DE19741856A1 - Rippe für einen Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung von Rippendurchzügen in derartigen Rippen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rippe für einen Wärmeübertrager, der einen aus Rohren und quer zu diesen verlaufenden Rippen zusammengesetzten Rippen/Rohrblock aufweist, mit mehreren Durchzügen, die im zusammengefügten Zustand des Rippen/Rohr­ blockes die Rohre aufnehmen, wobei jeder Durchzug Abstands­ halter für eine der Rippenteilung entsprechende, gleichmäßige Positionierung zu der jeweils benachbarten Rippe aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Rippendurchzügen in derartigen Rippen, wobei aus einem ebenen Rippenblech durch Umformen jeweils ein den Durchzug bildender Kragen ausge­ stellt wird.

Eine solche Rippe und ein solches Verfahren sind aus der DE 44 04 837 A1 bekannt. Um eine gleichmäßige Rippenteilung für die Rippen eines Rippen/Rohrblockes eines Wärmeübertragers zu erzielen, sind die die Rohre des Rippen/Rohrblockes aufneh­ menden Durchzüge der Rippen mit Abstandshaltern in Form von auf dem Umfang der Durchzüge verteilt ausgeprägten Nasen aus­ gebildet. Zur Herstellung der Durchzüge der Rippen werden in einem ersten Verfahrensschritt aus einem entsprechend ebenen Rippenblech im Bereich jedes Durchzugs Durchzugsöffnungen ausgestanzt, wobei gleichzeitig Lappen freigeschnitten wer­ den, in die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die als Abstandshalter dienenden Nasen eingeprägt werden. Anschlie­ ßend werden die Lappen einschließlich der nach außen gepräg­ ten Nasen mittels Stempel und Matrize eingezogen und ange­ kippt und schließlich der gesamte Kragen einschließlich Lap­ pen und Nasen vollständig durchgezogen. Beim Stanzen der Durchzugsöffnungen entsteht ein Stanzabfall, der mittels se­ parater Arbeitsvorgänge entfernt werden muß, um zu verhin­ dern, daß er das Werkzeug verunreinigt. Solche zusätzlichen Arbeitsvorgänge sind insbesondere das Ausblasen der Stanzab­ fälle mit Hilfe von Druckluftdüsen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rippe der eingangs genann­ ten Art zu schaffen, die bei vereinfachter Herstellbarkeit wenigstens gleich gute Abstandshalterfunktionen für die Er­ zielung einer gleichmäßigen Rippenteilung wie der Stand der Technik ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das ei­ nen reduzierten Herstellungsaufwand zur Schaffung der Rippen­ durchzüge gewährleistet.

Für die Rippe wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Durchzug mit wenigstens einem rechtwinklig zu einer Durch­ zugsachse nach außen abgewinkelten und zumindest teilweise umlaufenden Stützrand versehen ist, der eine ebene Auflage­ fläche für die benachbarte Rippe bildet. Erfindungsgemäß kann der jeweilige Durchzug sowohl für runde als auch für flach­ ovale oder für flache Rohre ausgelegt sein. Durch den Stütz­ rand wird eine weiter verbesserte Abstützung der oberhalb der Rippe liegenden, benachbarten Rippe geschaffen, so daß eine sichere Einhaltung der gleichmäßigen Rippenteilung des Rip­ pen/Rohrblockes erzielbar ist. Bei flachen oder flachovalen Rohren weist jeder Durchzug vorzugsweise zwei auf gegenüber­ liegenden Längsseiten des Durchzuges angeordnete Stützränder auf, die entsprechend entgegengesetzt nach außen abgestellt sind. Die durch die Stützränder gebildete ebene Auflagefläche verläuft parallel zur Rippenebene. Durch das Vorsehen des we­ nigstens einen zusätzlichen Stützrandes ist es möglich, bei der Herstellung der Durchzüge auf das Stanzen von Durchzugs­ öffnungen - wie dies beim Stand der Technik der Fall ist - zu verzichten und die Durchzüge auf der Basis einfacher Trenn­ schnitte herzustellen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Stütz­ rand mit wenigstens einer koplanar nach außen abragenden, oh­ renartigen Lasche versehen. Die ohrenartige Lasche vergrößert die ebene Auflagefläche für die jeweils benachbarte Rippe, so daß eine weiter verbesserte Blockfügung des Rippen/Rohr­ blockes erzielbar ist.

