Brevet FR2517572A1 — publié le 19830610

Procédé pour l'assemblage d'un tube avec une paroi à trou et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé L'invention a pour objet un procédé pour l'assemblage, par l'une de ses ectrémités, d'un tube avec une proi à trouS avec interposition d'un joint d'étanchéité entre le tube et la surface interne du trou s Ce procéde est applicable notamment pour la fabrication d'échangeurs de chaleur de véhicules automobiles a faisceaux de tubes parallèles dont au moins une des extrémités débou- che dans un réceptacle ou bolte à eau en traversant les trous d'une paroi à trous formant le fond de la boîte à eau L'invention vise également les échangeurs de chaleux obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé On a proposé, pour rendre étanche l'assemblage entre les extrémités des tubes et la paroi, d'interposer, entre 3es- dites extrémités des tubes et les surface en regard des trous, des joints en caoutchouc ou analogue. Mais l'étanchéité ne peut etre ralsée que si le joint est en coopération de pression tant avec la surface externe du tube qu'avec la surface interne du trou Dans le cas d'une bote à eau dont la fabr.ication fait appel au moulage, on a propoé, pour. faciliter l'assmeblage, de donner à l'extrémité du tube une forme effilée ou rétreinte et d'engager à force ladite extrémité dans le joint préalablement assemblé avec le fond de la boîte. Mais la restriction au passage du liquide qui en résulte perturbe la circu lation du liquide dans l'échangeur. Dans une autre proposition, le fond et le corps de la boite à eau sont des pièce distinctes, l'extrémité du tube est d'abord assemblée avec le fond de la boite, puis le fond est assemblé avec le corps. Une telle disposition oblige, pour réparer un tube, de désassembler le fond et le corps de la boite. Jusqu'à présent, il n'est pas possible d'obtenir, dans les conditions posées par l'industrie, un assemblage présentant une étanchéité satisfaisante si l'on souhaite faire appel, non pas à un emmanchement à force des tubes, mais à un simple enfilage des extrémités des tubes dans des trous préalablement garnis d'un joint. L'invention a pour but de combler cette lacune et de créer un procédé d'assemblage permettant un montage et un démontage aisés du joint et du tube. Elle propose de conformer l'extrémité du tube suivant un élargissement et d'utiliser cet élargissement pour, par le mouvement même du tube, mettre sous pression un joint tubulaire présent entre le tube et la surface interne du trou. Le procédé selon l'invention est caractérisé par ce fait que partant d'un tube dont l'extrémité est épanouie au plus à la section du trou dans lequel le tube doit etre monté et raccordée au corps du tube par une partie élargie de section transversale plus grande que le tube mais inférieure à celle du trou, on garnit la partie non élargie du tube d'un joint tubulaire,en caoutchouc ou analogue, on enfile le tube dans le trou jusqu'à ce que le joint soit en regard du trou, puis ensuite on déplace le tube dans un mouvement inverse de celui de son enfilement, le joint ne participant pas à ce déplace ment, soit du fait de sa conformation particulière, soit par l'effet d'un moyen de maintien, soit par ces deux effets conjugués, la partie élargie du tube défilant alors le long du joint et mettant sous pression ce dernier contre la surface interne du trou. Pour l'assemblage d'une multiplicité de tubes à une paroi à trous, comme requis dans la fabrication d'échangeurs de chaleur de véhicules automobiles, les joints sont avantageusement reliés les uns aux autres de manière à former une seule unité mécanique. Lors de l'utilisation d'un échangeur de chaleur dont les tubes sont assemblés à une ou des parois à trous par le paroi cédé selon l'invention, la circulation du liquide n'est pas perturbée par un rétrécissement des extrémités des tubes comme dans des échangeurs proposés antérieurement, et une augmentation de pression du liquide circulant dans l'échangeur a pour effet un accroissement de l'étanchéité du montage des extrémités du tube. L'enfilement des tubes dans les trous d'une paroi à trous peut être obtenu en les présentant en regard de la face de la paroi opposée à celle tournée vers l'intérieur de la bol- te à eau. On peut ainsi constituer des échangeurs avec une ou des boîtes à eau d'une seule pièce pour lesquelles, en conséquence, ne se pose pas le problème de l'étanchéité entre le fond de la boite, ou collecteur, d'une part, et le corps de la boite ou couvercle. La boîte à eau d'un tel échangeur peut être obtenue par moulage soit de matière plastique, soit d'un métal. Le démontage des tubes et des joints est aisé. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue perspective d'ensemble illustrant une phase du procédé; la figure 2 est une vue en coupe d'un joint tubulaire; la figure 3 est analogue à la figure 2, mais pour une variante; la figure 4 est une vue en coupe relative au montage d'un tube dans une paroi à trou au cours d'une première phase; la figure 5 est une vue analogue à la figure 4, mais au cours d'une phase suivante; la figure 6 est une vue analogue aux figures 4 et 5, mais dans une phase ultérieure; la figure 7 est une vue analogue aux figures 4 à 6, mais dans la condition d'assemblage étanche du tube et de la paroi. L'échangeur de chaleur comprend une botte à eau 21 (figure 1), un faisceau de tubes parallèles 23 disposés, dans la forme de, réalisation représentée, suivant deux rangées 24 et 25, lesdits tubes traversant à serrage par leur corps 26 des plaquettes minces ou ailettes 27 destinées à être balayées par l'air, pour réaliser l'échange thermique entre ledit air et le liquide circulant dans les tubes. La botte à eau 21 comprend un corps 28 sensiblement cylindrique avec deux faces planes parallèles ll et 12 et une face incurvée 13 de raccordement, ainsi qu'un fond 29 percé de trous 31 destinés à recevoir les extrémités 22 des tubes. Le fond 29 et le corps 28 de la botte à eau 21 sont d'une seule pièce, de sorte que la botte à eau peut, dans son ensemble, entre obtenue de moulage. Dans certaines réalisations, la botte à eau est en matière plastique. Dans d'autres réalisations, elle est métallique, avantageusement en alliage léger. Chaque tube 23 est, avant montage, traie mécaniquement de manière que son extrémité 22 présente une partie cylindrique élargie 41 (figure 3) de diamètre plus grand que celui du corps 26 du tube, la partie cylindrique 41 étant raccordée au corps 26 par une partie tronconique 42 a partie élargie 41 se raccorde par une partie incurvée 32, h section longitudinale a point d'inflexion, à une extrémité évasée ou épanouie 43, cylindrique, dont le diamètre externe est sensiblement égal au iatre du trou 31 dans lequel le tube doit être monté.En pratique, ce diamètre externe de la partie évasée 43 est inférieur au diamètre du trou 31, en pratique très légèrement inférieur à celui-ci. La hauteur de la partie élargie 41 est sensiblement égale à la hauteur du trou 31, c'est-à-dire la distance qui sépare la face 45 du fond 29 en regard du faisceau de tubes de la face opposée 44; son diamètre est supérieur au diamètre interne du joint, prévu pour l'assemblage, dans la condition de non-contrainte de ce dernier. Chaque tube 23 est, avant son montage dans le fond 29, habillé par un joint 47 (figure 2), en caoutchouc ou analogue, à configuration générale tubulaire et qui comprend un corps 48 cylindrique, limité par une surface intérieure 49 et une surface extérieure 51, celle-ci de diamètre légèrement infé- rieur au diamètre de la surface cylindrique 66 limitant le trou 31. Un collet 52 prolonge le corps 48 et est dEployable par rapport à celui-ci par rotation .utour "''e la a zone de raccordement 53 entre ledit collet et ledit corps. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, ce déploiement est permis gracie au fait que, alors que la surface intérieure 54 dudit collet prolonge la surface inté- rieure 49 du corps, la surface extérieure 55 du collet se rapproche de l'axe 50 du joint, Le joint se termine par une nervure circulaire 56 limitée par un épaulement annulaire transversal 57, une surface laté- rale 58, de diamètre au plus égal à celui du trou et une surface frontale 59. Le raccordement entre l'épaulement 57 et la surface latérale 58 se fait par l'intermédiaire d'une lèvre circulaire mince 61, élastiquement déformable, dont l'arête terminale a un diarnetre leq'e'res"ent supérieur à celui du trou 31.La hauteur du joint 47 est légèrement supérieure à l'épaisseur de la plaque constitutive du fond 29, dans une mesure qui résultera de ce qui suit. Dans une autre forme de réalisation, le déploiement du collet 52 par rapport au corps 48 est permis grâce à une encoche ou creusure présente sur la surface interne 49, 54. Dans la variante montrée sur la figure 3, le joint 81 présente un