MARTI, Peter (Seedorfweg 15, Münchenbuchsee, CH-3053, CH)
BÖGLI, Peter (Sandeggenweg 10c, Kirchberg, CH-3422, CH)
WALDE, Tom (Brüggbühlstrasse 82, Niederwangen, CH-3172, CH)
MARTI, Peter (Seedorfweg 15, Münchenbuchsee, CH-3053, CH)
BÖGLI, Peter (Sandeggenweg 10c, Kirchberg, CH-3422, CH)
| PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Lamellen für Wärmetauscher mit Öffnungen und diese umgebenden Kragen (4, 6), wobei die Kragen (4, 6) aus den mit vorgestanzten Öffnungen (2) versehenen Lamellen mittels eines umlaufenden Werkzeugs (26) kalt tiefgerollt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgestanzten Öffnungen (2) in einem Werkzeug mit einem Stanzstempel (22) und einer Matrize (20) erzeugt werden, wobei die die Matrize (20) haltende Matrizenhalteplatte (14) und die den Stanzstempel (22) haltende Stempelhalteplatte (16) über direkte Führungselemente (17, 18,25) relativ zueinander geführt und positioniert sind. 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Führungselementen (17, 18,25) um wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Führangssäulen (17) handelt, welche entweder in der Stempelhalteplatte (16) oder einem damit befestigten ersten Modulblock (13') unbeweglich befestigt und in der Matrizenhalteplatte (14) oder einem damit befestigten zweiten Modulblock (13) in einer Führangsöffhung (18) axial im wesentlichen spielfrei geführt sind, oder welche in der Matrizenhalteplatte (14) respektive dem zweiten Modulblock (13) unbeweglich befestigt und in der Stempelhalteplatte (16) respektive dem ersten Modulblock (13') in einer Führungsöffnung axial im wesentlichen spielfrei geführt sind. 3. Verfahren nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (14,16) mit der Führangsöffhung (18) und/oder jene mit den Säulen (17) im Werkzeug schwimmend gelagert ist. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempelhalteplatte (16) auf einer ersten Grandplatte (8) eines Säulengestells befestigt ist, und die Matrizenhalteplatte (14) auf einer zweiten Grandplatte (9) des Säulengestells befestigt ist, wobei die erste Grundplatte (8) und die zweite Grundplatte (9) über Säulen (10), die bevorzugtermassen in entsprechende Führungsmanschetten eingreifen und in diesen geführt sind, relativ zueinander verschieblich gelagert sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamelle aus einem Aluminium Blech mit einer Brinell-Härte im Bereich von 17-21, vorzugsweise im Bereich von 18-20 hergestellt wird, vorzugsweise mit einer Bruchdehnung A50 im Bereich von 1-3 %, vorzugsweise im Bereich von 2 %, wobei vorzugsweise die Lamelle aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke im Bereich von 0.25-0.30 mm oder 0.25 - 0.32 mm, vorzugsweise im Bereich von 0.26-0.28 mm hergestellt wird, und dass ausgehend von einem Innendurchmesser (d3) der Öffnung (2), vorzugsweise im Bereich von 10-14 mm, ein Kragen (4) mit einem Innendurchmesser (d4) im Bereich von mehr als 1.6 mal Innendurchmesser (d3) der Öffnung, vorzugsweise von mehr als 1.7 mal Innendurchmesser (d3) der Öffnung erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig zum stanzen im Blech eine Prägung in Form einer um die Stanzöffnung umlaufenden, in einer Ebene parallel zur Blechebene angeordneten Vertiefung (3) mit einem Außendurchmesser (d2), welcher größer ist als der Innendurchmesser (d4) des Kragens (4), erzeugt wird, wobei die Vertiefung (3) aus der Blechebene in der zum Kragen (4) entgegengesetzten Richtung versetzt ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend zum Erstellen des Kragens (4) dessen Oberkante (5) zu einem Bördelrand (7), der im wesentlichen parallel zur Blechebene verläuft, umlaufend umgelegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen mit einem Roilierstempel (26) erzeugt wird, welcher im Bereich von 3-6, vorzugsweise 5 symmetrisch angeordnete Rollierkugeln (27) aufweist, wobei der Durchmesser (d 10) der unteren Scheitelpunkte vorzugsweise kleiner, gleich oder grösser ist als der Innendurchmesser (d3) der Öffnung (2). 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen mit einem Roilierstempel (26) erzeugt wird, dessen Außendurchmesser (dl 1) relativ zum Innendurchmesser (dl 2) der Matrize (31) für den Rollierstempel so gewählt ist, dass der Werkzeugspalt geringer ist als die Dicke des verarbeiteten Blechs, wobei vorzugsweise der Werkzeugspalt im Bereich von 0.03-0.07 mm geringer ist als diese Dicke. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Matrize (20) haltende Matrizenhalteplatte (14) auf einem ersten Modulblock (13') befestigt ist, und/oder dass die den Stanzstempel (22) haltende Stempelhalteplatte (16) auf einen zweiten Modulblock (13) befestigt ist, und dass die direkten Führungselemente (17, 18,25) den ersten Modulblock (13') relativ zur Stempelhalteplatte (16) führen respektive positionieren, oder den ersten Modulblock (13') relativ zum zweiten Modulblock (13) führen respektive positionieren, oder die Matrizenhalteplatte (14) relativ zum zweiten Modulblock (13) führen respektive positionieren. 11. Lamelle für einen Wärmetauscher hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, vorzugsweise aus einem Aluminiumblech einer Dicke im Bereich von 0.25r0.28 mm mit einer Brinell-Härte im Bereich von 17- 21, vorzugsweise im Bereich von 18-20, vorzugsweise mit einer Bruchdehnung A50 im Bereich von 1-3 %, vorzugsweise im Bereich von 2 % und mit einem Kragen (4) einer Höhe (hl) im Bereich von mehr als 3.5 mm, vorzugsweise von mehr als 3.9 mm bei einem Innendurchmesser (d4) des Kragens (4) im Bereich von 18-19 mm. 12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10, umfassend wenigstens ein Modul zum stanzen von Öffnungen (2) und ein im Prozessrichtung nachgeschaltetes Modul zum kalten Tiefrollen eines Kragens (4, 6), dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zur Erzeugung der Öffnungen (2) einen Stanzstempel (22) und eine Matrize (20) aufweist, und dass eine die Matrize (20) haltende Matrizenhalteplatte (14) und eine den Stanzstempel (22) haltende Stempelhalteplatte (16) respektive die diese direkt tragenden Elemente (13,13') über direkte Führungselemente (17,18,25) verfügen, welche die Platten (14,16) relativ zueinander führen und positionieren, wobei vorzugsweise die Stempelhalteplatte (16) auf einer ersten Grundplatte (8) eines Säulengestells befestigt ist, und die Matrizenhalteplatte (14) auf einer zweiten Grundplatte (9) des Säulengestells befestigt ist, wobei die erste Grundplatte (8) und die zweite Grundplatte (9) über Säulen (10), die bevorzugtermassen in entsprechende Führungsmanschetten eingreifen und in diesen geführt sind, relativ zueinander verschieblich gelagert sind. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Führungselementen (17,18,25) um wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Führungssäulen (17) oder Führungsschienen handelt, welche entweder in der Stempelhalteplatte (16) unbeweglich befestigt und in der Matrizenhalteplatte (14) in einer Führungsöffnung (18) axial im wesentlichen spielfrei geführt sind, oder welche in der Matrizenhalteplatte (14) unbeweglich befestigt und in der Stempelhalteplatte (16) in einer Führongsöffnung axial im wesentlichen spielfrei geführt sind. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (14,16) mit der Führungsöffhung (18) und/oder jene mit den Säulen (17) im Werkzeug schwimmend gelagert ist. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzmodul und das Modul zum kalten Tiefrollen sowie gegebenenfalls weitere Module zur Erzeugung von Turbulatoren, Prägungen, zum Bördeln und Trennen auf einem gemeinsamen, von einem Blechband durchlaufenen Säulengestell angeordnet sind, dessen Platten (8, 9) in einer periodischen auf- und ab-Bewegung mit entsprechend koordinierter Vorschubbewegung des Blechbandes geführt sind. |
Verfahren zur Herstellung von Lamellen für Wärmeaustauscher und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lamellen für Wärmeaustauscher und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Dabei wird insbesondere in einem ersten Schritt in ein Blech ein Loch gestanzt, und anschließend der Randbereich dieses Lochs zu einem Kragen gerollt oder tiefgezogen, und gegebenenfalls in einem abschließenden Schritt gebördelt.
