Brevet FR2214874A1 — publié le 19740819

L'invention, due à Erich RAUSCHENBUSCH, Helmut BARDONG et Vlastimil KLUNA, concerne un caisson collecteur, de préféren- ce en matière plastique, destiné en particulier à des échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire, par exemple pour les circuits de refroidissement ou de chauffage à bord de véhicules. Dans le cas des échangeurs de chaleur, les tubes dans lesquels passe le fluide débouchent tous à leurs deux extrémités dans des caissons collecteurs qui sont munis de tubulures de raccordement au reste du circuit et, éventuellement, de cloisons de séparation intérieures pour le guidage du fluide. Pour de tels caissons collecteurs, il se pose d'abord le problème de réaliser un assemblage étanche entre les tubes qui véhiculent un fluide et les caissons collecteurs, ou les fonds porte-tubes de ces derniers, auxquels les tubes sont raccordés. D'autre part, les caissons collecteurs doivent eux-mêmes être constitués d'un nombre aussi réduit que possible de pièces élémentaires et pouvoir être rendus étanches facilement. On connais défà une série de modes de réalisation de caissons collecteurs sur lesquels on a essayé, par les moyens les plus divers, de réaliser l'étanchéité entre le caisson collecteur et le fond porte-tubes, ainsi qu'entre celui-ci et les tubes. L'expérience a montré qu'il était particulièrement avantageux de réaliser en matière plastique les caissons collecteurs, puisqu'ils doivent être simples à fabriquer. Mais à cause des contraintes qui s'exercent, il fallait cependant que, même pour des caissons collecteurs de ce genre, le fond porte-tubes fût métallique, si bien que les problèmes d'étanchéité précédemment exposés ont continùé à se poser. L'invention a, en conséquence, pour but de réaliser un caisson collecteur qui puisse être fabriqué tout entier en matière plastique, avec lequel on puisse utiliser des assemblages avec les tubes ne comportant ni soudure, ni brasure, et qui permette d'obtenir une étanchéité irréprochable. Ce problème est résolu suivant l'invention pour un caisson collecteur du genre défini au préambule, essentiellement par le fait que la partie formant couvercle est réalisée en une seule pièce avec une partie de fond présentant des ouvertures pour'recevoir les tubes. La réalisation en une seule pièce peut être obtenue par le fait que la partie formant couvercle et le fond sont soudés l'un à l'autre. Suivant une variante de l'invention, l'assemblage est obtenu par collage. Une autre possibilité consiste à utiliser des pellicules de colle fusible pour réaliser l'assemblage. Suivant un exemple de réalisation préféré de l'objet de l'invention, l'assemblage est effectué le long d'une ligne de bordure située dans un plan parallèle au fond. Suivant un exemple de réalisation préféré de l'objet de l'invention, la partie formant couvercle peut etre partagée dans son plan médian longitudinal, et la partie formant le fond le long d'une ligne joignant plusieurs ouvertures de logements de tubes. Il est alors avantageux de disposer dans la surface de séparation des parties constituant le fond, des canaux de jonction permettant dinjecter des moyens d'étanchité dans des canaux annulaires entourant les ouvertures de logements de tubes. Une variante de ce mode de réalisation donné à titre d'exemple, dans lequel au moins le fond seul ou le fond avec le caisson collecteur se compose de deux pièces, se caractérlse par le fait que dans l'une de ces pièces ou dans ces deux pièces, des rainures sont formées à la presse dans un moule portant en relief des nervures correspondantes,de telle sorte qu'après assemblage des deux pièces par boulonnage,rivetage,agrafage,soudure-ou collage et introduction des tubes, on obtiennetautour des tubes,des canaux annulaires fermés et,entre les canaux annulaires, des canaux de jonction, qui sont ainsi tous en communication les uns avec les autres, et par le fait qu'on injecte dans ce système de canaux une matiere qui convient pour réaliser, immédiatement où au bout d'un certain temps, l'étanchéité entre le fond~et les tubes. Suivant un perfectionnement de cet exemple de réalisation, dans lequel la partie supérieure du caisson collecteur est réu- nie au fond d'une façon en soi connue, le canal de jonction conduit à une rainure, suivant le bord du fond et en faisant tout le tour, dans laquelle on injecte en meme temps qu'autour des tubes, la matière qui convient pour assurer l'étanchéité ; un joint étanche est ainsi formé entre le couvercle et le fond. Suivant une variante de ce mode de réalisation, le fond comporte des rainures qui relient les ouvertures prévues comme logements de tubes à leurs canaux annulaires destinés à recevoir le produit d'étanchéité et une plaque munie de rainures corres pondantes est assemblée à la face extérieure du fond. Avec cet exemple de réalisation, on évite la division du caisson en deux pièces par un joint longitudinal. Le caisson collecteur lui-même peut être monobloc, et c'est seulement dans le fond qu'on fraise extérieurement les rainures pour former