corps 82 limité par une surface latérale interne 83 cylindrique et une surface latérale externe 84 également cylindrique. La surface latérale externe 84 ne se poursuit pas jusqu'à la face frontale 85Uo laquelle elle est raccordée par une creusure semi-torique 86 et une surface tronconique ou incurvée 87 dont la base a un diamètre égal à celui de la surface cylindrique 84, -la surface 87 se terminant par une lèvre mince 88 dont l'arête 89 a un diamètre plus grand que celui de la surface cylindrique 84, la partie supérieure 91 du collet ayant ainsi une section trapézoldale. La Ct9U- sure 86 permet le déploiement de la partie 91, ou collet, par rapport au corps 82 du joint.La forme conique de la surface 87 est destinée à faciliter l'engagement du joint dans le trou. Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 1, les joints 47 font partie d'une feuille ou plaque souple 62 et leur disposition est analogue à celle des tubes 23 et des trous 31. Dans une autre réalisatio, les joints 47 sont reliés entre eux par des languettes,formant ainsi un réseau. En variante, les joints,à leur extrémité opposée à celle de la nervure 56, forment des protubérances ou talons. Dans une première phase, on enfile, par dilatation, les joints tubulaires 47 sur les extrémités 22 des tubes 23 en profitant de l'élasticité du matériau constitutif des joints, ce qui permet le passage desdits joints sur les parties évasées 43 et les parties élargies 41 et l1enfile- ment est poursuivi jusqu'à ce que la face frontale 59 du joint soit légèrement au dessus de la section transversale 63 figure 4) de raccordement entre la partie tronconique 42 du tube et le corps 26 de ce dernier. Un arrondi 35 au raccordement entre la surface intérieure 49 du corps du joint et la face inférieure 73 du corps de la feuille 62 facilite l'opération d'enfilage sur le tube. Bien entendu, un chanfrein peut jouer le rdle de l'arrondi. Dans la condition atteinte, le joint 47 est sous légère contrainte, le diamètre de sa surface interne 49 étant légè- rement inférieur, dans la condition de non-contrainte du joint, au diamètre externe du corps 26 du tube. Dans une variante, les joints tubulaires 47 sont enfilés sur les corps 26 des tubes avant obtention des parties élargies 41 et évasées 43, la conformation de celles-ci résultant par exemple d'un gonflage à l'aide d'olives. Dans une autre variante, les joints sont enfilés librement sur les corps 26 des tubes avant serrage desdits corps sur les ailettes 27, c'est-à-dire avant gonflage des tubes du faisceau. Dans une seconde phase, l'ensemble des tubes portant les joints est présenté en regard de la face 45 de la plaque à trous 29 opposés à celle,44, tournée vers l'intérieur de la boite à eau, et est déplacé au rapprochement du fond 29. Ou bien, inversement, c'est la boîte à eau 21 comprenant le fond 29 qui est rapprochée de l'ensemble constitué par les tubes 23 munis de leurs joints 47. Dans l'un et l'autre des cas, la traversée du fond 29 par les extrémités 22 des tubes portant les joints se fait par enfilage sans difficulté en raison des dimensions relatives des trous 31 d'une part et des parties élargies et évasées, respectivement 41 et 43, des tubes d'autre part. On parvient ainsi à la condition montrée sur la figure 5 où la face supérieure 65 de la feuille 62 parvient au contact de la face inférieure (sur la figure) 45 du fond 29, l'épaulement 57 étant alors sensiblement coplanaire à la face 44 du fond 29, la distance séparant ledit épaulement de la face supérieure 65 de la feuille 62 étant sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque ou fond 29. Dans cette condition, la nervure 56 du joint fait saillie par rapport à la face supérieure 44 et la lèvre 61 déborde par rapport à la surface cylindrique 66 limitant le trou 31, le défilement du joint devant ladite surface ayant eu lieu cependant sans difficulté en raison de la souplesse du matériau constitutif du joint, de la minceur de la lèvre 61,et des dimensions rela- tives des trous et des joints. A partir de la condition montrée sur la figure 5, les tubes sont ensuite, dans une troisième phase, déplacés dans un mouvement de sens inverse du déplacement antérieur, c 'est-à-dire maintenant dans un mouvement de haut en bas; ou bien la botte à eau est déplacée vers le haut, le faisceau de tubes restant fixe. La figure 6 montre une condition atteinte en une position intermédiaire au cours de ce déplacement. Dans