STAND DER TECHNIK
Der Bau von Wärmeaustauschern für Klimaanlagen, Kraftwerke und dergleichen erfordert grosse Mengen von Lamellen, die auf Leitungsrohre für den Wärmeträger aufgereiht werden. Die Herstellung und das Aufziehen der Lamellen auf die Leitungsrohre soll infolge der hohen zu verarbeitenden Stückzahlen möglichst rationell sowie in preisgünstigem und in der Verarbeitung praktischem Material erfolgen. Dabei treten sich widersprechende Forderungen auf. Zum Ziehen der die Öffnungen der Lamellen umgebenden Kragen, die zugleich als Distanzorgane zwischen benachbarten aufgereihten Lamellen dienen, sollte möglichst duktiles Material verwendet werden.
Solches Material ist jedoch infolge seiner hohen Duktilität in der Weiterverarbeitung ungünstig und die fertig gestellten Wännetauscher sind gegen mechanische Einwirkung sehr empfindlich. Härter gewalztes, billigeres Material, das für das Aufziehen der Lamellen auf die Rohre und für die mechanische Festigkeit des Wärmetauschers günstiger wäre, kann nur dann verwendet werden, wenn ganz bestimmte Verfahren eingesetzt werden, weil es sich sonst als unmöglich erweist, die erwähnten Kragen mit den üblichen Tiefziehverfahren in genügend rationeller Weise herzustellen.
Die CH5007S3 beschreibt ein Verfahren, welches die Verwend ing härterer, billigerer Blech- oder Folienqualitäten für die Lamellen ohne Verteuerung des Herstellungsvorgangs ermöglicht. Dabei werden die Kragen aus den flachen, mit vorgestanzten Öffnungen versehenen Lamellen mittels eines umlaufenden Werkzeugs kalt tiefgerollt. Es hat sich gezeigt, dass dabei relativ hart gewalzte Bleche oder Folien ohne Schwierigkeit in einem einzigen, kurzen Arbeitsgang mit Kragen versehen werden können, ohne dass das Material reisst. Die beim Tiefrollen bearbeitete Innenfläche der Kragen kann ohne besondere Schwierigkeiten genügend zylindrisch und glatt hergestellt werden, sodass die Lamellen leicht auf die Rohre aufgereiht werden können. Durch entsprechende Steigerung der Drehzahl des Werkzeugs kann die Bearbeitungsgeschwindigkeit praktisch beliebig hoch gewählt werden. Problematisch an diesem Verfahren ist aber, dass nur Kragen einer bestimmten maximalen Höhe hergestellt werden können. Tatsächlich besteht ab einer gewissen Kragenhöhe bei diesem Verfahren die Problematik, dass der Kragenrand, wenn auch nicht in jedem Fall, so doch in einer zu hohen Anzahl von Fällen Risse aufweist, was insbesondere dann, wenn dieser Kragen zusätzlich anschließend gebördelt wird, zu großem Ausschuss führt. Eine große maximale Kragenhöhe ist aber wünschenswert, um eine möglichst grosse Flexibilität sowie eine möglichst große Übertragungsfläche der Lamellen zu den Rohren zur Verfügung zu stellen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von derartigen Lamellen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere geht es darum, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, möglichst hohe Kragen in zuverlässiger Weise und ohne unzumutbaren Ausschuss in Folge Aufreißens des Randbereiches der Krägen herzustellen.
Konkret geht es um die Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung von Lamellen für Wärmetauscher mit Öffnungen und diese umgebenden Kragen, wobei die Kragen typischerweise aus den mit vorgestanzten Öffnungen versehenen Lamellen mittels eines umlaufenden Werkzeugs kalt tiefgerollt werden, wie dies beispielsweise in der eingangs genannten CH500783 beschrieben ist.
Im Zusammenhang mit umfangreichen Entwicklungsarbeiten für die Verbesserung dieses Verfahrens und insbesondere im Zusammenhang mit einer gewünschten Erhöhung des Kragens, das heißt im Zusammenhang mit einem möglichst großen Verhältnis von Innendwchmesser des Kragens zu Irtnend rchmesser der vorgängigen Stanzöffnung, wurden eine Vielzahl von Parametern untersucht, um die Rissbildung im Randbereich der erzeugten hohen Kragen so weit wie möglich zuverlässig zu vermeiden. Dabei wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Tendenz einer Rissbildung im Randbereich des Kragens nicht nur durch den eigentlichen Tiefziehprozess bei der Ausbildung dieses Kragens, sondern vielmehr zusätzlich wesentlich durch die vorgängige Herstellung der Öffnung bestimmt ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass das Verhältnis von Kaltverfestigung und Nicht-Glattschnittanteil beim Stanzen dieser Öffnung im richtigen Verhältnis sein muss. Konkret darf keiner der beiden Anteile in einem wesentlichen Übermaß in einem der umfangsmäßigen Bereiche der Öffnung auftreten. Sobald Kaltverfestigung oder Nicht-Glattschnittanteil in einem Abschnitt der Öffnung einen zu hohen Anteil ausmachen, bilden sich im anschließenden Umformprozess zur Ausbildung des Kragens mit hoher Wahrscheinlichkeit Risse, welche ihrerseits zu hohem Ausschuss Anlass geben.
Durch unterschiedliche Einstellungen wurde, anschließend an diese Erkenntnis, versucht, dieses Verhältnis der beiden Anteile möglichst homogen zu verteilen. Nach weitergehenden Untersuchungen wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich das Problem lösen lässt, indem die vorgestanzten Öffnungen in einem Werkzeug mit einem Stanzstempel und einer Matrize erzeugt werden, wobei die die Matrize haltende Matrizenhalteplatte und die den Stanzstempel haltende Stempelhalteplatte über direkte Führungselemente relativ zueinander geführt und positioniert sind. Mit anderen Worten wurde festgestellt, dass beim Stanzprozess eine direkte und unmittelbare Verriegelung der beiden Werkzeuge und die damit verbundene Präzision im Schnittspalt die genannten Probleme vermeiden kann. Offenbar ist beispielsweise die Führung der beiden Werkzeuge über ein Säulengestell, auf welche üblicherweise auch noch weitere Module angeordnet sind, ungenügend genau und nur eine direkte relative Führung der beiden Werkzeuge beim Stanzen kann man die genannten Probleme vermeiden.
Unter einer direkten Verriegelung von Matrizenhalteplatte und Stempelhalteplatte sind auch Konstruktionen zu verstehen, bei welchen Bauelemente, welche die Matrizenhalteplatte fest befestigt tragen, respektive Bauelemente, welche die Stempelhalteplatte fest befestigt tragen, miteinander verriegelt sind. Entsprechend ist es auch möglich, dass die die Matrize haltende Matrizenhalteplatte auf einem ersten Modulblock befestigt ist (der seinerseits auf einer Grundplatte eines Säulengestells befestigt sein kann respektive bevorzugtermassen schwimmend auf einem solchen gelagert sein kann), und/oder dass die den Stanzstempel haltende Stempelhalteplatte auf einen zweiten Modulblock (der seinerseits auf der anderen Grundplatte eines Säulengestells befestigt sein kann respektive bevorzugtermassen schwimmend auf einem solchen gelagert sein kann) befestigt ist, und dass die direkten Führungselemente direkt den ersten Modulblock relativ zur Stempelhalteplatte führen respektive positionieren, oder den ersten Modulblock relativ zum zweiten Modulblock führen respektive positionieren, oder die Matrizenhalteplatte relativ zum zweiten Modulblock führen respektive positionieren.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens handelt es sich bei den Führungselementen um wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Führungssäulen, beispielsweise zwei seitlich außerhalb des Blechbandes angeordnete Führungssäulen, eine auf jeder Seite. Diese können entweder in der Stempelhalteplatte unbeweglich befestigt sein und in der Matrizenhalteplatte in einer Führungsöffnung axial im wesentlichen spielfrei geführt sein. Alternativ können sie in der Matrizenhalteplatte unbeweglich befestigt sein und in der Stempelhalteplatte in einer Führungsöffnung axial im wesentlichen spielfrei geführt sein. Es ist auch möglich, diese beiden unterschiedlichen Lagerungsweisen im gleichen Werkzeug kombiniert einzusetzen. Eine weiterhin besonders bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Platte mit der Führungsöffhung im Werkzeug schwimmend gelagert ist. So wird sichergestellt, dass auch über eine langfristige Führung des Prozesses die gewünschte Präzision der relativen Anordnung der beiden Platten gewährleistet ist. Es erübrigen sich so Voreinstellungen sowie aber auch Nacheinstellungen etc. Alternativ kann auch die die Säule haltende Seite schwimmend gelagert sein oder beide Platten können schwimmend gelagert sein.
