Brevet FR2303261A1 — publié le 19761001

L'invention se rapporte à une garniture de fond tubulaire d.'géchangeur de chaleur en métal léger balayé par un liquide, ce fond comportant dans sa partie centrale des collets poinçonnés de fixation étanche de tubes de transport du liquide et ses bords étant conformés en vue de son asssa- blage étanche avec les cloisons latérales d'un caisson formant réservoir collecteur de liquide. L'invention se rapporte par ailleurs à un prbcédé de réalisation de ladite garniture. Un procédé connu destiné à éviter le soudage coûteux et fastidieux des échangeurs de chaleur en métal léger consiste à fixer les tubes de transport de liquide par l'élargissement de leurs extrémités contre les c-ollets poin çonnés des fonds tubulaires. L'étanchéité de la fixation s'obtient au moyen d'un joint élastique placé entre la surface extérieure des tubes et la surface intérieure des collets poin çonnés, ce joint d'un mode de réalisation connu (demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne (DT-OS) mise à-l'Inspection Publique sous le nO 1 751 710) consistant en une plaque d'étanchéité en une pièce de matière élastique placée sur le fond tubulaire.La forme de cette plaque est complémentaire de celle du fond tubulaire et.elle comporte des saillies annulaires dont le nombre correspond à celui des collets du fond tubulaire et qui so21t destinées à.se loger dans ces collets. te bord de cette plaque d'étanchéité est aussi conformé en joint destiné à entre placé entre le fond tubulaire et les cloisons latérales, qui se montent sur ce dernier, du caisson formant réservoir collecter de liquide. Ce mode de réalisation a en particulier 1 'inconvénient que, lorsqtie cette plaque de garniture commune à tous les joints n'est pas posée soigneusement au montage de l'échangeur de chaleur, il en résulte des fuites qui ont pour conséquence la mise au rebut de ltensemble de l'échangeur de chaleur. t'invention a pour objet une garniture de fond tubulaire d'échangeur de chaleur de métal léger balayé par un liquide, cette garniture n'ayant pas les inconvénients des modes de réalisation connus, se fabriquant simplement et facilement et permettant de bien étancher l'échangeur de chaleur en simplifiant le mantage des tubes. Selon une particularité essentielle de l'inven tison, ladite garniture consiste en une matière d'étanchement adhèrant étroitement au fond tubulaire. Cette matière d'étan chenent peut autre concentrée localement;; et ntêtre pIevue qu'au voisinage des emplacements de fixation et de jonction, cette matière pouvant avantageusement consister en un dépit cylindrique sur la surface intérieure des collets poinçonnés contre lesquels les tubes sont amenés à prendre appui à proximité de leur extrémité par élargissement plastiqweO Pour faciliter le montage des tubes, le contour intérieur du dépôt cylindrique d'étanchement peut être conique, son diamètre décroSssant vers le réservoir collecteur de liquide. La matière d'étanchement peut aussi autre déposée dans une moulure de la rive du fond tubulaire dans laquelle se placent les cloisons latérales du caisson consituant le réserver collecteur de liquide. La garniture selon l'invention, qui consiste en une matière d'étanchement formant un dépôt loealement concentré et adhérant au. fond tXbulaire,élimine le risque de glissement ou de décalage inhérent aux plaques d'étanchement des modes de réalisation connus, communes à tous les joints, car son adhérence sur le fond tubulaire la retient en place. Ainsi, le risque que la garniture soit mal posée est éliminé et ni les fluctuations de pression, ni l'introduction des tubes ne peuvent décaler les garnitures à ltem- placement des joints en risquant des crêper des fuites. En variante de réalisation conforme à l'invention, les collets poinçonnés du fond tubulaire subissent un élargissement en cône à partir du plan de ce fond et la matière d'étanchement qui adhère sur la surface intérieure du collet a une section annulaire cunéSforme. te diamètre intérieur du collet poinçonné ne doit être que très légèrement supérieur, par exemple d'environ 0,lBm, au diamètre extérieur du tube non encore élargie au niveau du plan du fond tubulaire et le collet doit être poinçonné dans le fond tubulaire vers le ceté du réservoir collecteur de liquide. Ce mode de réalisation de la jonction entre le fond tubulaire et les tubes transporteurs de liquide permet d'obtenir une bonne étanchéité sans nécessité dtun trop fort élargissement des tubes. Il est possible ainsi d'utiliser pour les tubes des matières dont il n'est pas