DE69620703T2 - Method of closing a metal pipe end - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, in welchem das Ende eines Metallrohres auf eine flüssigkeitsdichte Weise geschlossen wird, in der Art wie in der Präambel von Anspruch 1 definiert ist.The present invention relates to a method in which the end of a metal pipe is closed in a liquid-tight manner, in the manner defined in the preamble of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere auf dem Gebiet der Produktion von Wärmeaustauschern für Kraftfahrzeuge benutzt bzw. genauer für die Herstellung eines Kondensatorverteilers, welcher im allgemeinen aus einem extrudierten oder gezogenen Rohr gefertigt wird, von welchem eines oder beide Enden flüssigkeitsdicht verschlossen werden, wenn möglich nach der Einbringung von Abschnitten zur Verteilung des Durchflusses. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses spezielle Gebiet begrenzt und kann wo auch immer es notwendig ist, einen flüssigkeitsdichten Verschluss am Ende eines Metallrohres zu formen, genutzt werden.The method according to the invention is used in particular in the field of production of heat exchangers for motor vehicles, or more precisely for the manufacture of a condenser manifold, which is generally made from an extruded or drawn tube, one or both ends of which are sealed in a liquid-tight manner, if possible after the introduction of sections for distributing the flow. The present invention is, however, not limited to this specific field and can be used wherever it is necessary to form a liquid-tight seal at the end of a metal tube.
Wenn die Enden der Rohre aus Kupfer und/oder Aluminium oder aus einem anderen metallischen Material auf eine flüssigkeitsdichte Art für Anwendungen, bei welchen die zu verschließenden Abschnitte hohem Druck und hohen Temperaturen standzuhalten haben, geschlossen werden sollen, wird im allgemeinen eine geschweißte Abdeckung benutzt. Die Schweißarbeit bringt in der Automation des Produktionsprozesses Schwierigkeiten mit sich, erfordert oft ein neuerliches Schweißen und Abschlussarbeiten, und ist im allgemeinen mit hohen Kosten verbunden.When the ends of pipes made of copper and/or aluminum or other metallic material are to be closed in a liquid-tight manner for applications where the sections to be closed must withstand high pressure and high temperature, a welded cover is generally used. The welding operation presents difficulties in the automation of the production process, often requires re-welding and finishing operations, and is generally expensive.
Ein Verfahren der zuvor angesprochenen Art zum Verschließen des Endes eines Metallrohres ist in der US-A-5 085 131 offenbart, mit Bezug auf die Fig. 8-11 daraus. In diesem früheren Verfahren ist das formgebende Werkzeug zum Verschließen des Rohrendes ein stationärer Dorn mit einer ein abgestuftes Profil aufweisenden Kontaktoberfläche, beispielsweise einer Kontaktoberfläche mit einem Krümmungsradius, welcher wesentlich kleiner ist als die axiale Länge jenes Teiles des Rohres, welcher von der das Rohr haltenden Unterstützung absteht.A method of the type mentioned above for closing the end of a metal pipe is described in US-A-5 085 131 with reference to Figs. 8-11 thereof. In this prior method, the forming tool for closing the pipe end is a stationary mandrel having a contact surface having a stepped profile, for example a contact surface having a radius of curvature which is substantially less than the axial length of that portion of the pipe which projects from the support holding the pipe.