Bevorzugteraiassen wird bei diesem Verfahren die Lamelle aus einem Aluminiumblech (respektive Aluminiumslegierungen, beispielsweise Aluminium der Qualität AW1050) mit einer Brinell-Härte im Bereich von 17-21, vorzugsweise im Bereich von 18-20 hergestellt. Besonders bevorzugt ist die Qualität AW1050 respektive eine Härte Hl 9. Vorzugsweise verfugt dieses Material über eine Bruchdehnung A50 im Bereich von 1-3 %, vorzugsweise im Bereich von 2 %.
Konkret wird weiterhin bevorzugtermassen die Lamelle aus einem Aluminiumblech mit einer Dicke im Bereich von 0.25-0.30 mm, vorzugsweise im Bereich von 0.26-0.28 mm hergestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird bei diesem Verfahren ausgehend von einem Innendurchmesser d3 der Öffnung, vorzugsweise im Bereich von 10- 14 mm, ein Kragen mit einem Innendurchmesser d4 im Bereich von mehr als 1.6 mal Innendurchmesser d3 der Öffnung, vorzugsweise von mehr als 1.7 mal Innendurchmesser d3 der Öffnung erzeugt. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass ein solches Verhältnis im Bereich von 1.78 erreicht werden kann. Gemäß Stand der Technik und ohne die oben beschriebene Verriegelung der Werkzeuge waren bisher höchstens Verhältnisse von bis zu 1.55 oder höchstens 1.58 bei derartigen Materialien prozesssicher darstellbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsfonn wird gleichzeitig zum Stanzen im Blech eine Prägung in Form einer um die Stanzöffnung umlaufenden, in einer Ebene parallel zur Blechebene angeordneten Vertiefung mit einem Außendurchmesser d2, welcher größer ist als der Innendurchmesser d4 des Kragens, erzeugt, wobei die Vertiefung aus der Blechebene in der zum Kragen entgegen gesetzten Richtung versetzt ist. Durch die zusätzliche Ausbildung einer solchen Prägung lassen sich die Lamellen anschließend wesentlich besser auf Leitungen aufschieben und verfügen über eine höhere Steifigkeit. Das Stanzen der Stanzöffnung kann dabei vor der Ausbildung der Vertiefung oder nach der Ausbildung der Vertiefung erfolgen. Vorzugsweise wird in einem ersten Schritt die Vertiefung erzeugt, und in einem anfolgenden Schritt die Stanzöffnung erzeugt.
Dabei ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform möglich, die Ausbildung der Vertiefung in zwei separaten Bearbeitungsschritten durchzuführen, in einem Vorzug- Schritt und in einem an folgenden Umformschritt zur Erzeugung der Vertiefung, wie sie als Ausgangspunkt für die Schritte zur Erzeugung des Kragens dienen soll. Das Stanzen der Stanzöffnung kann vor oder nach dem Vorzug-Schritt oder nach dem anfolgenden Umformschritt erfolgen.
Bevorzugtermassen verfügt die erzeugte Vertiefung dabei über eine Form, so dass im umlaufenden Randbereich der Vertiefung eine umlaufende Vertiefung angeordnet ist, und von dieser umschlossen ein wieder etwas zur Blechebene zurückversetzter zentraler Bodenbereich vorhanden ist.
Wird im Vorzug-Schritt in die gleiche Richtung aus der Blechebene umgeformt, wie am Ende die Vertiefung ausgebildet ist, so wird vorzugsweise im Vorzug-Schritt eine umlaufende Vertiefung ausgebildet, deren Höhe größer ist als die Höhe der umlaufenden Vertiefung nach dem anfolgenden Umformschritt. Mit anderen Worten wird vorzugsweise im Vorzug-Schritt eine Vertiefung erzeugt, welche anschließend im anfolgenden Umformschritt wieder etwas zur Blechebene zurückversetzt wird.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, beim Vorzug-Schritt eine um die Symmetrieachse des Kragens umlaufende Welle in einer Richtung aus dem Blech zu versetzen, welche der Richtung der endgültigen Vertiefung entgegengesetzt ist. Im anschließenden Umformschritt, welchem die Erzeugung der Stanzöffnung vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein kann, wird dann gewissermassen der Bereich in die andere Richtung aus der Blechebene geschoben. Dabei wird bevorzugtemiassen die Welle mit einem Durchmesser ausgebildet, welcher größer ist als der Außendurchmesser der Vertiefung, die als Ausgangspunkt für die Schritte zur Erzeugung des Kragens dient. So ist es möglich, Material gewissermassen von radial außerhalb in die entscheidenden Bereiche für die Ausbildung des Kragens zu verschieben, was die Ausbildung von noch höheren Krägen ermöglicht.
Sowohl bei der Verwendung des Verfahrens unter Erzeugung einer umlaufenden Vertiefung als auch bei der Ausbildung einer Welle in die entgegengesetzte Richtung kann es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsforai von Vorteil sein, eine zentrale Beule, d.h. eine um die Symmetrieachse kreissymmetrisch ausgebildete Vertiefung oder Delle auszubilden, deren Richtung vorzugsweise entgegengesetzt zur Richtung ist, in welche die Vertiefung aus der Blechebene versetzt ist.
Bevorzugtermassen wird weiterhin anschließend zum Erstellen des Kragens dessen Oberkante zu einem Bördelrand, der im Wesentlichen parallel zur Blechebene verläuft, umlaufend umgelegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Kragen mit einem Rollierstempel erzeugt, welcher im Bereich von 3-6, vorzugsweise 5 symmetrisch angeordnete Rollierkugeln aufweist, wobei der Durchmesser dlO der unteren Scheitelpunkte bevorzugtemiassen kleiner oder gleich ist wie der Innendurchmesser der Öffnung. Dass der Durchmesser dlO der unteren Scheitelpunkte kleiner oder gleich ist wie der Innendurchmesser der Öffnung kann sich z.B. dann erübrigen, wenn der Bearbeitungsbereich vorgeformt ist, wie dies z.B. in den Figuren le3), lf3), lg3) oder lh3 dargestellt ist. Die Rollierkugeln können dabei im Rollierstempel drehbar gelagert sein oder sind bevorzugtemiassen in diesen eingeschweißt beziehungsweise eingelötet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen mit einem Rollierstempel erzeugt wird, dessen Außendurchmesser dl l relativ zum Innendurchmesser dl2 der Matrize für den Rollierstempel so gewählt ist, dass der Werkzeugspalt geringer ist als die Dicke des verarbeiteten Blechs, wobei vorzugsweise der Werkzeugspalt im Bereich von 0.03-0.07 min geringer ist als diese Dicke. Mit anderen Worten hat es sich gezeigt, dass es überraschenderweise bei sorgfältiger Ausbildung der Stanzöffnung auch möglich ist, den Kragen abzustrecken und dadurch noch größere Kragenhöhen zu erzeugen als bisher möglich. Dies ohne Probleme im Zusammenhang mit Rissbildung im Kantenbereich.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Lamelle für einen Wärmetauscher hergestellt nach einem Verfahren wie es oben beschrieben wurde. Vorzugsweise besteht eine solche Lamelle aus einem Aluminiumblech einer Dicke im Bereich von 0.25-0.32 mm oder 0.25-0.30 mm mit einer Brinell-Härte im Bereich von 17-21, vorzugsweise im Bereich von 18-20, vorzugsweise mit einer Bruchdehnung A50 im Bereich von 1-3 %, vorzugsweise im Bereich von 2 %. Zudem verfügt eine solche Lamelle weiterhin vorzugsweise über einen Kragen einer Höhe hl (vor dem Bördeln, wie z.B. aus Fig. 1 ersichtlich) im Bereich von mehr als 3.5 mm, vorzugsweise von mehr . als 3.9 mm bei einem Innendurchmesser d4 des Kragens im Bereich von 18-19 mm. Eine typische Höhe hl, die mit dem vorgeschlagenen Verfahren erreicht werden kann, liegt bei 4.4-4.6 mm. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens wie es oben beschrieben wurde, das heißt zur Herstellung einer Lamelle wie sie oben beschrieben wurde. Eine solche Vorrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens ein Modul zum Stanzen von Öffnungen und ein in Prozessrichtung nachgeschaltetes Modul zum kalten Tiefrollen eines Kragens und ist zudem insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug zur Erzeugung der Öffnungen einen Stanzstempel und eine Matrize aufweist, und dass eine die Matrize haltende Matrizenhalteplatte und eine den Stanzstempel haltende Stempelhalteplatte über direkte Führungselemente verfügen, welche die Platten relativ zueinander führen und positionieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Führungselementen um wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Führungssäulen handelt, welche entweder in der Stempelhalteplatte unbeweglich befestigt und in der Matrizenhalteplatte in einer Führungsöffnung axial im wesentlichen spielfrei geführt sind, oder welche in der Matrizenhalteplatte unbeweglich befestigt und in der Stempelhalteplatte in einer Führungsöffnung axial im wesentlichen spielfrei geführt sind. Bevorzugtermassen ist die Platte mit der Führungsöffnung im Werkzeug schwimmend gelagert. Auch die weiteren bevorzugten Ausfuhrungsformen, die oben im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, sind gleichermaßen im Zusammenhang mit dieser Vorrichtung bevorzugt.
