Brevet FR2421356A1 — publié le 19791026

La présente invention se rapporte à une plaque tubulaire métallique comportant un certain nombre de découpes servant à recevoir des tubes d'échange thermique, découpes dont les embouchures sont conques d'un côte de la plaque tubulaire sous forme de bords tombés en saillie, où la face de la plaque tubulaire coté opposé au bord tombé se transforme en la surface limite de la découpe sous un rayon dont I tintersectionavec la la surface limite de la découpe passe à l'intérieur de l'épaisseur de la paroi de la plaque tubulaire et où la face de la plaque tubulaire côté bord tombé se transforme également en la surface extérieure du bord tombé sous un certain rayon. I1 est plus facile de fabriquer des plaques tubulaires où les bourrelets ne viennent en saillie que d'un coté de la plaque tubulaire que des plaques tubulaires présentant des embouchures de découpes venant en saillie des deux côtés et ces plaques tubulaires ont l'avantage dbffrir d'un côté de la plaque tubulaire une face relativement plane, souvent souhaitable. Dans la liaison d'un tube d'échange thermique ou d'un certain nombre de tels tubes respectivement par introduction dans une découpe de la plaque tubulaire, il apparaît le problème de pouvoir reprendre le mieux possible entre le bord de la découpe et la surface extérieure du tube d'échange thermique, les efforts de cisaillement qui agissent dans la direction du plan de la plaque tubulaire, et en particulier de maintenir faibles les moments e flambement. Ceci est déjà d'une signification particulière lorsqu'entre le bord de la découpe et la surface extérieure du tube d'échange thermique que l'on y introduit est disposée une garniture d'étanchéité élastique ou rigide, p.e. une garniture élastique, une brasure ou une soudure ou un adhésif. Mais cette exigence est plus que jamais valable si l'on doit réaliser entre la surface extérieure du tube d'échange thermique et la paroi interne de la découpe une liaison étanche métal sur métal, que-ce soit par rétreint thermique ou, ce qui Présente un intérêt particulier dans le cadre de l'invention, par élargissement du tube d'échange thermique, tout d'abord introduit sans serrage dans la découpe. Cet élargissement peut se faire soit par mandrinage, soit, selon un procédé plus moderne, par expansion soit au moyen d'un fluide d'expansion soit au moyen d'une broche d'élargissement.Dans ce cas, ce ne sont pas seulement les efforts de cisaillement qui apparaissent à l'exploitation, mais également les efforts d'élargissement qu'il faut' pouvoir reprendre dans le plan de la plaque tubulaire sans déformations indésirables de cette plaque tubulaire. Cette condition est plus que jamais valable pour les plaques tubulaires récentes minces, mais aussi pour les plaques plus épaisses. Si l'on prévoit seulement des bords tombés d'un seul côté de la plaque tubulaire, il n'est possible de reprendre directement, sans les faire dévier, les efforts de cisaillement dirigés parallèlement au plan de la plaque tubulaire que s'il existe une surface d'appui directe ou indirecte du tube d'échange thermique contre le bord tombé à l'intérieur du volume décrit par 1 epaisseur de paroi de la portion de la plaque tubulaire qui se trouve entre les bords tombés ou à l'intérieur de la zone définie en volume ou en longueur comme étant enfermée entre les deux surfaces extérieures men tionnées de la plaque tubulaire. Dans les plaques tubulaires selon la description mentionnée au début (BE-PS 572 760), cette condition est prise en compte par le choix correspondant des rayons de courbure extérieurs et intérieurs de la transformation de la plaque tubulaire en les bords tombés. Pour fabriquer des plaques tubulaires de ce genre, il suffit simplement de refouler les bords des tôles de plaque tubulaire poinçonnées. Ceci réussit également pour des plaques tubulaires très minces.On sait que dans ce cas il ne suffit pas, comme c'est le cas lors des opérations habituelles de refoulement de bords tombés à partir de tôles poinçonnées, de maintenir le rayon de courbure extérieur R1 de transition de l'une des faces latérales de la plaque tubulaire en le bord tombé plus