cette condition, la surface tronconique 42 d'un tube sollicite le collet 52 à l'épanouissement ou déploiement, éventuellement rendu plus facile par la confåguration du collet, et la nervure 56 du collet augmente de diamètre, l'épaulement 57 venant en contact avec la face 44 de la plaque 29. La surface extérieure 51 du joint se rapproche de la surface 66 du trou.Si nécessaire, l'entraînement des joints au cours du mouvement de descente des tubes est empeché par un peigne de maintien 67 (figure 1) présentant un corps 68 et des dents parallèles 69, 71 et 72 contre lesquelles vient prendre appui la surface inférieure 73 de la feuille 62. Au cours de la poursuite dn mouvement, la partie élargie 41 du tube défile le long du joint et, compte tenu des dimensions relatives de La partie élargie 41 et de la surface interne 49 du joint, met celui-ci sous pression par sa surface externe 51, 55 contre la surface interne 66 au trou. On atteint la condition montrée sur la figure 7 dans laquslle la partie incurvée 32, de arcorderent entre la partie élargie 41 et la partie évasée 43 du tube esr en contact avec la surface interne 54 du collet 52 qui est déformée à l'in- curvation, la moindre épaisseur du collet favorisant le fluage du joint; la surface extérieure , 57 du joint est alors en contact continu avec la surface 66 du trou 31, aussi bien le corps 48 du joint eue le collet 52 sont ainsi comprimés entre la partie cylindrique 41 du tube 2 et la surface 66 du trou 31. Les tubes 23 sont ainsi assemblés avec le fond 29 d'une manière étanche,et cela en raison de l'interposition sous pression des joints 47. les collets 52, déployables, des joints, facilitent le défilement des tubes et pri-filêgient une déformation des joints dans le sens de l'élargissement plutôt qu'un mouvement concomitant de descente avec ve tubes Les lyres 61 constim tuent, par coopération avec la face 44 de la plaque 29, des moyens de maintien des joints, conjuguant leur action avec celle de la conformation des collets. Après montage, le peigne 67 peut dire enieve par un mouve- ment de translation dans le sens de la flèche f. L'assemblage des autres extrémités de tubes, s'il y a lieu, avec le fond d'une boite à eau opposée, se fait de manière identique. Au cours de ces phases d'assemblage, les boites à eau peu vent être rapprochées l'une de l'autre. Après assemblage, des entretoises, ou autres moyens d'immobilisation réciproque, sont interposées entre les boîtes à eau. Dans un échangeur de chaleur selon liinvention, la circulation de l'eau se fait sans accélération à l'entrée dans les tubes, ceux-ci n'ayant pas été réduits en diamètre à leurs extrémités en vue de permettre leur montage. En-outre, l'augmentation éventuelle de pression du liquide tend à appliquer la partie évasée 43 contre la face frontale 59 du joint en regard et ainsi accroît la solidité de l'assemblage et tend à augmenter l'étanchéité. Si on souhaite démonter un tube (ou plusieurs tubes), il suffit, après avoir rendu inopératoires les moyens d'immobilisation réciproque des boites à eau, de dÉplacer le tube à partir de la condition montrée sur la figure 7 dans le sens inverse de celui correspondant au montage. Dans une réalisation, la partie évasée d'extrémité du tube est réduite à l'incurvation ou ffipanouissement 32. L'invention s'applique aussi à la fabrication des échangeurs de chaleur comprenant une seule boite à eau, les tubes ayant alors une configuration en U. L'invention trouve application dans le cas où la boîte à eau est en deux parties. Le démontage des tubes et des joints peut alors avoir lieu sans désassembler les deux parties constitutives de la boîte à eau. Les corps des tubes peuvent etre de section ovale. Dans ce cas, les extrémités peuvent être conformées de manière à présenter des parties élargies et évasées cylindriques à section circulaire comme montré en 41 et 43. Dans une variante, les parties élargies et évasées sont à section ovale ainsi que les trous. Les sections peuvent être différentes de la configuration ovale à conditzotl que .es formes des trous et des parties élargies soient conjuguées. Dans toutes les réalisations, l'extrémité évasée ou épanouie du tube a une section transversale au plus égale à celle du trou. La partie élargie, de moindre dimension, a une section transversale plus grande qué celle du corps du tube, mais inférieure à celle du trou. L'invention prévoit d'obtenir la configuration des parties élargies et épanouies à 1 5aide d'au moins une batterie de poinçons ou mandrins reliés rigidement entre eux. Ce traitement mécanique des tubes d'un faisceau est propre à corriger, s'il y a lieu, les défauts de parallélisme desdits tubes. Le fait, qu'avant enfilage, les joints soient mis sous tension sur les tubes permet de pallier les-effets d'irrégula- rités de forme des joints dans leur condition de noncontrainte. Revendications. 