des canaux ou qu'on les fait venir de moulage. Pour mieux maintenir les tubes dans le fond perforé, il est avantageux que les extrémités des tubes présentent une gorge ou un bourrelét ou boudin. Un exemple de réalisation particulièrement avantageux du point de vue de la technique de fabrication est caractérisé par le fait que le couvercle et le fond sont fabriqués sous forme d'un tube extrudé dont on peut découper des segments de longueur déterminée, et que des couvercles latéraux sont rapportés de chaque côté pour former des chambres fermées. Suivant un autre perfectionnement de lwobjet de l'inven- tion, il est prévu des dispositifs de fixation pour des organes de bridage, afin de relier deux caissons collecteurs qui, avec les tubes, constituent un échangeur de chaleur. Suivant une disposition avantageuse, il est prévu,dans le fond ou dans une paroi, des rainures pour l'accrochage d'organes de bridage. Il est également possible, suivant une variante, de prévoir dans le fond ou dans le couvercle, ou dans l'un et l'autre, des bords renforcés munis d'ouvertures pour le passage ou l'implantation de tirants filetés. Suivant un autre agencement de l'objet de l'invention, des mortaises sont disposées dans le plan médian longitudinal pour recevoir les organes de bridage. Suivant une disposition préférée, les dispositifs de fixation pour les organes de bridage peuvent être disposés en rangée le long du pourtour extérieur ou sur les côtés longitudinaux. Pour immobiliser collectivement les organes de bridage, il est prévu des ouvertures dans les parties latérales des caissons collecteurs. Dans un exemple de réalisation particulier, on utilise comme moyens. d'immobilisation des poussoirs qui déforment des organes de bridage introduits dans les tubes et les assemblent ainsi au fond par une liaison qui peut être établie par la forme des pièces ou par des forces, ou par ces deux moyens. On comprendra mieux l'invention à partir de la descrip tion détaillée ci-après de certains de ses modes de réalisation pris ici uniquement à titre d'exemples illustratifs, et sans aucun caractère limitatif, qui en sera faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente un échangeur de chaleur avec des caissons collecteurs suivant l'invention ;; la figure 2 montre un exemple de réalisation avec fond et couvercle divisés en deux pièces la figure 3 est une vue en plan de l'exemple de réalisation suivant la fig. 2 la figure 4 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. 3 la figure 5 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 4 la figure 6 représente un exemple de réalisation avec un canal d'étanchéité pour le couvercle la figure 7 est une variante de l'exemple de réalisation suivant la fig. 6 la figure 8 représente un caisson collecteur soudé avec divers dispositifs de fixation pour les organes de bridage la figure 9 est une portion d'un tube obtenu par extrusion et ayant la forme d'un caisson collecteur, la figure 10 montre une pièce de fermeture latérale pour un caisson collecteur en profilé extrudé suivant la fig. 9 ; et la figure Il est un exemple de réalisation avec organes de bridage passés dans les tubes et outil poussoir. La figure 1 représente, schématiquement, partiellement en coupe, un échangeur de chaleur à faisceau tubulaire 1, dans lequel des caissons collecteurs, suivant l'invention, trouvent une application. L'échangeur de chaleur 1 comporte un certain nombre de tubes 6, qui sont munis d'ailettes de refroidissement 7 séparées ou en bandes. Un caisson collecteur supérieur 2, et un caisson collecteur inférieur 3, sont raccordés à ce faisceau de tubes. Les caissons collecteurs supérieur 2 et inférieur 3 sont respectivement munis de fonds 4 et 5. Les caissons collecteurs supérieur et inférieur 2 et 3 sont liés l'un à l'autre au moyen d'organes de bridage, comme par exemple un tirant 13.Le caisson collecteur supérieur 2 se compose d'un fond 4, d'un couvercle Il et de pièces latérales 12', 12" qui portent, formées en une seule pièce avec elles, des tubulures de raccordement 10t et 10n. Le caisson collecteur inférieur 3 présente un fond 5 et des pièces latérales 12"' et 12''''. La construction du caisson collecteur, suivant l'invention, est exposée de façon plus précise ci-après en se référant aux dessins de détails des figures 2 à 7. Les figures 2 à 5 représentent, avec plusieurs coupes à l'appui, un exemple de réalisation préféré. Le caisson collecteur 20 est divisé en deux, le fond et le couvercle ou le fond seul se composant de deux pièces, respectivement 14', 14" et 15', 15". Dans lune des pièces, ou dans les deux, des rainures sont formées par pressage dans un moule ayant en relief le profil complémentaire de ces rainures, en sorte qu'après assemblage de ces deux pièces par boulonnage, rivetage, agrafage, soudure ou collage, et introduction des tubes 6 dans leurs logements, on obtienne des canaux annulaires fermés 17 autour des tubes 6 et, entre les canaux annulaires 17, des canaux de jonction 18, qui sont ainsi tous en communication les uns avec les autres.Dans