Für das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zu­ nächst in das ebene Rippenblech wenigstens ein Trennschnitt eingebracht wird, und daß anschließend die durch den Trenn­ schnitt gebildeten Schnittränder zu dem Kragen umgeformt wer­ den. Im Gegensatz zum Stand der Technik entsteht bei dem er­ findungsgemäßen Verfahren kein Abfall, da keine Stanzung zur Schaffung von Durchzugsöffnungen benötigt wird. Die Durchzüge werden vielmehr auf der Basis der einfachen Trennschnitte ge­ schaffen. Da kein Stanzabfall anfällt, entfallen die notwen­ digen Arbeitsvorgänge zur Entfernung und Entsorgung der Stanzabfälle. Somit ist eine kostengünstigere Herstellung der Rippendurchzüge erzielbar. Auch die Preßwerkzeuge können ver­ einfacht hergestellt werden, da keine Maßnahmen getroffen werden müssen, die ein Entfernen der Stanzabfälle aus den Stanzbereichen erzielen.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Trennschnitt an sei­ nen gegenüberliegenden Enden unter Bildung von ohrenartigen Laschen gekrümmt gestaltet. Der gekrümmte Verlauf der Trenn­ schnitte unter Bildung der ohrenartigen Laschen gewährlei­ stet, daß bei den nachfolgenden Umformstufen kein Aufreißen des Rippenbleches auf Höhe des Trennschnittes erfolgt. Somit wird eine verbesserte Herstellbarkeit der Rippendurchzüge er­ zielt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungs­ beispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen darge­ stellt sind.

Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht auf einen Teil einer Aus­ führungsform einer erfindungsgemäßen Rippe einen Rippen/Rohrblock eines Wärmeübertragers,

Fig. 2a ein ebenes Rippenblech im Bereich eines Trennschnit­ tes zur Herstellung eines Durchzuges für die Rippe nach Fig. 1,

Fig. 2b einen weiteren, an den Herstellungsschritt nach Fig. 2a anschließenden Herstellungsschritt zur Schaffung des Durchzuges,

Fig. 3a und 3b Schnittdarstellungen entlang der Schnittlinie III-III in den Fig. 2a und 2b des Rippenbleches in den Herstellungsschritten nach den Fig. 2a und 2b,

Fig. 4a einen weiteren Herstellungsschritt zur Erzielung des Durchzuges in der Rippe nach Fig. 1,

Fig. 4b den fertiggestellten Durchzug der Rippe nach Fig. 1,

Fig. 5a eine Schnittdarstellung des Umformvorganges für den Herstellungsschritt nach Fig. 4a entlang der Schnittlinie V-V in den Fig. 4a und 4b,

Fig. 5b eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie V-V in den Fig. 4a und 4b des letzten Herstellungs­ schrittes zur Erzielung des Durchzuges für die Rippe nach Fig. 1,

Fig. 6 bis 10 verschiedene Herstellungsschritte zur Herstellung einer Rippe ähnlich Fig. 1, bei der Stützränder der Durchzüge mit ohrenartigen Laschen versehen sind.

Rippen 1, 1a, wie sie in den Fig. 1 und 10 ausschnittsweise dargestellt sind, sind Teil eines Rippen/Rohrblockes für ei­ nen Wärmeübertrager, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wobei eine Vielzahl von parallel zueinander ausgerichteten Rippen 1, 1a jeweils mit einer Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten Durchzügen 3, 3a versehen sind, die eine Vielzahl von in einer Reihe parallel nebenein­ ander verlaufenden Rohren aufnehmen. Die Rohre sind beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel als flachovale Rohre gestal­ tet, wobei auch die Durchzüge 3, 3a entsprechend identisch gestaltet sind. Der aus Rippen 1, 1a und Rohren zusammenge­ setzte Rippen/Rohrblock wird in an sich bekannter Weise me­ chanisch gefügt, wobei die Durchzüge 3, 3a der übereinander­ liegenden Rippen 1, 1a jeweils ein Rohr enganliegend um­ schließen. Die Durchzüge 1, 1a der Rippen 3, 3a ragen jeweils gleichgerichtet von der zugeordneten Rippe ab und bilden für die darüberliegende Rippe 1, 1a Abstandshalter, so daß eine gleichmäßige Rippenteilung des Rippen/Rohrblockes erzielt wird. Der grundsätzliche Aufbau eines Rippen/Rohrblockes, wie er zuvor beschrieben worden ist, einschließlich der mechani­ schen Fügung des Rippen/Rohrblockes ist ausführlich in der DE 44 04 837 A1 beschrieben und durch Zeichnungen offenbart, so daß für eine nähere Erläuterung auf diese Druckschrift ver­ wiesen wird.