nécessaire d'exiger qu'elles puissent être fortement élargies. Selon une autre particularité importante de l'invention, la matière d'étanchement est un plastisol de PVC à base de composant unique, déposé à l'état piteux et transformé ensuite par choc thermique en matière solide à élasticité durable. La matière à composant unique peut aussi être remplacée par une matière à deux composants à base de résine époxy, ces deux composants se transformant par réaction en une matière solide à élasticité durable lorsqu'ils sont mis en présence l'un de l'autre à l'emplacement des joints. Selon une particularité essentielle du procédé conforme à l'invention de réalisation d'une garniture de fond tubulaire du type décrit, la matière d'étanchement est déposée sur le fond tubulaire à l'état piteux à l'emplace- ment des joints puis le fond tubulaire subit un chauffage bref à une température de 140 à 2000C. Ainsi, la matière d'étanchement, qui est de préférence un plastisol de PVC à base de composant unique, se transforme en une matière solide à élasticité durable et adhérant étroitement au fond tubulaire. Il est possible, selon une autre particularité entrant dans le cadre de l'inventidn, d'améliorer l'adhérence de la matière d'étanchement en la traitant avec un agent d'amélioration de l'adhérence avant son dép8t sur le fond tubulaire. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale partielle schématique d'un fond tubulaire pendant la réalisation de la garniture; la figure 2 est une coupe axiale partielle d'un fond tubulaire dans lequel un tube est fixé de manière étanche dans un collet poinçonné, le bord du fond étant assemblé de manière étanche avec une cloison latérale d'un caisson formant un réservoir collecteur de liquide; la figure 3 est une coupe axiale partielle schématique d'une variante de réalisation de fond tubulaire au cours de la réalisation de la garniture; et la figure 4 est une coupe axiale du fond tubulaire de la figure 3 dans lequel un tube est fixé de manière étanche. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un fond tubulaire d'échangeur de chaleur balayé par un liquide, par exemple d'un radiateur de véhicule automobile. te fond tubulaire 1 comporte plusieurs collets 2 poinçonnés à distance les uns des autres et destinés à.la fixation de tubes 14 disposés en rangées parallèles et destinés à autre balayés par un liquide. La rive du fond tubulaire 1 comporte une moulure 3 qui en fait le tour et qui est bordée par un panneau latéral relevé 4. L'extrémité supérieure du panneau 4 comporte des pattes 5 placées à distance .les unes des autres et qui peuvent etre rabattues de la maniere représentée sur la figure 2 pour la fixation d'une cloison latérale 17 qui comporte un talon 19. Une garniture 6, dont le profil interne 13 est légèrement conique, qui adhère étroitement au fond tubulaire et qui est en matière élastique d'étanchement est placée sur la surface.intérieure des collets poinçonnés 2 du fond tubulaire 1.La moulure 3 qui entoure le fond tubulaire 1 forme le siège d'une garniture 7 qui, comme la garniture 6, est en matière élastique d'étanchement qui adhère étroitement au fond tubulaire. te mode de réalisation de ces garnitures 6 et 7 est le suivant : la matière d'étanchement, qui est de préférence un plastisol de PVC à base de composant unique,est déposée à l'état pâteux, à l'emplacement des joints, sur le fond tubulaire qui est ensuite porté brièvement à une température d'environ 140 à 2000C, de préférence à 1600C, Alors que la moulure 3 détermine la forme de la garniture 7, un dispositif tel que représenté sur la figure 1 et destiné à donner sa forme à la garniture 6 comprend une tige 11 qui est mobile axialement dans un manchon 8 prenant appui par une bride 10 sur une console 9 et qui constitue le noyau interne de mise en forme de la garniture sensiblement cylindrique 6 dans le collet poinçonné 2.La partie supérieure 12 de la tige 11 est légèrement conique de manière que le profil intérieur 13 de la garniture 6 se rétrécisse vers le haut. Cette forme conique du profil interne de la garniture 6 facilite l'introduction des tubes 14 devant autre fixés dans les collets 2 du fond tubulaire 1. La figure 2 représente la partie correspondante du fond tubulaire 1 preste à entrer en service, un tube 14 étant fixé de manière étanche dans le collet 2. Ce tube 14, qui comporte des ailettes de refroidissement 15, a été introduit par le bas dans la garniture 6 du collet 2, puis a été fixé de manière étanche par élargissement.La garniture 6 qui adhère à la surface intérieure du collet 2 a été comprimée élastiquement au cours de cet élargissement. L'élargis- sement des tubes peut etre produit soit par un mandrin cor respondant qui est tiré dans chaque tube en agrandissant son diamètre extérieur, soit par le procédé décrit dans la demande de brevet français nO 74. 