petit que le rayon interne de courbure de transition de l'autre face de la plaque tubulaire en la surface limite interne du bord tombé ; mais qu'il faut de plus choisir le rayon de courbure externe Rl petit et le rayon de courbure interne R2 grand par rapport à l'épaisseur D de la plaque tubulaire (DE-OS 23 65 476). Ceci ne permet toutefois pas d'avoir un guidage optimum des lignes de force des efforts qui doivent être transmis depuis les zones situées à l'extérieur du bord tombé jusque dans la plaque tubulaire.Il est donc également connu de prolonger, dans le cas de bords tombés d'un seul côté, la longueur qui se trouve à l'intérieur de l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire en se rapprochant, au moins approximativement, d'un angle droit à l'emplacement du rayon de courbure interne R2, au moyen d'un processus supplémentaire de rétreint (DE-OS 23 27 708). Ceci conduit toutefois à des phénomènes indésirables de fluage de matière au voisinage de cet angle droit, dans la zone relativement limitée duquel beaucoup de matière doit être refoulée à partir de zones par ailleurs peu déformées. Ceci est également compliqué du point de vue de la technique de fabrication. L'invention a pour objet de concevoir une plaque tubulaire à bords tombés en saillie d'un seul cotte, pour la réception de tubes d'échange thermique de façon telle que les efforts de cisaillement qui sont dirigés parallèlement au plan de la plaque tubulaire en provenance de la zone du bord tombé se trànsmettent bien dans la plaque tubulaire et que l'on y maintienne l'importance de la déformation de la matiere et l'importance de la dépense de fabrication nécessaire dans des limites raisonnables. On atteint cet objet dans une plaque tubulaire conforme à la description donnée au début et caractérisée en ce que le rayon de transition entre la face de la plaque tubulaire côté opposé au bord tombé et la surface limite de la découpe est inférieur ou à peu près égal au rayon de transition de la face de la plaque tubulaire caté du bord tombé en la surface extérieure du bord tombé ; en ce que ce rayon de transition en la surface extérieure du bord tombé coupe cette surface extérieure du bord tombé le long d'une courbe d'intersection L'invention apporte une nouvelle version du rapport relatif de valeur des angles intérieur et extérieur de transition de la plaque tubulaire en les bords tombés, version où on peut obtenir en meme temps un taux de déformation suffisamment modéré pour qu'il n'apparaisse ni déplacements ou concentrations de matière de valeur abusive, ni un alourdissement particulier du processus de fabrication. Les efforts de cisaillement qui apparaissent dans le bord tombé parallèlement au plan de la plaque tubulaire y sont transmis dans la plaque tubulaire avec des changements de direction plus doux. De cette façon la sollicitation provenant des moments de flambement reste également faible. Un procédé connu conformé à la description donnée au début (BE-PS 572 760) travaille par formage à chaud. Ceci est couteux du point de vue procédé de fabrication, De préférence les parois des découpes sont donc obtenues à partir de la matière de la plaque tubulaire, formée à froid. Une plaque tubulaire à paroi mince prévue de préférence se caractérise en ce que l'épaisseur de matière de la plaque tubulaire entre les bords tombés est d'environ 2,0 mm ou moins, de préférence de 0,75 mm à 1,75 mm et de façon appropriée se situe à 1,25 mm. De préférence les deux rayons de transition R1 et R2 sont supérieurs ou à peu près égaux à l'épaisseur de la plaque tubulaire proprement dite. Ceci donne une transition particulièrement douce depuis le bord tombé jusque dans la plaque tubulaire proprement dite. De façon appropriée, on choisit l'épaisseur de paroi des bords tombés eux-memes supérieure ou à peu près égale à l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire proprement dite. Particulièrement intéressant est le cas d'une valeur supérieure de l'épaisseur de paroi du bord tombé, car de ce fait on accrott encore notablement la capacité de résistance à ltegard des efforts de cisaillement qui sont dirigés parallèlement au plan de la plaque