Die Rippe 1 weist gemäß den Fig. 1, 4b und 5b ein ebenes Rip­ penblech 2 auf, dessen längsseitige Ränder mit jeweils einer Randrille 5 versehen sind. Entlang des ebenen Rippenbleches 2 sind in gleichmäßigen Abständen parallel zueinander ausge­ richtete Durchzüge 3 vorgesehen, deren Durchzugöffnung an die Außenkontur von flachovalen Rohren angepaßt ist. Zwischen den benachbarten Durchzügen 3 sind an sich bekannte Kiemenfelder 4 vorgesehen, zu deren näherer Erläuterung ebenfalls auf die DE 44 04 837 A1 verwiesen wird. Die Durchzüge 3 sind iden­ tisch zueinander gestaltet. Jeder Durchzug 3 weist einen um­ laufenden, rechtwinklig zu dem die Rippenebene definierenden Rippenblech 2 zu einer Seite abgestellten Kragen 9 auf, an den im Bereich der gegenüberliegenden Längsseiten des Kragens 9 zwei rechtwinklig nach außen abgestellte Stützränder 6 an­ schließen. Die Oberfläche der Stützränder 6 verläuft parallel zu der durch das Rippenblech 2 gebildeten Rippenebene. Im Übergangsbereich zwischen dem Kragen 9 und den Stützrändern 6 sind auf beiden Längsseiten des Kragens 9 drei in gleichmäßi­ gen Abständen zueinander angeordnete Nasen 7 eingeprägt. Die Nasen 7 sind analog der in der DE 44 04 837 A1 beschriebenen Nasen derart pyramideneckförmig gestaltet, daß sie in der Ebene der Stützränder 6 einen dreieckförmigen Querschnitt bilden. Die Nasen 7 sind auf den gegenüberliegenden Längssei­ ten jedes Durchzuges 3 spiegelsymmetrisch zu einer Mittel­ längsebene jedes Durchzuges 3 angeordnet, so daß jeder Längs­ seite des Durchzuges 3 und damit jedem Stützrand 6 jeweils drei Nasen 7 zugeordnet sind. Die Nasen 7 weisen neben einer Abstandshalterfunktion, die für sich aus der DE 44 04 837 A1 bereits bekannt ist, für die beiden Stützränder 6 eine Ver­ steifungsfunktion auf, da sie für die Stützränder 6 eine stegartige Stützfunktion bilden.

Wie aus Fig. 5b erkennbar ist, verlaufen die Oberkanten der Nasen 7 in einer gemeinsamen Flucht mit den Stützrändern 6, so daß die durch die Oberkanten der Nasen 7 und durch die Stützränder 6 gebildete Auflagefläche parallel zu dem Rippen­ blech 2 ausgerichtet sind und die Stützfläche für die im zu­ sammengefügten Zustand jeweils darüberliegende und identisch gestaltete Rippe 1 bilden.

Die Rippe 1a nach Fig. 10 entspricht im wesentlichen der Rip­ pe 1, wie sie zuvor beschrieben worden ist. Gleiche Teile der Rippe 1a werden daher mit den gleichen Bezugszeichen, ledig­ lich unter Hinzufügung des Buchstabens a bezeichnet. Einziger Unterschied bei der Rippe 1a zu der Rippe 1 nach der Fig. 1 ist es, daß die Durchzüge 3a der Rippe 1a an diagonal gegen­ überliegenden Endbereichen der gegenüberliegenden Stützränder 6a jeweils eine ohrenartige Lasche 10 aufweisen, die koplanar zu dem Stützrand 6a nach außen abragt. Die ohrenartige Lasche 10 hat herstellungstechnische Ursachen, wie nachfolgend be­ schrieben werden wird.