Unter einer Führungssäule ist dabei generell ein Führungselement zu verstehen, welches einen kreisrunden Querschnitt aufweisen kann, aber auch als Profilschiene oder als Säule mit einem nicht-runden Querschnitt ausgebildet sein kann. Bevorzugtermassen führen solche Führungselemente Stempelhalteplatte respektive Matrizenhalteplatte (oder die diese Platten direkt tragenden Modulplatten) über den ganzen Hub, das heißt die Verriegelung bleibt den gesamten Prozess bestehen. Es ist aber auch möglich, die Verriegelung jeweils nur kurz vor dem eigentlichen Stanzprozess zu gewährleisten. So ist unter einem Führungselement auch eine Bauweise zu verstehen, bei welcher zwischen den zu verriegelnden Elementen zum Beispiel unter Zuhilfenahme von Nut/Kamm oder Noppe/Einbuchtung jeweils kurz vor dem Aufeinandertreffen der Elemente die Verriegelung jeweils kurzzeitig nur für den eigentlichen Stanzprozess etabliert wird.
Grundsätzlich sind auch Zwischenstufen zwischen den zwei Verriegelungsvarianten "während des gesamten Hubs" und "jeweils kurz vor dem Aufeinandertreffen der Elemente" möglich. So z.B. eine Variante, bei der die Verriegelung nur kurz vor dem oberen Totpunkt (z.B. zwischen 350° und 10°) unterbrochen ist.
Ebenfalls sind Bauweisen darunter zu verstehen, bei welchen man zunächst eine kleinere Öffnung in das zu bearbeitende Blech einbringt und anschließend diese Öffnung dazu verwendet, eine optimale Positionierung zwischen den beiden Werkzeugen zu gewährleisten, beispielsweise indem in diese Öffnung ein auf einem oder beiden Werkzeugen angeordnetes Positionierungselement eingreift.
Insbesondere ist eine derartige Vorrichtung bevorzugtermassen dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzmodul und das Modul zum kalten Tiefrollen sowie gegebenenfalls weitere Module zur Erzeugung von Turbulatoren, Prägungen, zum Bördeln und Trennen auf einem gemeinsamen, von einem Blechband durchlaufenen Säulengestell angeordnet sind, dessen Platten in einer periodischen auf- und ab-Bewegung mit entsprechend koordinierter Vorschubbewegung des Blechbandes geführt sind.
Weitere Ausffihrungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die kdiglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen: Schnittdarstellungen durch die umgeformten Bereiche des Lamellenblechs im Laufe dessen Bearbeitung im Säulengestell, wobei in a) ein Schnitt durch einen Turbulator dargestellt ist, in b) ein axialer Schnitt durch die gestanzte Öffnung mit umlaufender Prägung, in c) ein axialer Schnitt durch die Lamellen mit Kragen und in d) ein axialer Schnitt durch die Lamelle mit gebördeltem Kragen; el)-e3) zeigen die Führung des Prozesses in drei Schritten ausgehend von einem ebenen Blech (nicht dargestellt) vor den Schritten 3 und 4 gemäß den Figuren c) respektive d) gemäß einer alternativen Ausführungsform mit einer zentralen umlaufenden Vertiefung, wobei das Stanzen unmittelbar nach dem Vorzug- Schritt el) erfolgt; fl)-f3) zeigt die Führung des Prozesses in drei Schritten ausgehend von einem ebenen Blech (nicht dargestellt) vor den Schritten 3 und 4 gemäß den Figuren c) respektive d) gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform mit einer zentralen umlaufenden Vertiefung, wobei das Stanzen nach der Ausbildung der gesamten Vertiefung nach f2) erfolgt; gl)- g3) zeigt die Führung des Prozesses in drei Schritten ausgehend von einem ebenen Blech (nicht dargestellt) vor den Schritten 3 und 4 gemäß den Figuren c) respektive d) gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform mit einer vorgängigen Umformung in die entgegengesetzte Richtung und einer zentralen umlaufenden Vertiefung, wobei das Stanzen unmittelbar nach Umform-Schritt gl) in die Gegenrichtung erfolgt; hl)-h3) zeigt die Führung des Prozesses in drei Schritten ausgehend von einem ebenen Blech (nicht dargestellt) vor den Schritten 3 und 4 gemäß den Figuren c) respektive d) gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform mit einer Umformung in die entgegengesetzte Richtung und einer zentralen umlaufenden Vertiefung, wobei das Stanzen erst nach der Ausbildung der gesamten Vertiefung nach Schritt h2) erfolgt; i) zeigt die Möglichkeit der Ausbildung einer zentralen Beule bei einer Variante gemäß den Darstellungen nach e) respektive f); k) zeigt die Möglichkeit der Ausbildung einer zentralen Beule bei einer Variante gemäß den Darstellungen nach g) respektive h); k) zeigt mit einem Kreis den ausgeformten Bereich in welchem eine möglichst gleichmäßige Materialdicke erreicht werden sollte; eine Darstellung des geöffneten Säulengestells mit den unterschiedlichen Bearbeitungsmodulen, wobei in a) das gesamte Säulengestell und in b) ein Stanzmodul gemäß einer etwas anderen Bauweise als in a) dargestellt ist, wobei in bl) eine Schnittdarstellung links geschlossen und rechts geöffnet angegeben ist, in b2) eine Aufsicht auf den oberen Teil des Stanzmoduls, in b3) eine Aufsicht auf den unteren Teil des Stanzmoduls, und in b4) eine perspektivische Ansicht auf das Stanzmodul in aufgeklappt geöffneten Zustand dargestellt sind, es können dabei noch weitere, hier nicht dargestellte Module angeordnet sein, z.B. für die Durchführung der Schritte wie im Zusammenhang mit den Figuren le-k beschrieben;
Schnittdarstellungen des Stanzmoduls, wobei in a) ein Schnitt durch einen Bereich ohne Führungssäule, in b) einen Schnitt durch einen Bereich mit Führungssäule und in c) eine Detailansicht im Bereich des Schneidspalts dargestellt ist;
in a) den Rollierstempel in einer Schnittdarstellung und in b) in einer Ansicht von oben, in c) ein axialer Schnitt durch die Anordnung von Rollierstempel und zugehöriger Matrize, in d) eine Detailansicht durch den Spaltbereich der zwischen Rollierstempel und Matrize mit umgeformtem Blech, und in e) eine Detailansicht durch den Spaltsbereich zwischen Rollierstempel und Matrize mit abgestecktem Blech; und
in a) dem Bördelstempel in einer Gesamtansicht und in b) im vorderen Kantenbereich.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Figur 1 sind unterschiedliche Ansichten einer Lamelle für einen Wärmetauscher in den unterschiedlichen Verfahrensschritten, wie sie in der Folge beschrieben werden sollen, dargestellt. Konkret zeigt Figur la einen Längsschnitt durch einen Turbulator wie er in einem ersten Schritt aus einem Blechstreifen 1 ausgeformt wird. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um längliche Vertiefungen oder Sicken (ggf. mit seitlichen Schlitzen), die zur Erhöhung der Oberfläche und entsprechend zur Erhöhung des Wärmetauschs um die eigentlichen Kragen herum ausgebildet werden.
Figur Vo zeigt einen axialen Schnitt durch das Blech nach durchlaufen der zweiten Station im Prozess, d.h. nachdem in dieser zweiten Station einerseits im Blech 1 eine Stanzöffnung 2 mit einem Durchmesser d3 erzeugt wurde und andererseits gleichzeitig eine Prägung im Sinne einer Vertiefung 3 nach unten. Die Vertiefung 3 ist dabei ein Versatz eines umlaufenden Abschnitts um die Öffnung 2 des Blechs in eine Ebene parallel zur ursprünglichen Blechebene. Der Aussendurchmesser dieses Versatzes ist als d2 gekennzeichnet und der Innendurchmesser als dl. Typischerweise ist für übliche Anwendungen der Innendurchmesser dl im Bereich von 20-22 mm, der Aussendurchmesser d2 im Bereich von 23-24 mm und der Innendurchmesser d3 der Öffnung 2 im Bereich von 11-12 mm.
