Pinos de fechamento e fixação para condensadores automotivos e processo de fabricação

  • Número do pedido da patente:
  • BR 10 2013 006223 5 A2
  • Data do depósito:
  • 15/03/2013
  • Data da publicação:
  • 11/04/2000
Inventores:
  • Classificação:
  • F28D 9/00
    Aparelhos de troca de calor com condutos, em forma de chapa ou de l?mina, fixos para ambos os meios de troca de calor, estando os meios, cada qual, em contato com um lado da parede de canaliza??o;
    ;
    F28D 1/00
    Aparelhos de troca de calor com grupos de condutos fixos para apenas um meio de troca de calor, estando os meios em contato, cada qual, com um lado da parede da canaliza??o, em que o outro meio de troca de calor ? uma grande massa de fluido, p. ex. radiadores dom?sticos ou de motores;
    ;

PINOS DE FECHAMENTO E FIXAÇÃO PARA CONDENSADORES AUTOMOTIVOS E PROCESSO DE FABRICAÇÃO. Um trocador de calor, para um sistema de ar condicionado automotivo, dotado de pinos de fechamento dos tanques laterais, cujafunção, além encerramento dos tanques, é atuar como elementos de fixação do conjunto trocador de calor. Tais pinos permitem reduzir, no processo de montagem, o número de peças do conjunto trocador de calor, tornando o processo mais ágil e mitigando os custos de fabricação.

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Documento

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pinos de fechamento e fixação para condensadores automotivos

E PROCESSO DE FABRICAÇÃO

Campo da aplicação

5 A presente inovação pertence ao campo automobilístico. E aplicada ao sistema de condicionamento de ar de veículos automotores, mais especificamente ao trocador de calor responsável pela condensação de fluidos refrigerantes, dotada de pinos de fechamento dos tanques laterais de convectores automotivos, cuja função, além do encerramento dos tanques, é atuar como ío elementos de fixação do conjunto trocador de calor.

Histórico da inovação

Convectores, comumente conhecidos por condensadores, quando no campo automotivo, são dispositivos utilizados para troca de calor entre o ar atmosférico e outra substância, geralmente um fluido refrigerante que circula 15 dentro do sistema de ar condicionado. Seu núcleo é constituído por uma série de canais, em forma de tubos achatados ou cilíndricos que formam a colméia, permitindo a passagem de ar entre eles e retirando calor do elemento refrigerante; portanto, quanto maior a área de contato com o ar, maior é a troca de calor e mais eficiente é o condensador.

20 No sistema de condicionamento do ar da cabine de veículos automotivos, o condensador é usualmente instalado em sua dianteira e é conectado por tubos e mangueiras. Nesse sistema fechado circula o fluido refrigerante, que se aquece ao ser comprimido e se resfria quando expandido.

Dois dos principais problemas relacionados à construção de um condensa-25 dor automotivo são seu número de peças e tempo de fabricação. Como a tendência da indústria automotiva é simplificar o processo de montagem, muitos componentes acabam passando por revisões em seus desenhos com a finalidade de torná-los mais práticos e funcionais. No caso de um condensador, uma pequena revisão de processo e desenho de um pino de fecha-

mento pode proporcionar grandes ganhos em termos de custo, número de peças e tempo de realização do processo de montagem.

Em um típico processo de fabricação de um condensador, o operador utiliza um pino de fechamento, fabricado usualmente por estampagem - pro-5 cesso tradicional e conhecido que apresenta a seguinte seqüência genérica:

i.    setup de estampagem, onde uma chapa de alumínio é posicionada numa prensa;

ii.    estampagem, subprocesso no qual a chapa é submetida à força de um punção e adquire o perfil de uma matriz. Neste caso a matriz contém o

10 perfil de três componentes: o perfil de uma haste cilíndrica, o de um bracket, e o de uma tampa que depois são crimpados e formam a estrutura do pino de fechamento do condensador;

iii.    setup de puncionamento, onde a haste cilíndrica e o bracket são colocados em uma prensa;

is iv. puncionamento da haste cilíndrica, processo onde o pino se acopla ao bracket sob pressão;

v.    crimpagem dos componentes, onde os componentes são unidos por meio de crimpagem e formam o pino final;

vi.    inspeção dos componentes, onde as características dimensionais do dito 20 pino são analisadas;

vii.    por fim, procede-se a lavagem, onde o pino é lavado com desengraxan-tes para livrá-lo de contaminantes e possibilitar sua aplicação final.

