Brevet FR2462214A1 — publié le 19810213

L'invention a pour objet un procéd6 de conformation d'un tube, en particulier pour échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur de refroidissement de moteur de véhicule auto- mobile ou un échangeur faisant partie d'une installation de chauffage et/ou de climatisation de l'air d'un habitacle de véhicule, ainsi qu'un tube obtenu par ce procédé. Elle s'applique plus particulièrement à des tubes qui sont entourés au contact par des ailettes ou d'autres moyens d'échange thermique avec l'air extérieur, et dans lesquels circule un liquide ou fluide de chauffage ou de refroidisse- ment et dont les extrémités, pour permettre la circulation d'eau, débouchent dans au moins une chambre collectrice limi- tée par une boite à eau fermée par ou munie d'un collecteur formé d'une plaque à trous circulaires pour l'introduction à étanchéité des extrémités des tubes dans ladite chambre, Dans la plupart des échangeurs de chaleur de ce type utilisés actuellement, les tubes sont à section circulaire, et cela en vue de faciliter l'assemblage d'au moins une de leurs extrémités avec une plaque à trous circulaireso On a cependant utilisé des faisceaux de tubes dont les tubes sont à section oblongue de manière à accroître l'aire de la surface de contact avec l'air qui les entoure sans accroître la résistance aérodynamique de léchangeur. Pour permettre l'assemblage de tels tubes avec les pla- ques à trous circulaires, on doit conformer les extrémités de ces tubes pour les faire passer d'une section oblongue à une section circulaire. Cette conformation des extrémités des tubes est souhai- table également dans d'autres domaines, par exemple lorsque les tubes sont destinés à être raccordés par soudage ou vis- sage à d'autres tubes de section circulaire, comme c'est le cas, par exemple, dans les évaporateurs. Mais les procédés de conformation connus jusqu'à pré- sent n'ont pas fourni de résultats satisfaisants Ils ne permettent pas, notamment, d'obtenir une section. circulaire dont les bords et la surface extemrne présentent des caractéristiques géométriques suffisamment bonnes pour permet- tre un raccordement à d'autres tubes ou assurer une étanchéité 2 2462214 de l'assemblage aux plaques à trous par des moyens aussi sim- ples et efficaces qu'avec des tubes de section circulaire sur toute leur longueur. La présente invention pallie cette lacune. Elle a pour objet un procédé de conformation des extrzé-. mités des tubes pour les faire passer d'une section transver-- sale oblongue à une section transversale circulaire, caracté- risé en ce que la conformation est effectuée en une seule opération à l'aide d'un poinçon dont le corps est cylindrique de section circulaire de diamètre égal à celui souhaité pour la surface interne de l'extrémité du tube et qui est enfoncé à force dans l'extrémité du tube. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que le périmètre moyen de l'extrémité circulaire obtenue est supérieur au périmètre moyen de la section oblongue de départ. Selon une autre caractéristique de l'invention, le diamètre du cercle de la surface externe de l'extrémité de section circulaire obtenue est inférieur à la plus grande di- mension transversale externe de la section oblongue. Le poinçon utilisé dans le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une tète de guidage de sa pénétration dans le tube de section oblongue se raccordant au corps par une partie intermédiaire dont la forme et les dimensions de la section varient de façon progressive entre la tète et le corps. Il a été constaté qu'en opérant de la façon définie ci- dessus à l'aide dudit poinçon on aboutissait par une opération unique-ou dudgeonnage à un tube dont le corps a conservé la section oblongue souhaitable pour le bon échange de chaleur et dont l'extrémité a une surface externe présentant une forme circulaire suffisamment exacte pour permettre un assemblage avec la plaque à trous circulaires avec une étanchéité aussi bonne que pour un tube à section circulaire sur toute sa lon- gueur, et cela malgré les efforts -tels que ceux résultant des vibrations et des variations de pression d'eau- qui pourraient être nuisibles à l'étanchéité, auxquels est soumis l'échangeur de chaleur quand il équipe un véhicule automobile. 2 2462214 L-'éaiichéité est d'autant mieux assurée qu'au cours de l'opération, qui est un dudgeonnage, l'allongement du périmè- tre de la section du tube est plus grand, de préférence au moins égal à 1 %, ce périmètre ne devant cependant bien en- tendu pas dépasser celui qui correspond à la limite d'élastt-- cité du métal constitutif du tube. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente un outil pour la mise en oeuvre du procédé; - la figure la est une coupe selon la ligne Ia-Ia de la figure 1; la figure 2 montre en coupe selon la ligne Il-II l'outil représenté sur la figure 1 au cours d'une première étape de la conformation dus tube à pluts grande échelle 9 - la figure 3 montre en coupe selon la ligne III-III l'outil représenté sur la figtre 1 au cours d'une seconde étape de la conformation du tube, également à grande échelle; - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de l'outil représenté sur la tgure 1 au cours d'une dernière étape de la conformation du tube, également à plus grande échelle; - la figure 5 représente une partie d'un échangeur de chaleur; et - la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5. En se référant aux figures 1 à 4 on voit que, partant d'un tube 1 de section ovale 2, avec un grand axe 3 et un pe- tit axe 4, l'outil 5 représenté sur la figure 1 permet de conformer l'extrémité du tube de manière qu'elle ait une sec- tion circulaire 61 avec un axe 7 confondu avec celui du tube de section ovale dont elle est issue. L'outil 5 comporte une tête cylindrique 8, dont la section (figure 2) a la forme d'un quadrilatère curviligne consistant en la partie commune à l'ovale 2 et au cercle 6, limité par deux arcs de cercle 9 et 10 disposés symétrique- ment par rapport au petit axe 4 et deux arcs d'ovale Il et 12 disposés symétriquement par rapport au grand axe 3. 2 2462214 L'outil comporte également un corps 13 cylindrique mais de section circulaire, dont le diamètre est égal au dia- mètre souhaité pour la surface interne de l'extrémité 6 du tube 1, qui se raccorde à la tête 8 par l'intermédiaire d'une partie intermédiaire 14 dont la section transversale varie progressivement depuis le quadrilatère curviligne jusqu'à la forme circulaire. Cette partie intermédiaire 14 possède en section trans- versale la forme d'un quadrilatère curviligne avec deux côtés 9a et 10a correspondant aux côtés 9 et 10, c'est-à-dire se trouvant sur le même cylindre, et deux autres côtés 16 et -17 de forme courbe, notamment circulaire, qui à la base de cette partie intermédiaire, correspondent aux côtés 11 et 12 (figu- re 2) et à la partie supérieure de ladite partie intermédi- aire correspondent aux arcs du cercle 61 qui sont extérieurs à l'ovale 2. L'outil présente donc sur toute sa longueur deux par- ties de cylindre symétriques par rapport au plan méridien passant par l'axe 4 et entre ces parties de cylindre, de section circulaire, deux parties symétriques par rapport au plan méridien passant par l'axe 3 et qui présentent, dans la partie intermédiaire 14, chacune un épaulement 18, 19 (figu- re 1). L'outil ou poinçon 5 est enfoncé par sa tête 8 dans le tube 1 de section ovale. Cette tête 8 ne modifie pas la forme du tube. Quand la partie intermédiaire 14 aborde l'extrémité du tube, la forme de cette dernière est modifiée progressivement d'abord comme montré sur la figure 3, puis atteint la configuration circulaire montrée sur la figure 4 quand le corps 13 est introduit dans le tube. La tête 8 sert au guidage du poinçon dans le tube. Le périmètre de la ligne moyenne de l'extrémité 6 de section circulaire est supérieur au périmètre de la ligne moyenne de la section ovale 2. On a constaté que l'étan- chéité des échangeurs de chaleur équipés de tels tubes à corps de section ovale et extrémité de section circulaire n'était assurée de façon satisfaisante que si la configura- tion de leur extrémité est réalisée par expansion, c'est-à- 246 214 dire par augmentation du périmètre. Une augmentation du périmètre moyen de l'extrémité du tube supérieure d'au moins 1 % au périmètre moyen de la sec- tion ovale, sans qu'à aucun moment ne soit dépassée la limi- te élastique du métal constitutif de l'extrémité a donné de- bons résultats. Le procédé est avantageusement conduit simultanément sur les deux extrémités de tous les tubes sur lesquels sont montées des ailettes 221i 222, eto. On prévoit également que le diamètre de la surface externe de l'extrémité d'un tube ainsi conformée soit infé- rieur à la longueur du grand axe de l'ovale de départ, de façon que soient ménagés des épaulements 20 et 21 (figures 4 et 6) formant des butées pour une ailette 22 traversée par l'extrémité cdu tube. On a également intéerêt à limiter la longueur de la partie intermédiaire i4 du poinçon afin que la partie inter- médiaire correspondante 23 du tube ne s'étende pas non plus sur une longueur trop importante qui augmenterait inutile- ment la longveur de l'échangeur de chaleur, Mais on a cons- taté que cette longueur g ne peut être inférieure à une valeur minimale qui oblige à prévoir une cale 24 entre la dernière ailette 22 du faisceau et le rebord 34 d'un collec- teur 25 ou plaque à trous circulaires 26. Les trous 26 sont bordés à l'extérieur de la chambre collectrice 36 par des collets cylindriques 26a. Le collec- teur 25 est recouvert à l'intérieur de la chambre 36 par une plaque ou feuille 27 en caoutchouc ou analogue présentant des trous 28 en correspondance des trous 26 et bordés par des manchons 29 faisant partie intégrante de la feuille 27 et comportant une partie 30 de courte longueur en saillie vers l'intérieur de la chambre 36 et une partie 31 de plus grande longueur introduite dans les collets 26a et se ter- minant par un bourrelet 32 ménageant à sa liaison avec-la partie 31 un rebord 33 s'appliquant contre la tranche d'extrémité du collet 26a. Le rebord 34 de la plaque métallique 25, qui est en saillie h l'opposé de la chambre 36, forme le fond d'une 