tubulaire, en s'écartant en principe de la construction, par ailleurs habituelle, de bords tombés d'un seul côté. Lorsque de tels efforts de cisaillement sont correctement repris dans le plan de la plaque tubulaire, ce pourquoi l'invention crée de bonnes conditions, on peut obtenir non seulement de bonnes caractéristiques temporaires d'étancheité, en particulier pour une étanchéité métal sur métal, entre le tube d'échange thermique et la plaque tubulaire, mais également une bonne capacité de charge durable sans perte d'étanchéité. Cet effet peut encore se renforcer si on forme un bourrelet d'étanchéité dans au moins une zone, côté embouchure, des surfaces qui limitent les découpes. Les plaques tubulaires conformes à 1 invention ont une signification particulière pour emploi dans des échangeurs thermiques pour chauffage de véhicules motorisés oupour radiateurs de moteurs à combustion interne. Mais il faut également prendre en considération tous les autres cas d'utilisation d'échangeurs thermiques à plaque tubulaire parmi les nombreux cas connus ou pensables, Dans un procédé préféré d'exécution de la plaque tubulaire conforme à l'invention, on peut procéder par poinçonnage d'une tôle destinée à former la plaque tubulaire aux endroits à relier avec les tubes d'échange thermique et avec des diamètres de poinçonnage intérieurs aux diamètre extérieurs des tubes d'échange thermique qu il faut introduire dans les découpes de la plaque tubulaire ; par formage de bords tombés venant en saillie d'un côte de la tôle à partir de la matière constituant les bords du trou poinçonné et ayant, dans leur forme finale sur la plaque tubulaire, des diamètres intérieurs agrandis par rapport ceux des trous poinçonnés dtorigine, mais néanmoins plus petits que les diamètres extérieurs des tubes d'échange thermique ; et par autre formage des bords tombés pour obtenir leur forme définitive sur la plaque tubulaire, au moyen d'un autre élargissement des bords tombés; en opérant tout d'abord comme lors de la fabrication de la plaque tubulaire connue decrite au début, selon BE-PS 572 760, puis en poursuivant en déformant, dans un autre processus de formage, les bords tombés par le procédé de l'extrusion à froid, On obtient ainsi, éventuellement en un seul autre stade de travail de formage à froid, après celui du refoulement du-bord tombé, une plaque tubulaire conforme à l'invention grâce à un formage à froid prudent sans concentrations abusives de matière aux endroits déterminés.On peut encore ajouter à cela, sans autre déformation essentielle de la plaque tubulaire, un calibrage de la surface interne des découpes de la plaque tubulaire, ce à quoi l'on peut encore ajouter éventuellement selon un dernier stade de tra vais, le bourrelet d'étanchéité mentionné ou plusieurs de ces bourrelets, obtenus par refoulement extérieur par compression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se réferant aux dessins annexés sur lesquels Les Figures à 5 représentent les différentes phases successives de la fabri- cation d'une plaque tubulaire conforme à 1 invention ayant la forme finale selon les Figures 3, 4 ou 5 et ceci chaque fois en s'appuyant sur les sections de la tôle, de l'ébauche travaillée ou de la plaque tubulaire finie, Selon la Figure 1 on part comme exemple d'une t3le plane formant plaque tubulaire 10. Cette telle formant plaque tubulaire peut toutefois aussi avoir une autre forme de principe, éventuellement être déjà mise à un certain profil. Dans la telle formant plaque tubulaire 10 on poinçonne tout d'abord un trou au diamètre dl aux endroits où doivent être plus tard introduits les types d'échange thermique dans les découpes. La tôle 14 comportant ainsi les trous poinçonnés 12 est soumise, aux endroits comportant les trous poinçonnés 12, à un processus de refoulement au cours duquel la zone de bordure 16 des trous poinçonnés 12 est refoulée à l'extérieur depuis le plan 18 de la tôle 14 pour prendre la forme d'un bord tombé 20. L' autre plan 22 de la tôle 14 qui comporte maintenant les bords tombés reste inchangé. Dans ce processus le bord tombe 20 prend la même épaisseur de paroi que le reste de l'ébauche 24, puisque c'est