ce système de canaux, on injecte une matière qui convient pour réaliser, immédiatement ou au bout d'un certain temps, l'étan- chéité entre le fond et les tubes. Dans ces conditions, comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, la ligne de séparation entre les éléments de fond 14' et 14" peut suivre les canaux 18 qui relient les canaux annulaires 17 entourant les tubes. Le couvercle peut par contre être divisé en deux dans un plan médian longitudinal. Pour injecter le produit d'étanchéité, il est prévu un orifice d'injection 19. Sur les figures 4 et 5, on peut voir comment, dans le caisson collecteur 20 , les tubes 6 sont disposés dans les logements de tubes 16 par rapport aux canaux annulaires 7 et aux canaux de jonction 18. Les figures 6 et 7 montrent une variante de réalisation suivant laquelle il est encore prévu, dans le caisson collecteur 30 avec fond 24", plaque 24' et couvercle 21, des canaux annulaires 27 et des canaux de jonction 28, ainsi qu'un orifice d'injection 29. Un canal de jonction 28 est en communication avec un canal 22 qui suit sur tout son pourtour le bord extérieur de la face supérieure du fond 24" et forme avec un rebord 25 du couvercle 21 une rainure d'étanchéité faisant le tour de ce fond pour établir l'étanchéité entre le couvercle et le fond, à l'aide du produit d'étanchéité injecté par l'orifice 29. La figure 7 montre de plus que, pour assurer une meilleure liaison dss tubes 6 sur le fond porte-tubes 24, ces tubes peuvent être munis à leurs extrémités soit d'une gorge 23 comme sur le tube de gauche, soit d'un boudin 26 comme sur le tube de droite. La figure 8 montre un autre exemple de réalisation d'un caisson collecteur en une seule pièce suivant l'invention. Dans cette construction, une partie supérieure 31 du caisson collecteur est assemblée à un fond 32 suivant un plan de séparation 35. L'assemblage peut encore une fois être réalisé par collage, soudure ou par des moyens analogues. Sur la figure 8, on a indiqué en outre d'autres modes d'assemblage possibles, en particulier un assemblage à queue d'aronde avec tenon 38 dans la partie supérieure 31 du caisson collecteur et mortaise 39 dans le fond 32. Deux tels assemblages 38, 39 sont avantageusement prévus le long des bords extérieurs longitudinaux.Sur le bord gauche de la figure 8, on a représenté un autre mode d'assemblage comportant deux mortaises obliques 47 et 48, dont la première 47 est pratiquée dans la partie supérieure et se raccorde à la seconde 48 pratiquée dans le fond 32, ltespace creux formé par ces deux mortaises étant rempli par injection ou par introduction d'une pièce de forme appropriée. Sur le caisson collecteur suivant la figure 8, on a en outre représenté des dispositifs de fixation pour les organes de bridage 13. On peut, par exemple, prévoir des ouvertures de passage 42, ou des trous borgnes taraudés, dans lesquels se vissent des tirants filetés. Sur le bord gauche, on a indiqué une rainure 43 longeant le hord, dans laquelle des organes de bridage peuvent s'accrocher élastiquement. Enfin, comme second exemple de réalisation, on a figuré une fente 44 destinée à recevoir des organes de fixation qui traversent tout le caisson collecteur et qui immobilisent simultanément toute une rangée d'éléments de bridage. Un exemple de réalisation particulièrement avantageux est représenté sur la figure 9. Suivant cette solution, on fabrique les caissons collecteurs dont on a besoin, dans chaque cas en partant d'une pièce de forme profilée obtenue par extrusion à la presse, dont on peut découper la longueur nécessaire. Les longueurs correspondantes sont découpées suivant des plans de coupe ou de raccordement 36. Les ouvertures 37, destinées à recevoir les tubes, peuvent être formées dans la pièce ou percées ulté- rieurement dans une opération supplémentaire. On peut prévoir, en plus, une cloison de séparation 41. Les longueurs convenant pour un caisson collecteur, qui sont découpées dans un tube 40, sont fermées à leurs extrémités frontales par des pièces latérales 33. Ces pièces latérales 33 peuvent présenter des tubulures de raccordement 34. L'assemblage s'effectue encore par collage, soudure, boulonnage ou moyens analogues dans le plan de coupe ou d'assemblage 36. Enfin, sur la figure 11, on a représenté un caisson collecteur 2 qui est en une seule pièce, ou qui peut être découpé dans un tube. On y montre comment, par exemple, des organes de bridage 45, qui sont introduits dans les tubes lors du montage, peuvent ensuite être coudés ensemble au moyen d'un poussoir 46, de telle sorte que leurs extrémités coudées portent solidement contre le fond 4 du caisson collecteur 2. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Caisson collecteur, de préférence en matière plastique, destiné en particulier à des échangeurs de chaleur à faisceau tubulaire, par exemple pour le circuit de refroidissement ou le circuit de chauffage à bord de véhicules, ou pour l'un et l'autre de ces circuits, caractérisé par le fait que la partie formant le couvercle est réalisée en une seule pièce avec une partie en constituant le fond présentant des ouvertures pour recevoir les tubes. 