Ein anderes Verfahren zum Verschließen eines Endes eines Metallrohres ist aus der US-A-3 264 729 bekannt. In diesem Verfahren wird das zu verschließende Rohrende durch eine im Voraus stattfindende Erwärmung in einen plastischen Zustand gebracht. Das Rohr wird dann in einer Halterung geklemmt, welche dessen Rotation verhindert und wobei ein formgebendes Werkzeug (Schließscheibe) mit dem zu verschließenden Rohr progressiv im Eingriff ist. Das formgebende Werkzeug rotiert um seine eigene Achse und bewegt sich gleichzeitig in einer Kreisbahn um die Rohrachse und radial in Richtung der Rohrachse. Gleichzeitig bewegen sich zwei Andruckrollen oder Unterstützungsrollen in dieser Kreisbahn in Übereinstimmung mit dem formgebenden Werkzeug und im Eingriff mit der äußeren Oberfläche des stationären Rohres. Das formgebende Werkzeug weist eine Kontaktfläche mit einem Krümmungsradius auf, welcher viel geringer ist als die axiale Länge des Rohrendes, welches über die Andruck- oder Unterstützungsrollen ragt. Das ganze System ist mechanisch kompliziert.Another method for closing an end of a metal pipe is known from US-A-3 264 729. In this method, the pipe end to be closed is brought into a plastic state by heating it in advance. The pipe is then clamped in a holder which prevents its rotation and a shaping tool (closing disc) is progressively engaged with the pipe to be closed. The shaping tool rotates about its own axis and at the same time moves in a circular path around the pipe axis and radially in the direction of the pipe axis. At the same time, two pressure rollers or support rollers move in this circular path in accordance with the shaping tool and in engagement with the outer surface of the stationary pipe. The shaping tool has a contact surface with a radius of curvature which is much smaller than the axial length of the pipe end which projects beyond the pressure or support rollers. The whole system is mechanically complicated.
Das Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zum Schließen von Rohrenden ohne die Anwendung von Wärme darauf.The aim of the invention is an improved method for closing pipe ends without the application of heat thereto.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht.According to the invention, this object is achieved by the method according to claim 1.
Weitere Charakteristika und Vorteile der gegenständlichen Erfindung werden im Zuge der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche lediglich ein nicht einschränkendes Beispiel in Verbindung mit den beigeschlossenen Zeichnungen beschreibt, in welchen die Fig. 1 und 2 schematische Seitenansichten zweier Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen.Further characteristics and advantages of the present invention will become apparent in the course of the following detailed description, which is given merely as a non-limiting example in conjunction with the accompanying drawings, in which Figures 1 and 2 show schematic side views of two steps of the method according to the invention.
In Fig. 1 hat ein metallisches Rohr, bezeichnet mit 10, ein Ende 12, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren verschlossen werden soll.In Fig. 1, a metallic tube, designated 10, has an end 12 which is to be closed by the method according to the invention.
Die zur Verschluss des Endes 12 erforderlichen Werkzeuge umfassen eine rohrförmige Unterstützung 14, in welcher das Rohr 10 positioniert ist. Die Unterstützung 14 ist beispielsweise durch eine elastische Buchse zur Einbringung in ein Futter 16 gebildet, welches um eine Achse 18, die mit der Längsachse des Rohres 10 zusammenfällt, drehbar ist. Die Unterstützung 14 hat den Hauptzweck, Beschädigungen der äußeren Oberfläche des Rohres 10 zu verhindern, wenn es durch das Futter 16 erfasst wird. Die Unterstützung 14 hat eine flache Oberfläche 20, über welche ein Teil A des Rohres 10 hinausragt.The tools required to close the end 12 comprise a tubular support 14 in which the tube 10 is positioned. The support 14 is formed, for example, by an elastic bushing for insertion into a chuck 16 which is rotatable about an axis 18 coinciding with the longitudinal axis of the tube 10. The support 14 has the main purpose of preventing damage to the external surface of the tube 10 when it is gripped by the chuck 16. The support 14 has a flat surface 20 beyond which a part A of the tube 10 protrudes.