simplement par un processus de cintrage avec un certain rétreint interne dans la zone cintre que le bord interne d'origine 26 de la tôle poinçonnée 14 est replié dans une direction telle qu'il forme maintenant une face frontale plane 28 du bord tombé qui vient en protubérance. Dans ce processus conventionnel, que l'on prévoit également tout d'abord dans les plaques tubulaires connues conformes a la description donnée au début, le rayon RI de transition de la face 18 de la plaque tubulaire en la surface extérieure 30 du bord tombé est inférieur au rayon R2 de transition de l'autre face 22, côté oppose au bord tombé, de l'ébauche 24 en la surface limite interne 32 du bord tombé 20.Lors de ce processus ce bord tombé 20 gagne un diamètre d2 supérieur au diamètre dl du trou poinçonné 12 de la tôle poinçonnée 14. Grâce à un processus d'extrusion à froid, on obtient alors à partir de l'ébauche 24 une forme définitive possible de la plaque tubulaire selon la Figure 4. Dans ce but et de façon non représentée, on soumet l'ébauche 24 à une contrainte entre une matrice fixe d'extrusion à froid et une contrematrice, animée d'un mouvement de va et vient, d'extrusion à froid, dont les profils frontaux correspondent aux profils de la plaque tubulaire finie 40 selon Figure 4. Puis on élargit tout d'abord l'ouverture du bord tombé 20 au diamètre d3 au moyen d'une broche d'élargissement et d'appui ; puis on poursuit le processus d'extrusion à froid entre matrice et contre-matrice en agissant contre la force de maintien de cette broche, Ici à nouveau le plan 22 de la plaque tubulaire, côte opposé au bord tombé et le plan 18 de la plaque tubulaire, côté du bord tombé, peuvent rester inchangés entre les bords tombés. De même la surface frontale plane 28 du bord tombé peut rester inchangée.Toutefois l'épaisseur de paroi du bord tombé se modifie lors du processus d'extrusion à froid de façon telle que non seulement les lignes dirigées verticalement sur la surface interne 42 du bord tombe se prolongent dans la plaque tubulaire jusqu a une ligne de niveau a située à l'intérieur de l1épaisseur de paroi D de la plaque tubulaire, mais aussi que les rapports relatifs de dimension des rayons intérieur et extérieur sont modifiés. Maintenant le rayon extérieur R3 de transition de la face 18 de la plaque tubulaire côté bord tombé en la surface exterieure 46 du bord tombe 28 est supsieur ou à peu près égal au rayon de transition R4 de la face 22 de la plaque tubulaire 40,côté opposé au bord tombé, en la surface limite interne 42 de la découpe 44. Le rayon de transition P4 y coupe la surface limite interne 42 de la découpe le long de la courbe d'intersection a déJà mentionnée, tandis que le rayon de transition R3 en les surfaces extérieures du bord tombé 28 y coupe cette surface exter.eure 46 le long d'une ligne d'intersection b, représentée en tireté ponctué sur la Figure 4. A la place de la ligne d'intersection a et/ou b, de forme vive, représentée sur la Figure 4, on pourrait également avoir effectivement une zone de transition plus ou moins arrondie qui de préférence n'aurait qu'une faible extension. On reconnaît que la surface extérieure 46 du bord tombé et sa surface intérieure limite 42 courent en ligne droite et parallèlement l'une a autre, Le diamètre d3 y est supérieur au diamètre d2 et celui à son tour est supérieur au diamètre dl. La valeur cotée de l'appui à l'intérieur de l'épaisseur de la paroi de la plaque tubulaire y est déterminée par la distance de la ligne d'interscction a au prolongement du plan 18 dans la direction axiale du bord tombé. Naturellement a se trouve à l'intérieur de l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire. On a jusqu'ici supposé, sans le dire, que les découpes ont un diamètre dl ou d2 ou d3, donc -sont au moins sensiblement cylindriques. L'invention toutefois peut également se transposer de façon analogue au cas où les découpes ont d'autres configurations, p,e. une configuration approximativement elliptique, pour s'adapter à une section extérieure correspondante d'un tube d'échange thermique à y introduire. Les cotes dl a d3 doivent donc, de façon analogue, se comprendre non comme