In Figur lc ist ein axialer Schnitt durch ein derartiges Blech im Bereich einer Kragenöffhung nach Durchlaufen der dritten Station dargestellt. Der eigentliche Kragen wird in einer Richtung entgegengesetzt zum Versatz 3 auf die andere Seite des Blechs und über diese hinausragend tiefgezogen, wobei ein zylindrischer Kragen 4 mit einer Oberkante 5 gebildet wird. Der Innendurchmesser dieses Kragens ist in der Figur mit d4 dargestellt, typischerweise ist dieser Innendurchmesser im Zusammenhang mit der oben angegebenen Dimensionierung im Bereich von 18-19 mm. Die Höhe eines solchen Kragens beträgt beispielsweise 3.9-4.6 mm und ist in der Figur lc mit hl gekennzeichnet. Mit anderen Worten entsteht am Ende eine Struktur, bei welcher aus der Ebene des Blech nach unten die Vertiefung umlaufend ausgebildet ist und nach oben innenseitig anfolgend an diese Vertiefung ein Kragen 4, der auf die gegenüberliegende Seite weit hinaus steht. In Figur ld ist ein axialer Schnitt durch eine derartige Kragenöffnung nach Durchlaufen der vierten Station dargestellt. In der vierten Station wird der Kragen 4 im Bereich der Oberkante 5 gebördelt so dass ein Bördelrand 7 entsteht, über welchen der Kragen umlaufend nach aussen umgelegt wird. Der Aussendurchmesser D5 ist dabei typischerweise im Zusammenhang mit den oben angegebenen Dimensionierungen im Bereich von ca. 21 mm und es resultiert am Ende eine Höhe des gebördelten Kragen im Bereich von ca. 3.1 mm (in Figur ld mit h2 gekennzeichnet). Diese Höhe h2 ist am Ende für die Beabstandung der Lamellen auf den Leitungen, auf welche die Lamellen aufgezogen werden, verantwortlich. Der nach unten gerichtete Versatz 3 ist dabei nicht zwingend, ist aber für eine optimale Steifigkeit und Positionierung der Lamellen auf den Leitungen von Vorteil .
Wie oben erläutert wird im Verfahren gemäß den in den Figuren 1 b)- d) dargestellten Schritten ausgehend von einem ebenen Blech im Bereich des zukünftigen Kragens 4 zunächst das zentrale Loch 2 gestanzt und anschließend in einem Umformprozess die Vertiefung 3 ausgebildet, bevor dann in den anfolgenden Schritten 3. und 4. der gebördelte Kragen erzeugt wird. Die endgültige maximale Höhe h2 hängt bei der Durchführung eines solchen Verfahrens stark davon ab, wie der Verlauf gewählt werden kann, so dass im sogenannten ausgeformten Bereich, der schematisch in Figur 11) mit einem Kreis und dem Bezugszeichen 49 dargestellt ist, eine möglichst gleichmäßige Dickenverteilung des Materials erreicht werden kann. Zudem sollte die Prozessführung so gestaltet werden, dass möglichst kleine Krümmungsradien erreicht werden können und die Gefahr von Rissen im Kragenbereich reduziert werden kann. Wird ein solches Verfahren durchgeführt, so können, wie oben erwähnt, typischerweise unter den hier spezifisch angegebenen Bedingungen Werte für die Höhe h2 des gebördelten Kragens im Bereich von ca. 3.1 mm erreicht werden. In der Folge sollen nun etwas modifizierte Verfahren dargestellt werden, mit welchen diese Höhe auf 3.6-3.8 mm erweitert werden kann, indem das Verfahren geschickt so durchgeführt wird, dass diese Dimensionen möglich sind ohne dass in den am meisten belasteten Zonen Risse oder Ähnliches auftreten.
Möglichkeiten den Prozess in dieser Hinsicht noch etwas optimaler zu führen, sind in den Figuren 1 e)-k) dargestellt.
Namentlich wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Ausgestaltung der Prozessschritte zur Erreichung einer Ausgangslage für die Schritte 3. respektive 4. gemäß den Figuren 1 c) respektive d) so vorgegangen, dass ausgehend von einem ebenen Blech (Ausgangssituation nicht dargestellt) in einem ersten Vorzug in einem Umformschritt eine Vertiefung 3 erzeugt wird, welche im an den nicht umgeformten, außerhalb Hegenden Blechbereich angrenzenden Randbereich der Vertiefung 3 eine umlaufende Vertiefung 41 aufweist. Mit anderen Worten verfügt nach diesem ersten Vorzug das Blech über eine Form, bei welcher die Vertiefung 3 im äußersten umlaufenden Bereich über eine umlaufende Vertiefung 41 verfügt, die über einen Übergangsbereich 45 in den nicht umgeformten Blechbereich übergeht. Bezüglich der Symmetrieachse 43 nach imien versetzt folgt . dann ein etwas erhöhter (das heißt wieder zur Blechebene versetzter), kreisförmiger Boden 42. Die Vertiefung 41 geht über den Übergangsbereich 44 in diesen Boden 42 über.
Die umlaufende Vertiefung 41 verfügt über eine Höhe Hl, welche unter den oben angegebenen Dimensionierungen der Gesamthöhe hl respektive h2 im Bereich von Hl = 0.8-1.0 mm liegt. Auf jeden Fall sollte dabei die Höhe Hl grösser sein als die weiter unten diskutierte Höhe H2. Typischerweise ist sie wenigstens 5 % grösser als die Höhe H2, vorzugsweise wenigstens 10 %, insbesondere vorzugsweise wenigstens 20 % oder 30 % grösser als die Höhe H2. Das Resultat dieses ersten Vorzug-Schrittes ist in einer Schnittdarstellung gemäß Figur 1 el) dargestellt.
Im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 e) folgt nun als nächster Schritt das Stanzen der zentralen Stanzöffhung 2, das Resultat dieses Schrittes ist grafisch in einer Schnittdarstellung in Figur 1 e2) wiedergegeben.
Anschließend findet ein zweiter Umfonrischritt statt, bei welchem die Vertiefung gewissermassen wieder etwas zurückgeschoben wird, namentlich wird im Werkzeug insbesondere durch Druck auf den umlaufenden Scheitelpunkt des Bereichs 41 die Höhe Hl reduziert auf die im Endresultat gemäß Figur 1 e 3) dargestellte Höhe H2. Diese Höhe H2 liegt unter den oben angegebenen Dimensionierungen der Gesamthöhe hl respektive h2 im Bereich von H2 = 0.7 - 0.9 mm.
Die Stufen e2) und e3) können auch in einer Werkzeugstufe kombiniert untergebracht werden.
Eine weitere alternative Prozessführung ist in den Figuren 1 fl)-f3) dargestellt. Diese Prozessführung ist im Prinzip analog zu jener gemäß den Darstellungen el)- e3), das Stanzen des zentralen Loches 2 erfolgt hier aber erst nach dem zweiten Umformschritt, d.h. Vorzug (Resultat davon gemäß Figur 1 fl) wird gefolgt von zweitem Umformschritt (Resultat davon gemäß Figur lf2), und erst dann wird die zentrale Stanzöffhung 2 ausgebildet.
Die Stufen f2) und f3) können auch in einer Werkzeugstufe kombiniert untergebracht werden.
Um die maximal erreichbare Kragenhöhe zu vergrössem sind also zusätzlich zu den unter Figur 1 b)-d) bereits beschriebenen Schritten die Verfahren nach e) respektive f) möglich. Nach Figur le) respektive f) wird in einem Prozessschritt eine umlaufende„Vertiefung" 41 in das Blech gezogen. Diese wird vor dem Rollieren des Kragens so ausgeformt, dass sie die passende Kontur ergibt. Hierbei können die folgenden Varianten unterschieden werden:
a. Die Kontur wird nach dem Stanzen des Lochs ausgeformt. (Siehe Figur le)
b. Die Kontur wird vor dem Stanzen des Lochs ausgeformt. (Siehe Figur lf)
Bei beiden Varianten ist zu beachten, dass die vorgezogene Höhe Hl höher sein sollte als die finale Höhe H2. Der Vorteil von Variante e) liegt in der Möglichkeit, kleinere Radien ausbilden zu können, während Variante f) die Gefahr von Rissen im Kragenbereich weiter reduziert bzw. die Herstellung höherer Krägen ermöglicht. Zusätzlich kann bei der Variante f) zusammen mit der Vertiefung 41 noch eine Beule 48 dort eingebracht werden, wo später dass Vorloch 2 für das Rollieren des Kragens eingebracht wird (vgl. Figur 1 i). Diese Modifikation begünstigt ebenfalls die Herstellung kleinerer Krümmungsradien.