39 564 déposée par la Demanderesse le 3 Décembre 1974, procédé qui consiste à créer une surpression à l'intérieur des tubes pour les élargir. Ce procédé permet de former des bourrelets annulaires, portant la référence 16 sur la figure 2, de part et d'autre du joint, au niveau du collet 2 du fond tubulaire 1, ces bourrelets améliorant la fixation ainsi que ltétanchéité. L'assemblage de la cloison latérale 17 d'un caisson non représenté, formant un réservoir collecteur de liquide, avec le fond tubulaire 1 s'effectue par rabattement des pattes 5 des panneaux latéraux 4 du fond 1 sur le talon latéral 19, le bord inférieur 18 de la cloison 17 pénétrant alors dans la garniture élastique 7. Les figures 3 et 4, sur lesquelles les mêmes éléments portent les mimes références, illustrent une variante de réalisation de l'invention. Dans ce cas, le collet 2' est poinçonné vers le c8té du réservoir collecteur de liquide et il s'élargit aussi de ce côté en c8ne dont l'angle au sommet est d'environ 600. Une garniture 6' de section en anneau uniforme, en matière d'étanchement élastique, adhère étroitement au fond tubulaire sur la surface intérieure du collet 2'. Cette garniture 6' se réalise par ailleurs de manière analogue à celle du mode de réalisation des figures 1 et 2. Ainsi, un dispositif tel que représenté à titre d'exemple sur la figure 3 et destrié à donner son profil intérieur à la garniture 6' consiste en une tige 11 mobile dans un manchon 8'. La partie supérieure de la tige Il est légèrement conique, de manière que le profil intérieur 13' de la garniture 6' se rétrécisse vers le haut. La conicité du profil intérieur de la garniture 6' facilite l'introduction du tube 14 devant atre fixé dans le collet poinçonné 2'du fond tubulaire 1. La garniture 6', dont la section bien cunéiforme lui est conférée par la conicité de ses profils intérieur et extérieur, forme une languette très étanche. I1 est préférable en particulier de conférer aux tubes et aux garnitures un diamètre tel que la languette d'étanchéité ainsi formée s'applique contre la surface extérieure du tube dès avant son élargissement. La figure 4 représente la partie correspondante du fond tubulaire 1 en traits pleins alors qu'il est pr & à entrer en service, c'est-à-dire après fixation étanche du tube 14 dans le collet 2'. Ce tube a été introduit par le bas dans la garniture cunéiforme 6' du collet 2', puis fixé de manière étanche par élargissement. Au cours de ce dernier processus, le diamètre extérieur du tube a été agrandi au niveau du plan du fond tubulaire de manière qu'il atteigne le diamètre intérieur du collet 2' et qu'il comprime élastiquement la languette cunéiforme 6' d'étanchéité qui adhère sur la surface intérieure du collet 2'. Un gradin 19 ayant été réalisé approximativement au niveau de l'extrémité du collet 2' au cours de l'élargissement du tube 14 forme un un épaulement d'appui qui contribue à la fixation axiale de ce tube. Le mode de réalisation des figures 3 et 4 a l'avantage, en particulier, qutil suffit d'un élargissement relativement faible du tube pour assurer une étanchéité fiable aux liquides et en conséquence le matériau utilisé pour la réalisation du tube nta pas à avoir une résistance mécanique très élevée. I1 est possible ainsi d'utiliser des matières premières relativement simples et bon marché. De plus, le profil cunéiforme de la garniture réduit considérablement la consommation de matière d'étanchement. L'assemblage étanche du fond tubulaire d'une part avec les cloisons latérales du caisson qui constitue le réservoir collecteur de liquide et qu'autre part avec chaque tube de transport de liquide s'effectue de la manière décrite plus haut. Le mode de réalisation de la garniture selon l'invention abaisse le prix de revient par économie de poids et de pièces par rapport au mode de réalisation connu. I1 élimine par ailleurs le risque d'erreurs de la main d'oeuvre pouvant mal poser la garniture, de meme que la possibilité de déplacement de cette garniture sous l'effet de fluctuations de pression, car la garniture selon l'invention consiste en un dép8t localement concentré de matière d'étanchement sous forme pesteuse qui n'est transformée qu'ultérieurement par solidification en une matière à élasticité durable qui est en contact intime et étroit