diamètre, mais comme cotes internes dans une direction déterminée, ces cotes internes pouvant s'échanger dans une direction autre que la direction représentée. De préférence pourtant on conserve la forme de section des bords tombés, de façon appropriée, entièrement ou sensiblement tout autour de la découpe. Dans le processus d'extrusion à froid, l'épaisseur de paroi du bord tombé 28 de la plaque tubulaire finie selon Figure 4, peut non seulement rester à peu près égale à l'épaisseur de paroi D de la plaque tubulaire proprement dite, comme cela a été le cas pour la Figure 3, mais même, de préférence, s'agrandir un peu par suite du formage par extrusion à froid. Les deux rayons de transition R4 et R3 sont choisis supérieurs ou à peu près égaux à l'épaisseur D de la plaque tubulaire proprement dite. La plaque tubulaire peut avoir uneforme autre que plane non seulement audébut, pour remplacer la plaque plane simple représentée sur la Figure 1, mais même recevoir une telle déformation par la suite. Elle peut p.e. dès le début ou plus tard, avoir la forme dtune demi-coquille, pour se compléter p.e. avec une autre demi-coquille pour devenir une citerne, Les plaques tubulaires peuvent, p.e. pour s'adapter au matériau des tubes d'échange thermique, hêtre constituées du même matériau ou d'un matériau semblable, ce qui peut avoir en particulier une signification lors d'une liaison métal sur métal, p.e. en aluminium, en cuivre ou en alliages d'aluminium ou de cuivre.Mais d'autres métaux peuvent egalement venir en question, du fait que la plaque tubulaire remplit en premier lieu une mission de maintien et ne doit pas hêtre par elleaême conductrice de la chaleur. Le cas échéant peuvent même venir en question dans le cadre de l'équivalence des matériaux de remplacement des métaux. Dans le cadre du formage par extrusion à froid nécessaire pour obtenir la forme de la plaque tubulaire selon Figure 4, il est possible d'utiliser encore d'autres processus de formage que ceux représentés, p.e. de soumettre à un formage les faces frontales du bord tombé 28 ou même de superposer encore d'autres formes au voisinage des rayons R4 et R3, de même qu'il est possible de réaliser des zones de transition au voisinage des lignes de brisure a et b. Il convient que le bord tombé vienne en saillie par rapport au plan 18, côté du bord tombé 28, d'une valeur supérieure à l'épaisseur D de la plaque tubulaire, mais d'une valeur inférieure au double de l'épaisseur de cette plaque tubulaire. La ligne de brisure a peut se situer a l'intérieur de rêpaisseur de paroi de la plaque tubulaire àpeu pres à la moitié de cette épaisseur de paroi. La forme finale 40 de la plaque tubùlaire selon Figure 4 peut encore être soumise à un autre processus de calibrage donnant une définition plus précise du passage libre de la découpe 44. De plus on peut encore procéder dans un dernier processus de travail, à un autre formage dans les plaques tubulaires spéciales selon Figure 5, en refoulant en plus un bourrelet d'étanchéité dans la plaque tubulaire 40 a l'extrémité supérieure et/ou inférieure de la zone rectiligne de la ligne interne 42 qui limite le bord tombé 28. La plaque tubulaire obtenue 50 est représentée sur la Figure 5 avec deux bourrelets d'étanchéité correspondants 51 et 52.Ce bourrelet d'étanchéité est obtenu par refoulement vers l'intérieur de la matière provenant de llarete interne supérieure et inférieure de la zone rectiligne de la surface 42 et en faisant apparaître cette matière vers l'intérieur, hors de la surface interne 42 de la découpe 44, qui reste inchangee par ailleurs, Ce refoulement fait apparaître respectivement dans les deux zones d'angle de la surface 42 un talon 54 ou 55 à peu près rectangulaire. Le talon 51 ou 52 sty transforme de son côté en la surface 42 par un arrondi et a donc à peu près la forme d'un quart de cercle. Pour le reste il faut expressement se référer à la description donnée par le dessin des Figures 4 et 5 en ce qui concerne le tracé des lignes les cotes et angles relatifs, pour compléter la description ci-dessus. Bien entendu diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de 11 invention. REVENDICATIONS 