformungsmittel wird an den seitlichen Enden der länglichen
Schlitze auch eine Einführung
geschaffen, was das Einführen
der Stromrohre vereinfacht. Es versteht sich, dass das Vorhandensein
einer Einführung
entlang dem gesamten Umfang des Schlitzes auch das Hartlöten der
Stromrohre an das Sammelrohr erleichtert. Tatsächlich kann durch Füllen des Zwischenraums
zwischen dem gekelchten Rand und dem eingeführten Stromrohr mit Hartlötmaterial
eine feste und dichte Anbringung einfach realisiert werden.
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Um
eine problemlose Verformung des Randes des Schlitzes zu gewährleisten,
umfasst die Erweiterung vorzugsweise einen verjüngten Abschnitt, wobei der
Abschnitt zu dem Stanzende hin verjüngt ist.
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Die
Form der Erweiterungen wird vorzugsweise derart gewählt, dass
ein fließender Übergang zwischen
der gekelchten Einführung
an den seitlichen Enden des Schlitzes und der Längseinführung vorliegt. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
weisen die Erweiterungen beispielsweise einen im Allgemeinen elliptischen
Querschnitt auf.
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Es
muss festgehalten werden, dass die Verformungsmittel in einer in
Bezug auf die Schneidkante des Stanzwerkzeugs zurückversetzten
Position angeordnet sind. Eine zweckmäßige Anordnung ist derart,
dass die Verformungsmittel erst am Ende des Stechhubs in den Schlitz
eintreten, d. h. dass die Verformung des Randes erst unmittelbar
vor der Umkehr der Bewegung des Stanzwerkzeugs realisiert wird. Wird
das Stanzwerkzeug zurückgezogen,
so trennen sich das Stanzwerkzeug und der Rand sofort voneinander,
so dass der gekelchte Rand beim Zurückziehen nicht beschädigt wird.
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Die
Schneidkante umfasst vorzugsweise zwei Schenkel, die eine winkelige
Ausnehmung oder Einkerbung bilden, wobei die Ausnehmung um eine mittige
Achse des Stanzwerkzeugs symmetrisch ist. Der auf diese Weise gebildete
Stechwinkel wird zweckmäßigerweise
für den
Durchmesser und das Kaliber des Rohres optimiert.
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Ausführliche Beschreibung mit Bezugnahme
auf die Figuren
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Die
vorliegende Erfindung geht deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung
einer nicht einschränkenden
Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
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1:
einen typischen Querschnitt einer Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs
gemäß der Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht eines Stanzwerkzeugs;
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3 eine
Schnittansicht des Werkzeugs gemäß Linie
A-A';
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4 eine
Querschnittansicht des Werkzeugs gemäß Linie B-B'.
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2 zeigt
eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Stanzwerkzeugs 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Stanzwerkzeug 10 umfasst im Allgemeinen
ein Stanzende 12, dessen Vorderkante als Schneidkante 14 ausgebildet ist.
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Das
Stanzende 12 des Stanzwerkzeugs 10 weist vorzugsweise
einen länglichen
Querschnitt auf, wobei ein mittiger Abschnitt 16 des Querschnitts
eine größere Dicke
T als die Dicke t der seitlichen Abschnitte 18 (siehe 1)
aufweist. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform
weist der Querschnitt die Gestalt einer abgerundeten Raute, d. h.
die Gestalt einer Raute mit abgerundeten Ecken, auf. Die allmählich zunehmende
Dicke (gesehen von außen zur
Mitte hin) einer derartigen Rautenform ist bestens geeignet, um
das Verformungsverhalten eines rohrförmigen Sammelrohres auszugleichen.
Es versteht sich, dass das optimale Verhältnis T/t der Rautenform von
dem Rohrmaterial, dem Rohrdurchmesser und den Abmessungen des zu
formenden Schlitzes abhängt.
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Neuerlich
auf 2 Bezug nehmend umfasst die Schneidkante 14 zwei
benachbarte Schenkel 20 und 22, die eine winkelige
Ausnehmung oder Einkerbung bilden. Der Winkel α zwischen den beiden Schenkeln 20 und 22 wird
vorzugsweise für
den Durchmesser und das Kaliber des Rohres optimiert.
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Dem
Stanzende 12 benachbart umfasst das Stanzwerkzeug einen
Verformungsabschnitt 24 zum Formen eines gekelchten Randes
an den seitlichen Enden des auszustanzenden Schlitzes. In dem Verformungsabschnitt 24 ist
seitlich an jedem seitlichen Abschnitt des Stanzwerkzeugs eine Ausbauchung 26 angeordnet
(siehe auch 3). Funktion dieser Ausbauchung
ist es, den Rand des ausgestanzten Loches zu einer gekelchten Einführung zu
verformen, insbesondere an den beiden Enden des länglichen Schlitzes.
Die Form der Ausbauchung 26 wird vorzugsweise optimiert,
um einen fließenden Übergang zwischen
der gekelchten Einführung
an den seitlichen Enden des Schlitzes und der Längseinführung vorzusehen. Bei der dargestellten
Ausführungsform weisen
die Ausbauchungen 26 einen im Allgemeinen elliptischen
Querschnitt auf (siehe 4).
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Zu
dem Stanzende 12 des Stanzwerkzeugs hin umfassen die Ausbauchungen
vorzugsweise einen Abschnitt 28, der zu dem Stanzende hin
verjüngt ist.
Dieser verjüngte
Abschnitt 28 gewährleistet
eine problemlose Verformung des Randes des Schlitzes während des
Stanzvorgangs. Festgehalten wird, dass die Ausbauchungen 26 vorzugsweise
in einer in Bezug auf eine Schneidkante 14 des Stanzwerkzeugs 10 zurückversetzten
Position angeordnet sind. Eine zweckmäßige Anordnung ist derart,
dass die Verformungsmittel erst am Ende des Stechhubs in den Schlitz
eintreten, d. h. dass die Verformung des Randes erst unmittelbar
vor der Umkehr der Bewegung des Stanzwerkzeugs realisiert wird.
Wenn das Stanzwerkzeug zurückgezogen
wird, trennen sich das Stanzwerkzeug und der Rand unmittelbar voneinander,
so dass der gekelchte Rand beim Zurückziehen nicht beschädigt wird.