Um das Ergebnis des Verfahrens der Erfindung zu einem guten Resultat zu führen, muß die Größe A mit Vorsicht bestimmt werden. Falls die Größe A zu klein im Vergleich mit dem Durchmesser D des Rohres 10 gewählt ist, ist es nicht möglich das Ende zu verschließen, falls die Größe A zu groß ist, wird ein exzessiver Rückfluss und eine Deformation des Materials erzeugt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass das Verhältnis zwischen der Größe A und dem Durchmesser im wesentlichen der folgenden Gleichung entsprechen sollte:In order to achieve a good result from the method of the invention, the size A must be determined with care. If the size A is chosen too small in comparison with the diameter D of the tube 10, it will not be possible to close the end, if the size A is too large, an excessive backflow and a deformation of the material will be generated. Experience has shown that the ratio between size A and diameter should essentially correspond to the following equation:
A = K + b D,A = K + b D,
in welcher:in which:
A die Abmessung jenes Teiles des Rohres in mm ist, welcher axial von der Oberfläche 20 der Unterstützung 14 hervorspringt,A is the dimension in mm of that part of the tube which projects axially from the surface 20 of the support 14,
D der Durchmesser des Rohres 10 in mm ist,D is the diameter of the pipe 10 in mm,
K eine Konstante ist, deren Wert zwischen 1,5 und 2,5 variieren kann undK is a constant whose value can vary between 1.5 and 2.5 and
B ein Faktor ist, dessen Betrag zwischen 0,15 und 0,25 variieren kann.B is a factor whose value can vary between 0.15 and 0.25.
Es ist zum Beispiel experimentell herausgefunden worden, dass gute Resultate durch folgendes Verhältnis erreicht werden:For example, it has been found experimentally that good results are achieved by the following ratio:
A = 2 + 0,2 D.A = 2 + 0.2D.
Die Anzahl der Rotationen des Rohres 10 um seine Achse während des Verfahrens das Ende 12 zu schließen, kann von 600 bis 1000 Umdrehungen/Minute variieren. Ein normaler Wert der Umdrehungsanzahl des Futters 16, welcher ein gutes Resultat liefert, liegt bei 800 Umdrehungen/Minute.The number of rotations of the tube 10 about its axis during the process of closing the end 12 can vary from 600 to 1000 revolutions/minute. A normal value of the number of revolutions of the chuck 16, which gives a good result, is 800 revolutions/minute.
Die Werkzeuge zum Schließen des Endes des Rohres 10 enthalten auch ein Rad 22, welches fix an einem Werkzeughalter 24 befestigt ist. Das Rad 22 kann um eine Achse 26 parallel oder im wesentlichen parallel zu der Achse 18 des Rohres 10 frei rotieren. Der Werkzeughalter 24 kann sich entlang einer geraden Linie, angezeigt durch einen Pfeil 28 in Fig. 1, rechtwinkelig zu der Achse 18 des Rohres 10 bewegen.The tools for closing the end of the tube 10 also include a wheel 22 which is fixedly attached to a tool holder 24. The wheel 22 can freely rotate about an axis 26 parallel or substantially parallel to the axis 18 of the tube 10. The tool holder 24 can move along a straight line, indicated by an arrow 28 in Fig. 1, perpendicular to the axis 18 of the tube 10.
Das Rad 22 hat eine flache Oberfläche 30, welche im wesentlichen mit der flachen Oberfläche 20 der Unterstützung 14 in einer Linie ist. Um ein qualitativ gutes Resultat zu erzielen und um Beschneiden und Entgraten des Materials während der Schließverfahrens zu vermeiden, muss die Distanz zwischen den Oberflächen 30 und 20 in einer Ausrichtung parallel zur Achse 18 annähernd 0 sein.The wheel 22 has a flat surface 30 which is substantially in line with the flat surface 20 of the support 14. In order to obtain a good quality result and to avoid trimming and deburring of the material during the closing process, the distance between the surfaces 30 and 20 in an orientation parallel to the axis 18 must be approximately 0.
Die Oberfläche des Rades 22, welche dafür vorgesehen ist, die Wand des Rohres 10 zu berühren, hat eine Krümmung 32 mit einem Radius R, welcher gleich oder größer als die Größe A ist, über welche das zu verschließende Ende hinausragt.The surface of the wheel 22 intended to contact the wall of the tube 10 has a curvature 32 with a radius R equal to or greater than the dimension A beyond which the end to be closed protrudes.