Com base na extensão e complexidade das etapas necessárias para a consecução da estampagem, percebe-se, uma lacuna no que tange a condensado-25 res que possam ser fabricados em menor tempo, em processo mais ágil, com número reduzido de peças, operações e, finalmente, redução de custos de fabricação.

Em extensa análise da arte percebe-se que a proteção PI0304672 se refere a um módulo dianteiro de troca de calor para veículos que compreende um

radiador, um condensador e um condutor transportados por uma estrutura que sustenta o veículo e meios para conectar o dito radiador, o dito condensador e o dito condutor à estrutura de sustentação. O radiador, o condensador e o condutor são providos de pinos de fixação com orientação vertical, 5 que engatam respectivos orifícios nas placas de fixação, sendo que cada um é provido de um pino de fixação de falha calibrada que engata um respectivo orifício feito em um dito elemento transversal de sustentação inferior ou superior. A patente demonstra a existência de pinos de fixação, entretanto não apresenta ranhuras, distanciando-se das características da inovação io proposta.

O documento US2005006051 apresenta um pino de um sistema de resfriamento que inclui uma camada interna formada de um primeiro metal. A camada interna é oca e é acoplada a cabeceira do sistema de arrefecimento. Uma camada externa é formada de um segundo metal, e está acoplada à 15 camada interna por meio de um material de ligação. O documento apresenta um pino de fechamento, porém não indica as ranhuras, afastando-se, pois, das características da inovação proposta.

A patente JP2003307398 demonstra um trocador de calor cujo corpo do tanque principal é formado por um material de placa em forma de cilindro 20 com uma linha comum que se estende em sua direção longitudinal. A tampa possui uma parede interna periférica e uma parede exterior periférica para cobrir a parte final do tanque principal. Em uma face interior da parede exterior periférica, existem três saliências protuberantes que vão da parede interna periférica em direção à periferia da parede exterior, com um 25 intervalo aproximadamente igual entre eles. Após fixação temporária do tanque principal e tampa, a parte final do tanque principal é inserida entre a parede interna periférica da tampa e saliências da parede exterior periférica e do tanque principal são deformadas pressionando o tanque principal em direção à parede interna periférica lado pelas saliências e preso por cada

saliência. A proteção mostra pinos de fechamento desprovidos de ranhuras internas apartando-se das características da inovação proposta.

A invenção IJS6202737 diz respeito a um conjunto de trocador de calor para um veículo a motor que compreende um trocador principal com um 5 corpo montado entre duas variedades, onde é montado pelo menos um trocador secundário entre duas variedades, de tal forma que uma corrente de ar comum pode passar através dos respectivos trocadores. Cada uma das variedades do trocador principal está disposta em uma extremidade, com uma base de projeção formando um invólucro para um pino do segundo io trocador, e na outra extremidade, com uma projeção onde pode ser fechado por um clipe removível do trocador secundário. Outro trocador secundário pode ser montado da mesma maneira no trocador secundário. Tal trocador de calor é provido de pinos de fechamento, porém não demonstra a existência de ranhuras internas, distanciando-se das características da inovação 15 proposta.