Zunächst wird jedoch das Herstellungsverfahren für Durchzüge 3 der Rippe 1 beschrieben. Zur Herstellung von Durchzügen 3 innerhalb der Rippe 1 wird in dem Rippenblech 2 auf Höhe der jeweiligen Rohrteilung und damit der späteren Positionierung der Durchzüge 3 quer zur Längsachse des Rippenbleches 2 ein Trennschnitt 8 (Fig. 2a und 3a) eingebracht, der durch ein geeignetes Schneidwerkzeug bei gleichzeitiger Auflage des Rippenbleches 2 erzielt wird. In einem weiteren Verfahrens­ schritt werden gemäß den Fig. 2b und 3b die Stützränder 6 und die Nasen 7 geschaffen. Dazu ist als entsprechendes Umform­ werkzeug ein rechtwinklig zum Rippenblech wirksamer Präge­ stempel S₁ vorgesehen, der mit einer nicht dargestellten Ma­ trize zusammenwirkt. Der Prägestempel S₁ weist eine klingen­ artige Form mit einem Querschnitt auf, der dem Verlauf der Stützränder 6 in Fig. 2b entspricht. Der Prägestempel S₁ weist zudem jeweils seitlich derartige Prägekanten auf, daß durch den Umformschritt zusammen mit der Abwinklung der Stützränder 6 die Nasen 7 geprägt werden. Nach dem Verfah­ rensschritt nach den Fig. 2b und 3b ragen die Stützränder 6 rechtwinklig zur durch das Rippenblech 2 gebildeten Rippen­ ebene nach oben ab. Der Grund jeder im Querschnitt dreieck­ förmigen Nase 7 verläuft gemäß Fig. 3b in einem spitzen Win­ kel zu einer Unterseite des Rippenbleches 2 zum jeweiligen Stützrand 6 nach innen und nach oben. Die durch den Trenn­ schnitt 8 gebildeten Schnittränder werden somit unter Bildung der Stützränder 6 nach oben ausgestellt und aufgeweitet. Die Aufweitung muß derart behutsam erfolgen, daß kein Einreißen des Trennschnittes 8 an den gegenüberliegenden, stirnseitigen Randbereichen auftritt.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine weitere Auf­ weitung der Durchzugsöffnung, wobei durch einen weiteren, ge­ genüber dem Prägestempel S₁ in der Breite vergrößerten Präge­ stempel S₂ ein umlaufender, bei diesem Verfahrensschritt noch schräg nach oben angekippter und somit sich konisch nach oben verjüngender Kragen 9 geschaffen wird. Dazu ist der Präge­ stempel S₂ mit einer entsprechend elliptischen und konisch zulaufenden Prägekontur versehen. Durch den Prägestempel S₂ erfolgt eine Umformung derart, daß zusätzliches Material des Rippenbleches 2 im Bereich der Durchzugsöffnung schräg nach oben gedrückt wird, wodurch sich der umlaufende Kragen 9 un­ terhalb der Nasen 7 und der Stützränder 6 ergibt. In dieser Zwischenstufe verjüngt sich der Kragen 9 zum freien Ende der Durchzugsöffnung nach oben hin und die beiden Stützränder 6 ragen rechtwinklig zu dem Kragen schräg nach oben und nach außen ab. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mittels eines im Querschnitt weiter verbreiterten Prägestempels S₃ die Endkontur des Durchzuges 3 erzielt, wobei der Kragen 9 derart durchgezogen wird, daß seine umlaufende Wandung recht­ winklig zur Rippenebene nach oben abgestellt ist. Dieser an­ hand der Fig. 4b und 5b dokumentierte Verfahrensschritt um­ faßt den fertiggestellten Durchzug, wobei die Stützränder 6 jeweils rechtwinklig zum Kragen 9 nach außen abragen.

Das Verfahren zur Herstellung der Durchzüge 3a aus dem Rip­ penblech 2a der Rippe 1a nach den Fig. 6 bis 10 entspricht im wesentlichen dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren, so daß nachfolgend lediglich noch auf die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Herstellungsverfahren eingegangen wird. Bei beiden Herstellungsverfahren wird nach Fertigstellung der Durchzüge 3, 3a die weitere Fertigstellung der Rippen 1, 1a erzielt, indem die Kiemenfelder 4, 4a und die Randrillen 5, 5a entsprechend eingeprägt werden.

