DE4031576A1 - Verfahren zur herstellung einer rohr/bodenverbindung fuer einen waermetauscher - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungs­ beispieles in einer Zeichnung erläutert und im folgenden be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Rohr/ Bodenverbindung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Rollierwerkzeuges zur spanlosen Verdichtung der Rohraußenfläche an einem Rohrende und

Fig. 3 die Darstellung des Rauhigkeitverlaufes längs einer Umfangslinie gemessen für ein rolliertes und ein nicht rolliertes, d. h. lediglich gezogenes Rohr.

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.

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.

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.

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.

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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhtiefe der Rohraußenflächen auf die Größenordnung der Rauhtiefe an den Durchzügen gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von gezogenen Rohren die Rauhtiefe (R_max) von rund 4 µm auf etwa 1,1 µm und kleiner verringert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum spanlosen Verdichten ein Rollierwerkzeug (6) verwendet wird.

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.