A inovação EP0689022 apresenta um trocador de calor em que a capa do ventilador está envolvida com os tanques do bloco de tubos pelo movimento em ângulos e então paralelamente à superfície frontal, sendo mantido na posição por talões fixados a engates. Uma ou mais articulações existentes 20 estão entre o capô e os tanques, sendo concebido de forma a envidar todos os esforços durante o giro sobre o eixo da dobradiça. O pino da dobradiça pode ser montado sobre o reservatório inferior e um ou mais terminais no topo. O pino pode estar em uma porção lateral do tanque e um talão no meio do topo, enquanto houver um segundo terminal no tanque inferior do 25 lado oposto ao pino. Os pinos apresentados pela inovação possuem natureza diversa das apresentadas pela inovação proposta. -.

O documento US5894885 prevê um trocador de calor que compreende um condensador no qual as faces laterais que servem para a fixação do conden-sador são substituídas pelos tubos finais da matriz, que abrem para os cole-

tores além das partições finais, de modo a ser separado da circulação do líquido de arrefecimento. Desta forma, as partes particulares formadas pelas faces e posicionamento de operação são omitidas. A inovação apresenta pinos de fechamento, embora não reivindique quaisquer ranhuras naqueles, 5 afastando-se das características da inovação proposta.

Os pinos de fechamento utilizados no conceito anterior de condensador, presentes no estado da técnica, são compostos por partes estampadas que devem ser agregadas para formar a peça final, sendo que para a inovação proposta foram simplificadas em peça única forjada. io Baseados nestes fatos e pensando no contínuo desenvolvimento dos produtos, propõe-se uma inovação, ora reivindicando os privilégios de sua proteção por sua novidade e atividade inventiva, como exposto a seguir. Propõe-se, pois, um trocador de calor, para um sistema de ar condicionado automotivo, dotado de pinos de fechamento dos tanques laterais, cuja fun-15 ção, além do encerramento dos tanques, é atuar como elementos de fixação do conjunto trocador de calor. Como inovação, os pinos realizam, com única peça, as funções de fixação no automóvel e fechamento dos tanques laterais do trocador de calor, realizadas anteriormente por um subconjunto de três peças distintas fixadas por processo de crimpagem. Para tal, este pino é 20 dotado de ranhuras internas e fabricado através de processo de forja à frio tomando o processo mais ágil e mitigando o custo de fabricação.

Descrição das figuras

A figura 1 exibe uma vista em perspectiva dos pinos propostos, demons-25 trando suas ranhuras lineares (1C), seus raios internos e externos (IA), a haste cilíndrica (1B) e as aberturas transversais em seu topo.

A figura 2 ilustra as fases de um processo típico de produção de pino de fechamento, amplamente demonstrado na arte.

A figura 3 desvela as fases do processo inovador para produção do novo

pino de fechamento (1).

A figura 4 expõe uma vista em perspectiva de um condensador dotado de pinos de fechamento (7), já conhecidos na arte.

A figura 5 apresenta uma vista explodida em perspectiva de um condensa-5 dor com os pinos em sua extremidade.

Descrição detalhada da inovação

Ante as lacunas apresentadas na arte, propõe-se, como inovação, pinos de fechamento (1) para a montagem de condensadores (2) automotivos, cuja função, além do encerramento da tubulação do dito condensador (2), é atu-io ar como elemento de fixação do conjunto trocador de calor. Os ditos pinos (1) são dotados de configuração particular, específica para cada projeto de condensador, de modo que seu perfil, incluindo sua geometria e ranhuras internas e externas, permita a interação com os elementos constituintes do condensador, proporcionando a acoplagem entre os elementos e a conse-15 quente fixação do conjunto, estruturando o condensador para seu propósito final - a aplicação em veículos automotivos.

Ainda, propõe-se um condensador automotivo (2), compreendido no sistema de ar condicionado de um automóvel, dotado daqueles pinos de fechamento (1) dos tanques laterais (4), tomando sua montagem mais rápida e, 20 portanto, menos onerosa.