2. Caisson collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le couvercle et le fond sont soudés l'un- à l'autre. 3. Caisson collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'assemblage est obtenu par collage. 4. Caisson collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'assemblage est effectué le long d'une ligne de bordure située dans un plan parallèle au fond. 5. Caisson collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le couvercle est partagé dans son plan médian longitudinal et le fond le long d'une surface de joint perpendiculaire au fond joignant plusieurs ouvertures de logements de tubes. 6. Caisson collecteur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que dans la surface de joint du fond (14',14"), des canaux de jonction (18) sont ménagés pour des éléments d'étanchéité prévus dans des canaux annulaires (17) entourant les ouvertures de logements de tubes (16). 7. Caisson collecteur suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'au moins le fond (14) se compose de deux pièces (14',14") et que, dans l'une de ces pièces ou dans ces deux pièces constituant le fond, des rainures sont formées à la presse dans un moule portant en relief des nervures correspondantes, de telle sorte qu'après assemblage des deux pièces et introduction des tubes (6), on obtienne des canaux annulaires fermés (17) autour des tubes (6) et, entre les canaux annulaires, des canaux de jonction (18), qui sont ainsi tous.en communication les uns avec les autres et par le fait qu'on injecte dans ce système de canaux une matière qui convient pour réaliser, immédiatement ou au bout d'un certain temps, l'étanchéité entre le fond et les tubes. 8. Caisson collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le couvercle (21) ou le fond constitué de deux pièces (24',24"), ou à la fois le couvercle et le fond, sont partagés par des surfaces de joint parallèles au fond. 9. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 1, 7 et 8, caractérisé par le fait que la partie supérieure (21) du caisson collecteur est réunie au fond (24) d'une façon connue en soi, que le canal de jonction (28) conduit à une rainure (22) qui suit le bord du fond et en fait tout le tour en formant,conjointement avec le couvercle (21), un canal annulaire fermé (22) et, qu'en même temps qu'on l'injecte-autour des tubes (6) par un orifice d'injection (29) dans les canaux (28 et 27), la matière qui convient pour réaliser l'étanchéité est également injectée dans.le canal (22) entre le-couvercle t21) et le fond (24) du caisson collecteur (30) pour y former un joint étanche. 10. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu dans le fond (24") des rainures qui relient les ouvertures (16) prévues comme logements de tubes à leurs canaux circulaires destinés à recevoir le produit d'étanchéité et qu'une plaque (24'), munie de rainures correspondantes, est assemblée à la face ext4- rieure du fond. 11. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les extrémités des tubes présentent une gorge (23) ou un boudin ou bourrelet (26). 12. Caisson collecteur suivant la revendication 1, caractérisé par le faitsque le couvercle et le fond sont fabriqués sous forme d'une tube extrudé (40) et que des couvercles latéraux (33) sont rapportés de chaque côté pour former des caissons collecteurs fermes. 13. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il est prévu des dispositifs de fixation pour des organes de bridage (13), afin de relier deux caissons collecteurs (2,3) qui, avec les tubes (6)} constituent un échangeur de chaleur (1). 14. Caisson collecteur suivant la revendication 13, caractérisé par le fait qu'il est prévu dans le fond (32) ou dans la partie supérieure (31) du caisson collecteur, ou encore dans une paroi latérale (33), des rainures pour l'accrochage d trgrneS de bridage. 15. Caisson collecteur suivant la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il est prévu des bords renforcés munis d'ouvertures (42) pour le passage ou l'implantation de tirants filetés. 16. Caisson collecteur suivant la revendication 12, caractérisé par le fait que des mortaises (44) sont disposées dans le plan médian longitudinal pour recevoir des organes de bridage. 17. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé par le fait que les dispositifs de fixation pour les organes de bridage sont disposés en rangée le long du pourtour extérieur. 18. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait qutil est prévu dans le couvercle des ouvertures (44) pour l'introduction de dispositifs d'immobilisation pour les organes de bridage. 19. Caisson collecteur suivant l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé par le fait qu'on utilise comme moyens d'immobilisation des poussoirs (46) qui déforment des organes de bridage (45) introduits dans les tubes (6) et les assemblent ainsi au fond (4) par une liaison qui peut être établie par la forme des pièces ou par des forces, ou par ces deux moyens.