Das fixe Rad 22 repräsentiert das bestgeeignetste Werkzeug um das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Das Verfahren kann jedoch auch mit Werkzeugen verschiedener Art, welche nicht in der Erfindung enthalten sind, durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein nicht-rotierbarer Metallkörper, der ein Profil ähnlich dem Querschnitt des Rades 22 hat, statt des Rades 22 benutzt werden. Das fixe Rad 22 hat den Vorteil, dass die Kontaktreibung und die Hitze reduziert werden, die während des Deformationsschrittes des Rohres 10 generiert werden, und ein besseres Resultat vom ästhetischen Anschauungspunkt erreicht wird.The fixed wheel 22 represents the most suitable tool for carrying out the method according to the invention. However, the method can also be carried out with tools of different types, which are not included in the invention. For example, a non-rotatable metal body having a profile similar to the cross-section of the wheel 22 can be used instead of the wheel 22. The fixed wheel 22 has the advantage of reducing the contact friction and the heat generated during the deformation step of the tube 10 and achieving a better result from an aesthetic point of view.
Beginnend mit der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration, wird das erfindungsgemäße Verfahren einfach durchgeführt durch Rotation des Rohres 10 und Bewegung des Werkzeughalters 24 in Richtung der Achse 18 des Rohres 10 in Richtung des Pfeiles 28. Die Vorwärtsbewegung des Werkzeughalters 24 wird gestoppt, wenn die Verbindung zwischen der gewölbten Oberfläche 32 und der flachen Oberfläche 30 ein wenig außerhalb der Achse 18 ist.Starting with the configuration shown in Fig. 1, the method according to the invention is simply carried out by rotating the tube 10 and moving the tool holder 24 in the direction of the axis 18 of the tube 10 in the direction of the arrow 28. The forward movement of the tool holder 24 is stopped when the connection between the curved surface 32 and the flat surface 30 is slightly outside the axis 18.
Fig. 2 zeigt die Konfiguration der Werkzeuge und des Rohres 10 nach Fertigstellung der Vorwärtsbewegung des Werkzeughalters 24. Es kann angemerkt werden, dass der abstehende Teil des Rohres 10 komplett abgeflacht und nach innen gewendet wurde. Die Stauchung des Materials und die Hitze der Reibung, welche während des Prozesses generiert wurde, führt zur plastischen Deformation des Materials, welche das Ende komplett versiegelt. Während der Vorwärtsbewegung des Werkzeughalters 24, bewirkt das Rad 22 an der Wand des Rohres 10 eine nach innen gerichtete Deformationskraft, deren Angriffspunkt kontinuierlich sowohl entlang des Umfangs, als Ergebnis der Rotation des Rohres 10, als auch radial, als Ergebnis des Vorrückens des Werkzeughalters, variiert. Der Effekt der nach innen gerichteten Deformation ist die progressive Reduktion der Breite des Loches bis es komplett geschlossen ist.Fig. 2 shows the configuration of the tools and the tube 10 after completion of the forward movement of the tool holder 24. It can be noted that the protruding part of the tube 10 has been completely flattened and turned inward. The compression of the material and the heat of friction generated during the process results in the plastic deformation of the material which completely seals the end. During the forward movement of the tool holder 24, the wheel 22 imparts an inward deformation force to the wall of the tube 10, the point of application of which varies continuously both circumferentially, as a result of the rotation of the tube 10, and radially, as a result of the advance of the tool holder. The effect of the inward deformation is the progressive reduction of the width of the hole until it is completely closed.
Der so geschaffene Verschluss benötigt keine Nachschweißoperationen da er sich aufgrund der erzeugten Reibungswärme selbst versiegelt. Der Verschluss ist insbesondere dicht gegenüber hohen Arbeitsdrücken. Das erfindungsgemäße Verfahren kann leicht automatisiert werden und im Vergleich zu konventionellen Schweißverfahren ist es sehr leicht zu implementieren und hat minimale Kosten.The closure created in this way does not require any post-welding operations as it seals itself due to the frictional heat generated. The closure is particularly tight against high working pressures. The inventive method can be easily automated and compared to conventional welding methods it is very easy to implement and has minimal costs.
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