Os pinos de fechamento utilizados atualmente encontrados na arte (7) são usualmente compostos por diversas partes estampadas, sendo que, para a inovação proposta, o processo de fabricação desta peça foi simplificado para a realização de uma peça única forjada, caracterizando-se pelas se-25 guintes etapas:

a)    setup de corte, processo no qual a matéria-prima (geralmente metálica e preferencialmente o alumínio) é posicionada no equipamento de corte;

b)    corte, onde a matéria-prima é cortada de modo a evitar perdas no processo de forjamento;

c)    setup de forjamento, onde o tarugo da matéria-prima é posicionado na matriz de forja;

d)    forjamento, processo no qual o punção de forja faz com que o tarugo assuma o perfil da matriz; e

5 e) finalmente a lavagem, onde o pino{ 1) é lavado com decapantes.

Os novos pinos de fechamento (1), demonstram, como inovação, uma configuração dotada de ranhuras internas (1C) que permitem reduzir, no processo de montagem, o número de peças do conjunto trocador de calor, uma vez que a peça única conformada de acordo com a inovação aqui proposta ío permite simplificar tanto a construção da peça quanto sua montagem no conjunto final, compondo o trocador de calor.

As ranhuras internas (1C) da face de encaixe do pino de fechamento (1), que contata os elementos constituintes do condensador (2), interagem de modo que as reentrâncias e saliências de cada parte se combinem, possibili-15 tando o encaixe entre as peças e a conseqüente montagem final do conjunto.

Baseado nas figuras 2 e 3 e em expertise de processos industriais, é possível perceber de que há uma série de benefícios para a inclusão dos ditos pinos (1), inovadores, na construção de um condensador automotivo (2).

20 Em primeiro lugar, percebe-se que o número de elementos necessários para formar a peça é reduzido de três componentes estampados para um componente forjado.

Em segundo lugar, decorrente da simplificação da peça, o número de etapas no processo de montagem também é reduzido pelo fato do operador não ter 25 que crimpar componentes uns aos outros a fim de estruturar o pin cap (1). Em terceiro lugar, o custo de processo também é reduzido, pois o processo de forja a frio é mais rápido e garante que a peça não tenha de ser retraba-lhada antes da montagem final do condensador (2).

Como é mostrado na Figura 4, um típico pino de fechamento não mantém

os tanques laterais unidos, não age como elemento de fixação no veículo, e não possui aberturas transversais para a possível averiguação de vazamentos em um só componente. Na utilização desses pinos, é necessário que três componentes distintos sejam crimpados para que cada um exerça uma úni-5 ca função: a de unir os tanques, afixar o conjunto no veículo, ou a de possibilitar inspeções na linha de produção. Diferente de outros pinos, a inovação (1) foi desenvolvida com uma haste cilíndrica (1B) justamente para permitir sua acoplagem ao condensador (2) no veículo por meio de coxins. A sua alma (6) - parte interna que contém as ranhuras (1C) - assegura a co-ío nexão do pino (1) aos tanques (4) do condensador (2) e auxilia a brasagem do componente ao conjunto final. Além disso, seus raios internos e externos garantem a inserção dos pinos (1) nos tanques (4) do condensador (2) por meio de um processo de recalque, sendo que suas aberturas (5) foram feitas para verificar se há vazamento de refrigerante nos tanques do conjun-15 to final.

Por motivos de melhor compreensão resta descrever o condensador (2), que consiste em um trocador de calor que, por meio da passagem do ar, resfria e condensa o fluído refrigerante que sai do compressor a alta pressão e alta temperatura. O condensador (2) é geral mente montado na frente do radia-20 dor e pode ser fixado ao radiador ou montado diretamente no veículo por meio de suportes e coxins.

O novo processo de montagem, viabilizado pela inovação (1) aqui descrita, consiste nas seguintes etapas genéricas:

i.    Recalque dos tanques (4) no corpo do condensador: neste processo os

25    tanques laterais (4) são recalcados aos plates (8). O operador acopla

manualmente os tanques (4) aos plates (8) laterais para que o componente se mantenha sob pressão e não se mova em relação à colméia durante os demais processos;

ii.    Recalque dos pinos de fechamento (1) no corpo do condensador (2):