Durch die Ausbildung der Vertiefung 41 im Vorzug wird gewissermassen im tiefsten Punkt (unterer Scheitelpunkt) der umlaufenden Vertiefung 41 das Material dünn. Aufgrund der Tatsache, dass im anfolgenden Umformschritt genau an dieser Stelle unter Druck gearbeitet wird, d.h. genau die dünnste Stelle nicht mehr gezogen sondern gedrückt wird, wird sichergestellt, dass eine möglichst gleichmäßige Materialverteilung im ausgeformten Bereich 49 erreicht werden kann. Dadurch dass nicht im ersten Schritt das Loch erzeugt wird, sondern das Loch erst nach dem Umformen der Vertiefung erzeugt wird, kann zudem erreicht werden, dass mehr Material für den Kragen bereitgestellt werden kann und entsprechend eine höhere Kragenhöhe realisiert werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Prozessführung ist in Figur 1 g) dargestellt. Namentlich wird gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel der Ausgestaltung der Prozessschritte zur Erreichung einer Ausgangslage für die Schritte 3. respektive 4. gemäß den Figuren 1 c) respektive d) so vorgegangen, dass ausgehend von einem ebenen Blech (Ausgangssituation nicht dargestellt) in einem ersten Vorzug in einem Umformschritt eine umlaufende Welle 46 in der der endgültigen Vertiefung 3 entgegengesetzten Richtung im Blech ausgebildet wird. Diese umlaufende Welle 46 wird dabei umlaufend außerhalb des zukünftigen ausgeformten Bereiches 49 ausgebildet, und dient gewissennassen unter anderem dazu, Material von radial außerhalb in den zukünftigen ausgeformten Bereich 49 zu verschieben, um möglichst viel Material für die Ausbildung eines möglichst hohen Kragens an den richtigen Ort bereit zu stellen. In einem ersten Vorzug-Schritt, dessen Resultat in Figur 1 gl) dargestellt ist, wird mit anderen Worten eine umlaufende Welle 46 in der der zukünftigen Vertiefung 3 entgegengesetzten Richtung ausgebildet, dabei verfügt diese Welle 46 an ihrem Scheitelpunkt um die Symmetrieachse 43 über einen Durchmesser Dl. Dieser ist größer als der Durchmesser D2 der finalen umlaufenden Vertiefung 41, die als Ausgangslage für die Durchführung der Schritte zur Erzeugung des Kragens dient. Der Durchmesser Dl ist dabei typischerweise wenigstens 5 %, vorzugsweise wenigstens 10 %, oder 15 %, oder sogar 20 % größer als der Durchmesser D2. Anschließend an diesen Vorzug-Schritt kann nun entweder, wie dies in Figur 1 g2) als Resultat dargestellt ist, die zentrale Stanzöffhung 2 erzeugt werden und anschließend in einem weiteren Umformschritt die eigentliche Vertiefung 3 ausgebildet werden. Resultat dieses Schrittes ist dann die Situation gemäß Figur 1 g3). Dabei wird am tiefsten Punkt der umlaufenden Vertiefung 41 ein Durchmesser D2 erzeugt. Ausgehend von der Situation gemäß Figur 1 g3) werden dann die Schritte gemäß den Figuren lc) und d) zur Erzeugung des Kragens und den Bördelrand durchgeführt.
Die Stufen gl) und g3) können auch in einer Werkzeugstufe kombiniert untergebracht werden.
Eine alternative Prozessführung ist in Figur 1 h) dargestellt, hier wird erst gestanzt wenn die Vertiefung 3 bereits ausgebildet ist. Die Stufen h2) und h3) können auch hier in einer Werkzeugstufe kombiniert untergebracht werden.
Auch hier bei diesem Verfahren wird, wie bereits bei jenem gemäß Figur 1 e) respektive f) unter anderem ausgenützt, dass der Bereich der maximalen Materialverjüngung im Scheitelbereich der Welle 46 durch den anfolgenden Umformschritt unter Druck bearbeitet wird, so dass in diesem Fall einerseits eine Verschiebung des Materials und andererseits im Resultat am Ende eine möglichst gleichmäßige Materialverteilung im ausgeformten Bereich 49 gemäß Figur 1 1) erreicht werden kann.
In einem zusätzlichen Prozessschritt wird also gemäss den Figuren 1 g) und h) eine „Welle" 46 in das Blech gezogen. Diese wird vor dem Rollieren des Kragens so umgestülpt, dass sie die passende Kontur ergibt. Hierbei können die folgenden Varianten unterschieden werden:
a. Die Welle wird nach dem Stanzen des Lochs umgestülpt. (Siehe Figur lg)
b. Die Welle wird vor dem Stanzen des Lochs umgestülpt. (Siehe Figur lh)
Bei beiden Varianten ist zu beachten, dass der Durchmesser Dl grösser sein sollte als der finale Durchmesser D2.
Der Vorteil von Variante g) liegt in der Möglichkeit, kleinere Radien ausbilden zu können, während Variante h) die Gefahr von Rissen im Kragenbereich weiter reduziert bzw. die Herstellung höherer Kragen ermöglicht.
Zusätzlich kam bei der Variante h zusammen mit der Welle 46 noch eine Beule 49 dort eingebracht werden, wo später dass Vorloch 2 für das Rollieren des Kragens eingebracht werden soll (siehe Figur 1 k). Diese Modifikation begünstigt ebenfalls die Herstellung kleinerer Krümmungsradien.
Die Varianten e) und f) sind in der Regel einfacherer im Werkzeug umsetzbar, während die Varianten g) und h) den Vorteil bieten, dass die Dickenverteilung des Materials im „ausgeformten" Bereich 49 noch gleichmässiger ist (siehe Figur 1 1).
Im Vergleich zu den unter den Figuren 1 b) dargestellten Lösungen lässt sich durch die zusätzliche Verwendung dieser Verfahren gemäß den Figuren e) - k) die erreichbare Kragenhöhe nochmals um typischerweise 0,3mm bis 0,4mm steigern.
Grundsätzlich kann bei allen Varianten die Welle 46 bzw. die umlaufende Vertiefung 41 vor oder nach dem Stanzen der Turbulatoren (siehe Fig. la) eingebracht werden.
Generell ist es so, dass die Ausbildung der Turbulatoren nicht nur, wie in der Folge dargestellt, vor der Ausbildung der Krägen in der gleichen Station erfolgen kann, sondern auch beispielsweise in einer vorgeschalteten separaten Station oder in einer nachgeschalteten Station, es ist auch möglich, die Turbulatoren in einem zwischengeschalteten Schritt zu erzeugen, wenn dies werkzeugtechnisch von Vorteil ist, so ist es beispielsweise gemäß einer bevorzugten Ausführungsform möglich, den Schritt der Erzeugung der Turbulatoren vor dem Schritt welcher den Kragen 4 erzeugt (vor Figur lc) durchzuführen und nach der Bereitstellung der Vertiefung 3.
Zudem können generell so genannte Sucherlöcher zu genauen Prozessführung eingesetzt werden. Dies sind Stanzlöcher, welche zur genauen Positionierung des Blechabschnitts bei der Prozessführung dienen. Vorteilhafterweise werden bei der Durchführung eines Prozesses, wie er hier beschrieben wird, solche Sucherlöcher in jenen Bereichen vorgesehen, in welchen dann anschliessend die Stanzöffhungen 2 erzeugt werden. In Figur 2 ist ein Gesamtwerkzeug zur Erzeugung von derartigen Lamellen in geöffneter Darstellung abgebildet. Ein Blechband wird dabei in der schematisch durch einen Pfeil 12 dargestellten Förderrichtung in eine solche Bearbeitungseinheit eingeführt. Eine Mehrzahl von Stationen ist dabei auf einem Säulengestell angeordnet, das Säulengestell umfasst eine obere Grundplatte 8 und eine untere Grundplatte 9, welche über Säulen 10, die in entsprechende Führungsmanschetten eingreifen und in diesen geführt sind, relativ zueinander verschieblich gelagert sind. Die beiden Platten 8 resp. 9 werden im Bearbeitungsprozess periodisch auf- und abgeführt und jeweils dann, wenn die beiden Platten 8, 9 getrennt sind, wird in koordinierter Weise das Blechband eine Einheit weiter nach rechts verschoben und damit einem nächsten Bearbeitungsschritt unterzogen.