1, Plaque tubulaire metallique comportant un certain nombre de découpes servant à recevoir des tubes d'échange thermique, découpes dont les embouchures sont conçues d'un côté de la plaque tubulaire sous forme de bords tombés en saillie, a la face de la plaque tubulaire côté opposé au bord tombé se transforme en la surface limite de la découpe sous un rayon dont l'intersection avec la surface limite de la découpe passe a l'intérieur de ltepais- seur de la paroi de la plaque tubulaire- et où la face de la plaque tubulaire côté bord tombé se transforme également en la surface extérieure du bord tombé sous m certain rayon, caractérisée en ce que le rayon de transition entre la face de la plaque tubulaire coté opposé au bord tombé et la surface limite de la découpe est inférieur ou à peu près égal au rayon de transition de la face de la plaque tubulaire coté du bord tombé en la surface extérieure du bord tombé ; et en ce que ce rayon de transition en la surface extérieure du bord tombé coupe cette surface extérieure du bord tombé le long d'une courbe d'intersection. 2. Plaque tubulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois des découpes sont obtenues a partir de la matière de la plaque tubulaire, par formage à froid. 3. Plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'épaisseur de matière de la plaque tubulaire entre les bords tombés est d'environ 2,0 mm ou moins, de préférence de 0,75 mm à 1,75 mm et de façon appropriée se situe à 1,25 mm. 4, Plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les deux rayons de transition sont supérieurs ou à peu près égaux à 1 1épaisseur de la plaque tubulaire proprement dite. 5. Plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'épaisseur de paroi des bords tombés est supérieure ou à peu près égale à l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire proprement dite. 6. Plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce clu'est formé un bourrelet d'étanchéité sur au moins une zone, côté embouchure, des surfaces qui limitent les découpes. 7, Emploi d'une plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans des échangeurs thermiques pour chauffage de véhicules motorisés. 8. Emploi d'une plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans des radiateurs de moteurs à combustion interne. 9. Utilisation d'une plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, éventuellement dans l'emploi selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, pour réaliser une liaison directe métal sur métal et étanche au liquide entre les surfaces qui limitent les découpes de la plaque tubulaire et les surfaces extérieures des tubes d'échange thermique dudgeonés dans cette zone. 10. Procédé pour la fabrication d'une plaque tubulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, par poinçonnage d'une tôle destinée à former la plaque tubulaire aux endroits à relier avec les tubes d'échange thermique et avec des diamètres de poinçonnage intérieurs aux diamètres extérieurs des tubes d'échange thermique qu'il faut introduire dans les découpes de la plaque tubulaire ; par formage de bords tombés venant en saillie d'un côté de la tole à partir de la matière constituant les bords du trou poinçonné et ayant, dans leur forme finale sur la plaque tubulaire, des diamètres intérieurs agrandis par rapport à ceux des trous poinçonnés d'origine, mais néanmoins plus petits que les diamètres extérieurs des-tubes d'échange thermique ; et par autre formage des bords tombés pour obtenir leur forme définitive sur la plaque tubulaire, au moyen d'un autre élargissement des bords tombés, caractérisé en ce que dans cet autre formage les bords tombés sont déformés par procédé d'extrusion à froid. 11. Procedé selon la revendication IO, caractérisé en ce que les surfaces internes des découpes de la plaque tubulaire sont ensuite calibrées. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou Il pour la fabrication d'une plaque tubulaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bourrelet étanche ou les bourrelets étanches sont obtenus, dans un dernier stade de travail, par refoulement à partir du bord tombé respectif et/ou du bourrelet respectif.