Einziger Unterschied bei der Herstellung der Durchzüge 3a der Rippe 1a ist es, daß im ersten Verfahrensschritt ein anders gestalteter Trennschnitt 8a vorgenommen wird. Dieser Trenn­ schnitt 8a weist zusätzlich zu seinem geradlinigen mittleren Bereich zwei Stirnbereiche auf, in denen der Trennschnitt un­ ter Bildung ohrenartiger Laschen 10 hakenartig gekrümmt in der Ebene des Rippenbleches 2a verläuft. Trotz der beiden Krümmungen im Bereich der gegenüberliegenden Stirnbereiche ist der Trennschnitt 8a einstückig und durchgängig gestaltet, wobei der Trennschnitt 8a mittels eines entsprechend gestal­ teten Schneidwerkzeuges in einem einzigen Schneidvorgang ge­ schaffen wird. Die anschließenden Prägeschnitte entsprechen den anhand der Fig. 2b, 3b, 4a, 5a und 4b, 5b dargestellten Verfahrensschritte zur Herstellung des Durchzuges 3, wobei die ohrenartigen Laschen 10 jeweils einem Stützrand 6a zuge­ ordnet sind und sich koplanar zu diesem nach außen abragend erstrecken. Durch die hakenartige Krümmung des Trennschnittes 8a in seinen gegenüberliegenden Stirnbereichen wird ein Ein­ reißen des Rippenbleches 2a durch entsprechende Kerbwirkun­ gen, wie es beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5b auftreten könnte, vermieden, da die ohrenartigen Laschen 10 in den beim Prägen der Prägeschritte nach den Fig. 7 und 8 entstehenden Hauptbelastungsbereichen keine Kerbwirkungen in den Hauptbelastungsrichtungen entstehen lassen. Im fertigge­ stellten Zustand der Durchzüge 3a nach den Fig. 8 bis 10 bil­ den die Oberseiten der ohrenartigen Laschen 10 zusätzliche Stützflächen, die eine weiter verbesserte Auflage der darü­ berliegenden Rippe ermöglichen.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind mehrere Trennschnitte für die Schaffung der anschließend durchzuziehenden Schnittränder vorgesehen, die derart zuein­ ander positioniert sind, daß keine Schnittabfälle entstehen.

Claims (7)

1. Rippe für einen Wärmeübertrager, der einen aus Rohren und quer zu diesen verlaufenden Rippen zusammengesetzten Rip­ pen/Rohrblock aufweist, mit mehreren Durchzügen, die im zu­ sammengefügten Zustand des Rippen/Rohrblockes die Rohre auf­ nehmen, wobei jeder Durchzug Abstandshalter für eine der Rip­ penteilung entsprechende, gleichmäßige Positionierung zu der jeweils benachbarten Rippe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Durchzug (3, 3a) mit wenigstens einem rechtwinklig zu einer Durchzugsachse nach außen abgewinkelten und zumin­ dest teilweise umlaufenden Stützrand (6, 6a) versehen ist, der eine ebene Auflagefläche für die benachbarte Rippe (1, 1a) bildet.

2. Rippe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Stützrand (6a) mit wenigstens einer koplanar nach außen abragenden, ohrenartigen Lasche (10) versehen ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Rippendurchzügen in Rip­ pen für Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, wobei aus einem ebenen Rippenblech durch Umformen jeweils ein den Durchzug bildender Kragen aus­ gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in das ebene Rippenblech (2, 2a) wenigstens ein Trennschnitt (8, 8a) eingebracht wird, und daß anschließend die durch den Trennschnitt (8, 8a) gebildeten Schnittränder mit den Nasen (7, 7a) versehen und zu dem Kragen (9, 9a) um­ geformt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittränder mit als Abstandshalter dienenden Nasen (7, 7a) versehen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Trennschnitt (8, 8a) an seinen gegenüberliegen­ den Enden unter Bildung von ohrenartigen Laschen (10) ge­ krümmt gestaltet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Prägung der Nasen (7, 7a) eine Aufweitung der Schnittränder unter Bildung von we­ nigstens einem Stützrand (6, 6a) erfolgt, und daß durch eine weitere Umformung der Kragen (9, 9a) - in Umformrichtung ge­ sehen - hinter dem Stützrand (6, 6a) gebildet wird, wobei der Stützrand (6, 6a) zu dem Kragen (9, 9a) rechtwinklig ausge­ richtet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (9, 9a) in zwei aufeinanderfolgenden Arbeits­ schritten fertiggestellt wird, wobei bei dem ersten Schritt eine Schrägstellung des Kragens (9, 9a) relativ zum Rippen­ blech (2, 2a) und beim zweiten Schritt die Umbiegung zu der rechtwinklig vom Rippenblech (2, 2a) abgestellten Endposition erfolgen.