Die einzelnen Bearbeitungsschritte sind dabei durch in Kreise gefasste Zahlen gekennzeichnet und sollen in der Folge detaillierter beschrieben werden:
Im Bearbeitungsschritt 1 werden aus dem Blechband Turbulatoren gestanzt resp. ausgeformt. Das Resultat dieses Bearbeitungsschrittes ist eine Vielzahl von Turbulatoren, wie sie in Figur la dargestellt sind.
Im zweiten Bearbeitungsmodul 2 werden die oben beschriebenen und in Figur lb dargestellten Öffnungen gestanzt und gleichzeitig wird die Vertiefung 3 geprägt. Die einzelnen Bauelemente dieses Moduls werden weiter unten detaillierter beschrieben werden. Auf jeden Fall sind bei diesem Modul an der oberen Grundplatte zunächst eine Stempelhalteplatte 16 und auf dieser beweglich gelagert eine Abstreiferplatte 15 angeordnet. In der Stempelhalteplatte 16 sind vier ausserhalb des Blechbandes angeordnete Führungssäulen 17 befestigt, welche die Abstreiferplatte 15 durchtreten und diese beweglich halten.
Auf der unteren Grundplatte 9 des Säulengestells ist ein Modulblock 13 des Stanzmoduls befestigt und auf diesem die Matrizenhalteplatte 14. In der Matrizenhalteplatte resp. im Modulblock 13 sind Führungsöffnungen 18 für die direkte relative Positionierung von Stempelhalteplatte 16 und Matrizenhalteplatte vorgesehen. Eine detailliertere Beschreibung dieses Moduls, welches im Detail in Figur 2b dargestellt ist, folgt weiter unten.
Als dritte Bearbeitungsstation folgt der Bereich 3, in diesem wird in einem rollenden Tiefziehverfahren oder Abstreckverfahren der eigentliche Kragen ausgeformt, Endresultat ist dabei die Struktur, wie sie in Figur lc dargestellt ist. Bei diesem Schritt dringen die Roilierstempel 26 durch die genannte Öffnung 2 ein und verformen deren Randbereich in einem kalten Tiefziehverfahren zum Kragen 4. Während dieser Eindringbewegung rotieren die Roilierstempel 26 mehrfach um ihre eigene Achse, sodass der Kragen möglichst schonend ausgebildet wird. Typischerweise rotieren die Roilierstempel bei der Ausbildung des Kragens 4 wenigstens zweimal vollständig um ihre eigene Achse, typischerweise im Bereich von 3 Mal um ihre eigene Achse.
Anschliessend an diesen dritten Bereich folgt der vierte Bereich, in welchem der im dritten Bereich ausgebildete Kragen im oberen Randbereich gebördelt wird, d.h. umlaufend nach aussen in eine Ebene parallel zur Blechebene umgelegt wird. Resultat ist eine Vielzahl von Öffnungen, wie sie in Figur ld in einer Schnittdarstellung angegeben sind.
In einem fünften Bereich wird das bearbeitete Blechband durch entsprechende Stanzelemente längs getrennt, im anfolgenden Bereich 6 wird vorgeschoben und im abschliessenden Bereich 7 wird quer getrennt.
Das im Rahmen, von Figur 2a dargestellte Starvzmodul verfugt über vier Führungssäulen 18. In Figur 2b ist nun ein Stanzmodul in einer etwas modifizierten Form dargestellt, hier verfügt das Stanzmodul über zwei Führungssäulen, jeweils eine auf jeder Seite des geführten Blechbandes. In der Schnittdarstellung gemäss Figur bl, in welcher auf der linken Seite die geschlossene Werkzeugsituation dargestellt ist und auf der rechten Seite die offene Werkzeugsituation, kann erkannt werden, wie der untere Modulblock 13 des Stanzmoduls von unten nach oben gefolgt wird von der Matrizenhalteplatte 14. In dieser Matrizenhalteplatte sind Aufnahme 19 und Schneidbuchse 20 angeordnet, wie dies anhand von Figur 3 weiter unten erläutert werden wird.
Am oberen Werkzeugteil ist zuoberst der obere Modulblock 13' des Stanzmoduls, die Stempelhalteplatte 16, in welcher Lochstempel 22 und Büchse 23 angeordnet sind (ebenfalls im Zusammenhang mit Figur 3 weiter unten im Detail erläutert), gefolgt von der Abstreifeiplatte 15. Die kreisförmigen Stanzlinge werden bei dieser Bauweise durch in der Matrizenhalteplatte 14 und unmittelbar darunter im unteren Modulblock 13 angeordnete Auswurföffnungen 36 nach unten abgeführt. Diese Auswurföffnungen können von unten mit Absaugmitteln versehen sein, um die Stanzlinge sicher aus dem Prozess abzuführen. Damit die Stanzlinge aber auch nicht auf der Unterseite des Lochstempels 22 kleben bleiben können, verfügt auch der Lochstempel jeweils über eine zentrale Bohrung 37. Diese zentralen Bohrungen werden mit periodisch oder permanent angesteuerter Druckluft versorgt. Dies kann insbesondere in der Aufsicht auf den oberen Teil des Werkzeugs gemäss Figur 2 b2 erkannt werden. Die Druckluft wird von beiden Seiten jeweils über einen Druckluftanschluss 38 in ein jeweils die Hälfte des Werkzeugs versorgendes System von Druckluftleitungen 39 eingeführt. Diese blasen die Stanzlinge koordiniert mit der Hubbewegung nach unten vom Lochstempel durch die Öffnungen 36 ab. Zur Kompensation des Druckabfalls kann es dabei von Vorteil sein, wenn nur die äusseren Stanzwerkzeuge mit Ventilanordnungen versehen sind, um zu verhindern dass die in der Mitte angeordneten Luftführungen keinen zu niedrigen Druck haben.
Wie bereits erläutert verfügt das Stanzmodul in diesem Fall nur über zwei jeweils seitlich angeordnete Führungssäulen 17, wie dies in den Figuren bl und b2 erkannt werden kann. Diese beiden Führungssäulen greifen in entsprechende Ausnehmungen 18, wie sie insbesondere in Figur 2 b3 erkennbar sind, ein. Entsprechend gibt es bei dieser Bauweise, wie dies insbesondere aus Figur 2 b4 erkannt werden kann, nur die zwei seitlich angeordneten Führungssäulen 17 als Führungselemente für die Werkzeuge. Anhand von Figur 2 b4 kann auch erkannt werden, wie die Abstreiferplatte 15 durch seitlich angeordnete Führungselemente 40 seitlich von Stempelhalteplatte 16 resp. oberen Modulblock 13' geführt ist.
In Figur 3 sind detaillierte Schnittdarstellungen durch das Stanzmodul, d.h. durch den oben beschriebenen Bereich 2 dargestellt. Konkret ist in Figur 3 a eine Schnittdarstellung durch die Stanzbereiche erkennbar, insbesondere dass auf der unteren Grundplatte 9 in diesem Bereich zunächst ein Modulblock 13 des Stanzmoduls angeordnet ist. Auf diesem Modulblock ist die Matrizenhai teplatte 14 angeordnet, sie ist dabei nicht fest auf diesem Modulblock 13 befestigt, sondern schwimmend auf diesem angeordnet. Innerhalb dieser Matrizenhalteplatte 14 ist an definierten Positionen zunächst ein Klemmstück 19 für die eigentliche Matrize 20 angeordnet, dieses Klemmstück 19 ist ein kreisförmiges Element, auf dessen Innenseite die eigentlich Matrize 20 angeordnet und in dieser festgeklemmt ist. Die Elemente 19 und 20 sind fest mit der Matrizenhalteplatte verbunden und relativ zueinander unbeweglich. Die obere Oberseite der Matrize 20 ist relativ zur Oberseite des Klemmstücks 19 nach unten versetzt und die entsprechend umlaufende Innenkante des Klemmstücks 19 leicht abgerundet. Dieser Versatz führt zur Ausbildung der oben beschriebenen Prägung im Bereich der Stanzöffnung.
Auf dem oberen Modulblock 13' ist zunächst von oben nach unten betrachtet eine Stempelhalteplatte 16 befestigt. Deren Befestigung wird weiter unten im Zusammenhang mit Figur 3b detaillierter beschrieben werden. Die Stempelhalteplatte 16 trägt ihrerseits fest daran befestigte Prägemanschetten 23, welche als zylindrische Elemente ausgebildet sind, in deren zylindrischem Innenraum die eigentlichen Stanzstempel 22 gelagert sind. Die Vorderkante der Stanzstempel 22 stehen über den vorderen Randbereich der Prägemanschette 23 hinaus. Stanzstempel 22 und Prägemanschette 23 sind ebenfalls in ihrer relativen Position fixiert.