2 2462214 rainure logeant une marge 35 de la feuille 27. Le montage du collecteur 25 recouvert par la feuille 27 avec l'ensemble formé par les tubes et les ailettes ser- ties sur ces tubes est effectué après la conformation, de la façon décrite ci-dessus, des extrémités des tubes, ces extrz-- mités passant à travers les ouvertures 28 de la feuille 27 par mise sous précontrainte des manchons 29 dont le diamètre de la surface interne est, à l'état non contraint, inférieur au diamètre de la surface externe des extrémités des tubes. Après cette opération, les extrémités circulaires sont de nouveau soumises, sur une partie de leur longueur, à un dudgeonnage de façon à agrandir encore leur diamètre afin que le diamètre de leur surface externe soit supérieur au diamètre de la surface interne du collet 26a. Les extrémités 6 sont ainsi en deux parties de section circulaire, l'une, 6b, de plus petit diamètre, prolongeant immédiatement le corps du tube et l'autre, 6c, de plus grand diamètre, qui présente le bord libre. L'épaulement 6d entre ces parties 6b et 6c contribue à l'immobilisation des tubes par rapport au collecteur 25. Le procédé selon l'invention peut, bien entendu, être également utilisé dans les cas o l'étanchéité de chacune des extrémités des tubes au niveau du collecteur est assurée non pas par un joint unique mais par une pluralité de joints. Le procédé décrit est également applicable dans le cas o l'introduction des tubes dans le ou les joints au niveau du collecteur s'effectue par un emmanchement à force. La conformation suivant l'invention de l'extrémité des tubes de section oblongue permet également d'assurer l'étan- chéité au niveau du collecteur lorsqu'on n'utilise pas de joints, c'est-àdire lorsque l'extrémité des tubes est en contact direct avec le métal de la plaque à trous. L'obtention d'une forme circulaire suffisammentexacte par la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus permet également de faciliter le raccordement par vissage ou sou- dage de l'extrémité de chacun des tubes à d'autres tubes, de section circulaire comme c'est le cas, par exemple, dans les évaporateurs. REVENDICATIONS 1. Procédé pour conformer suivant une section circulai- re l'extrémité d'un tube de section oblongue, notamment ovale, pour un échangeur de chaleur tel qu'un radiateur de refroidis- sement de moteur de véhicule automobile ou un échangeur de chaleur d'une installation de chauffage et/ou de climatisation d'air, caractérisé en ce que la conformation est effectuée en une seule opération à l'aide d'un poinçon dont le corps est cylindrique de section circulaire de diamètre égal à celui souhaité pour la surface interne de l'extrémité du tube, qui est enfoncé à force dans l'extrémité du tube. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le périmètre moyen de l'extrémité de section circulaire obtenue est supérieur au périmètre moyen de la section oblon- gue de départ. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre du cercle de la surface externe de l'extrémi- té de section circulaire obtenue est inférieur à la plus grande dimension transversale externe de la section oblongue. 4. Poinçon pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une tête de guidage de sa pénétration dans le tube de section oblongue se raccordant à un corps par une partie intermédiaire dont la forme et les dimensions de la section varient de façon progressive entre la tête et le corps. 5. Poinçon selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section de la tête de guidage est un quadrilatère cur- viligne correspondant à la partie commune aux projections, sur un plan perpendiculaire à l'axe du tube, des parties in- ternes du corps de section oblongue et de l'extrémité de section circulaire. 6. Tube pour échangeur de chaleur comportant un corps dont la section est de forme oblongue, notamment ovale, et au moins une extrémité de section circulaire conformée selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le péri- mètre moyen de la section circulaire d'extrémité est supérieur au périmètre moyen de la section oblongue. 7. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre de la surface externe de l'extrémité est inférieur à la plus grande dimension transversale du corps du tube. 8. Echangeur de chaleur à tubes fabriqués par le procé- dé selon la revendication 1, dans lesquels circule de l'eau de chauffage ou de refroidissement, sur lesquels sont sertis des ailettes ou d'autres moyens d'échange thermique avec un fluide secondaire tel que l'air extérieur, et dont les extré- mités traversent à étanchéité une plaque à trous circulaires, ou collecteur, limitant avec une boite à eau une chambre col- lectrice montée pour que l'eau sortant de certains tubes pénè- tre dans d'autres tubes, la plaque présentant un rebord en saillie à l'opposé de cette chambre, caractérisé en ce que, les tubes présentant un corps de section oblongue, notamment ovale, et des extrémités de section circulaire qui traversent à étanchéité la plaque à trous, le rebord de cette plaque est appliqué contre une ailette ou analogue par l'intermédiaire d'une cale.