avec le fond tubulaire, ce contact excluant tout glissement à l'emplacement des jointe. La garniture selon l'invention a par ailleurs l'avantage que sa liaison étroite avec le fond tubulaire permet sans grande difficulté l'assemblage mécanique de l'échangeur de chaleur, c'est-à-dire l'assemblage des tubes et des fonds tubulaires à l'aide de machines automatiques. Une matière avantageuse peut être un plastisol de PVC à base de composant unique, par exemple la matière connue sous la marque de fabrique carex 2382-S-1 su produite par la Société GRACE, ou la matière connue sous la désignation "2410-KN7-3" de la Société GLASURIT. I1 est avantageux d'améliorer encore l'adhérence à l'aide d'une substance qui la favorise et à l'aide de laquelle le fond tubulaire est traité aux emplacements des joints. A la fin de la solidification produite à environ 1600C, la matière est suffisamment élastique, résistante à la chaleur et utilisable pour des éléments en contact par exemple avec un liquide de refroidissement. I1 est possible aussi d'utiliser en variante une matière à deux composants, à base de résine époxy, les deux composants étant aussi mis ensemble à l'état pâteux à l'emplacement des joints, la solidification étant produite par la réaction due à la mise en présence des composants l'un avec l'autre. I1 va de soi que la garniture décrite et représentée peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Garniture de fond tubulaire d' échangeur de chaleur en métal léger balayé par un liquide, ce fond comportant ns sa partie centrale des collets poinçonnés de fixation étanche de tubes de transport du liquide. et ses bords étant conformés en vue de son assemblage étanche avec les cloisons latérales d'un caisson formant réservoir collecteur de liquide, ladite garniture étant caractérisée en ce qu'elle consiste en une matière d'étanchement adhérant étroitement au fond tubulaire. 2. Garniture selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière d'étanchement est concentrée localement, uniquement aux emplacements de fixation ou d'assemblage. 3. Garniture selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la matière d'étanchement est placée sous forme de dépôt cylindrique sur la surface intérieure des collets poinçonnés contre lesquels les tubes sont mis en appui à proximité de leur extrémité par élargissement plastique 4. Garniture selon la revendication 3, caractérisée en ce que le profil intérieur du dépôt cylindrique d'étanchement est conique, c'est-à-dire que son diamètre diminue vers le réservoir collecteur de liquide 5. Garniture selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le collet poinçonné du fond tubulaire s'élargit en c8ne à partir du.plan de ce fond et la matière d'étanchéité qui adhère sur la surface intérieure de ce collet a une section annulaire cunéiforme. 6. Garniture selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle est conformée en vue d'une jonction étanche dans laquelle le diamètre intérieur du collet poin çonné n'est que faiblement supérieur au diamètre extérieur du tube non élargi au niveau du fond tubulaire. 7. Garniture selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'elle a la forme complémentaire de celle du collet du fond tubulaire qui est poinçonné vers le c8té du réservoir collecteur de liquide. 8. Garniture selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la matière d'étanchement est déposée dans une moulure réalisée autour du fond tubulaire dans sa rive, les cloisons latérales du caisson qui constitue le réservoir collecteur de liquide stinséant dans cette matière. 9. Garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la matière d'étan chement consiste en un plastisol de PVC à base de ccepesant unique déposé à l'état piteux et transformé par la suite en matière à élasticité durable par choc thermique. 10. Garniture selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la matière d'étan cheent est à deux composants à base de résine époxy, ces composants se transformant en matière à élasticité permanente par réaction lors de leur mise en présence dans les joints, 11. Procédé de réalisation d'une garniture de fond tubulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matière d'étanchement est déposée à l'état pâteux sur le fond tubulaire à l'emplacement des joints, puis le fond tubulaire est porté brièvement à une température de 140 à 2000C, de préférence de 1600C. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le fond tubulaire est traité par un agent favorisant l'adhérence avant dép8t de la matière d'étanchement.