Verschieblich auf diesen Prägemanschetten 23 ist eine Abstreiferplatte 15 angeordnet, welche jeweils umlaufend angrenzend an die Prägemanschette 23 über einen nach unten gerichteten Flansch in Form eines Abstreifers 24 verfügt. Bei der Öffnung des Werkzeugs bleibt diese Abstreiferplatte 15 in der unteren Position und im Kontakt mit dem Blech, sodass sich Stempelhalteplatte 16, Stanzstempel 22 und Prägemanschette 23 unabhängig davon nach oben und aus dem Blech hinaus bewegen können, so dass das Blech vom Stanzwerkzeug getrennt wird und anschliessend für den Vorschub frei ist.
Wie in Figur 3b dargestellt verfügt das Stanzwerkzeug zusätzlich über Führungselemente in Form von Führungssäulen 17. Diese Führungssäulen sind über Positionierangsnülsen resp. Zylindermanschetten 25 in der Stempelhalteplatte 16 fest befestigt. Die Abstreifeiplatte 15 ist auf diesen Führungssäulen 17 beweglich. Die Matrizenhalteplatte 14 verfügt über Führungshülseri resp. Positionierungshülsen 25 und stellt eine Führungsöffnung 18 für die Führungssäule 17 zur Verfügung. Die Matrizenhalteplatte liegt schwimmend auf der Oberseite des Stanzmoduls 13, entsprechend wird die Positionierung der Matrizenhalteplatte 14 durch die Führungssäulen 17 bestimmt.
Auch die Stempelhalteplatte 16 ist am oberen Modulblock 13' nicht fixiert, sondern vielmehr schwimmend gelagert, so dass unabhängig von der Relativposition von oberem Modulblockl3' und unterer Grundplatte 9 resp. Modulblock 13 des Säulengestells die Relativposition von Matrizenhalteplatte 14 und Stempelhalteplatte 16 hoch präzise durch die Führungssäulen 17 vorgegeben ist. Entsprechend resultiert auch eine extrem hohe Präzision des eigentlichen Schneidspalts beim Stanzprozess und entsprechend kann der Stanzprozess unter optimalem Gleichgewicht von Kaltverfestigung und Nicht- Glattschnittanteil homogen um den Umfang der Öffnung verteilt ausgebildet werden.
Konkret ist bei einer solchen Stanzvorrichtung, wie dies in Figur 3 c dargestellt ist, der Schneidspalt typischerweise im Bereich von 0.025 mm (in Figur 3c als D7 dargestellt). Während die Toleranz einer solchen Vorrichtung ohne die genannten Führungssäulen 17 im Bereich von ca. +/- 10 Mikrometern liegt, kann durch die beschrieben Verriegelung der beiden Werkzeugteile diese Toleranz auf höchstens +/- 5 Mikrometern reduziert werden. Dies entspricht einer Erhöhung der Präzision im Schneidspalt von beinahe 50 Prozent auf ca. 20 Prozent, und entsprechend kann eine optimale Ausbildung der Schneidkante im Stanzprozess sichergestellt werden.
Figur 4 zeigt in A einen Roilierstempel 26, wie er im Zusammenhang mit der dritten Bearbeitungsstation Anwendung findet. Der Roilierstempel 26 verfügt über einen Schaft 28, welcher den Rollierstempel drehbar lagert und welcher es ermöglicht, dass ein entsprechendes Werkzeug diesen Rollierstempel 26 während der Tiefziehbewegung typischerweise drei Mal um seine Achse rotiert. Am Kopf dieses Roilierstempels 26 sind fünf Rollierkugel 27 symmetrisch um den Umfang verteilt angeordnet. Diese Rollierkugeln verfügen typischerweise über einen Durchmesser (d9) von ca. 5.5-5.7 mm. Der Aussendurchmesser der äusseren Konturlinien der fünf Rollierkugeln (dl 1) entspricht dem Innendurchmesser des erzeugten Kragens. An der Kopffläche und über die untere Vorderkante der Rollierkugeln hinaus stehend ist eine weitere Kugel als Anschlagpunkt 30 für die Distanzierung des Auswerfens und zum Schutze der Rollierkugeln vorgesehen. Ein solcher Rollierstempel 26 wechselwirkt mit einer Matrize 31 wie dies in Figur 4c dargestellt ist. Der Innendurchmesser dl 2 dieser Matrize 31 ist dabei so gewählt, dass typischerweise, wie dies in Figur 4d im Detail Ausschnitt B dargestellt ist, grösser als der Aussendurchmesser des Roilierstempels und die entsprechende Materialdicke des Blechs 1, so dass zwischen dem Blechkragen 4 und dem Werkzeug 31 der Matrize ein Spiel (in Figur 4d mit dl 3 dargestellt) verbleibt. Dieses Spiel ist typischerweise im Bereich von etwas weniger als 0.01 mm oder weniger als 0.1mm.
Es ist nun aber auch möglich, wie dies in Figur 4e dargestellt ist, diesen Kragenbereich nicht einfach nur tiefzuziehen sondern effektiv abzustrecken, d.h. den Bearbeitungsspalt geringer auszubilden als die Materialdicke, so dass nicht nur umgeformt wird, sondern gleichzeitig auch noch abgestreckt. Entsprechend resultiert dann gewissermassen ein negatives Spiel wie dies schematisch in Figur 4e dargestellt ist, dieses negative Spiel wird typischerweise so gewählt, dass der Spalt ca. 0.05 mm geringer ist als die Materialdicke bei einer Materialdicke von 0.26 mm.
In Figur 5 ist der in der vierten Bearbeitungsstation eingesetzte Bördelstempel 32 dargestellt. Er verfügt über einen Schaft 34 mit einem grossen Durchmesser dl 6 und über einen Einführungsbereich oder Spitzenbereich 33 mit einem geringeren Durchmesser. Der Spitzenbereich ist an der Spitze abgeschrägt und geht in den Schaftbereich in einer Bördelkrümmung 35 in den Schaft über. Dieser Bördelstempel dringt mit dem Spitzenbereich 33 in den Kragen ein und formt im Bereich des Radius R die Oberkante dieses Kragens um, so dass anschliessend eine Struktur resultiert, wie sie in Figur 2d dargestellt ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
Blech 23 Prägemanschette, Büchse
Stanzöffhung 24 Abstreifer
Vertiefung 25 Positionierungshülsen,
Kragen Führungshülsen
Oberkante von 5 26 Roilierstempel
gebördelter Kragen 27 Rollierkugel
Bördelrand 28 Schaft von 26
Säulengestell, obere 29 Auf ahmeöffnungen für 27
Grundplatte, 30 Anschlagspunkt für
Werkzeugoberteil Auswerfer
Säulengestell, untere 31 Matrize für Rollierstempel
Grundplatte, 32 Bördelstempel
Werkzeugunterteil 33 Einführungsbereich von 32
Führungssäule Säulengestell 34 Schaft von 32
Führungsmanschette 35 Bördelkrümmung an 32
Säulengestell 36 Auswurföffnungen im 13/14
Förderrichtung Blechband 37 zentrale Bohrung in 22
Modulblock Stanzmodul 38 Druckluftanschluss unten 39 Druckluftleitungen
Modulblock Stanzmodul 40 Führung von 15
oben 41 umlaufende Vertiefung
Matrizenhalteplatte 42 erhöhter Boden von 3
Abstreiferplatte 43 Symmetrieachse
Stempelhalteplatte 44 Übergangsbereich von 41 zu
Führungssäule 42
Führungsöffhung 45 Flanke
Klemmstück für Matrize, 46 umlaufende Welle in
Aufnahme Gegenrichtung
Matrize, Schneidbuchse 47 zentraler, von 46
Durchgangsöffnung umschlossener Bereich
Stanzstempel, Lochstempel 48 zentrale Beule 49 ausgeformter Bereich dl 3 Spiel in 31
dl4 negatives Spiel in 31 dl Innendurchmesser von 3 dl 5 Außendurchmesser von 33 d2 Außendurchmesser von 3 dl 6 Außendurchmesser von 34 d3 Innendurchmesser von 2
d4 Innendurchmesser von 4 R Radius von 35
d5 Außendurchmesser von 6
d6 Durchmesser von 17 Hl Höhe von Vorzug d7 Spaltmaß H2 Höhe von Vertiefung 3 vor d8 Rollieren
d9 Durchmesser 27 Dl Durchmesser von 46 dlO Durchmesser unterer D2 Durchmesser von 41 um 43
Scheitelpunkt hl Höhe von 4
dl l Außendurchmesser von 26 h2 Höhe von 6
dl 2 Innendurchmesser von 31