1. Procédé pour l'assemblage, par une extrémité, d'un tube avec une plaque à trou, avec interposition d'un joint d'étanchéité entre le tube et la surface interne du trou, caractérisé en ce que, - partant d'un tube dont l'extrémité (32, 43) est épanouie au plus à la section du trou (31) dans lequel le tube (23) doit être monté et est raccordée au corps (26) du tube par une partie élargie (41) de section plus grande que le corps du tube mais inférieure à celle du trou -, on garnit la partie non élargie du tube d'un joint tubulaire (47), en caoutchouc ou analogue, on enfile l'extrémité du tube ainsi garnie dans le trou jusqu'à ce que le joint soit en regard du trou, puis on déplace le tube dans un mouvement inverse de celui de son enfilement et auquel ne participe pas le joint, la partie élargie (41) du tube défilant alors le long du joint et mettant celui-ci sous pression contre la surface interne (66) du trou. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé- en ce que dans le déplacement de sens inverse, on maintient le joint (47) pour qu'il reste logé dans le trou (31). 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce qu'il comprend un tube dont une partie d'extrémité (41) est élargie cylindriquement et un joint (47) en matériau élastique dont la hauteur est sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie élargie (41) du tube se prolonge par une partie évasée de plus grand diamètre. 5. Dispositif selon la revendication '4, caractérisé en ce que la partie évasée est cylindrique et son diamètre est sensiblement égal au diamètre du trou. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie évasée est une incurvation vers l'extérieur de la partie élargie et a une arête extrême d'un diamètre sensiblement égal à celui du trou 7. Dispositif selon la revendication 4 j caractérisé en ce que la partie élargie (41: du tube est raccordée au corps (26) du tube par une partie tronconique (42). 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le joint comporte un corps tubulaire dont le diamètre inférieur en condition de ion-contrainte est légèrement inférieur au diamètre du corps du tube. 9. Dispositif selon la revendication 3g caractérisé en ce que le joint (47) comporte an corps de joint tubulaire cylindrique (48) dont le diamètre extérieur est sensiblement égal à celui du trou et un collet (52) propre à être épa- noui par rapport audit corps (48). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'épanouissement est favorise par une moindre épaisseur du collet (52). 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le collet (52) est d'épaisseur décroisante depuis son attache au corps (48) du joint {.s 12. Dispositif selon la revendication 9, caracte;risé en ce que le joint présente une gorge au raccordement entre son corps et son collet. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé ers ce que la gorge est sur la surface intérieure du joint. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'en variante la gorge est sur la surface extérieure du joint tubulaire. 15. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le joint se termine à son extrémité d'introduction dans le trou (31) par une nervure (56). 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la nervure (56) présente une lèvre externe (61). 17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la nervure est à section rectangulaire. 18. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'en variante la nervure est à section trapézoidale. 19. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que la hauteur du joint (47) est telle qu'après introduction, la lèvre (56) externe est au niveau de la face (44) de la plaque (29) opposée à celle (45) d'introduction du tube. 20. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on assemble simultanément une multiplicité de tubes avec une plaque à multiplicité correspondante de trous. 21. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen commun pour le maintien d'une multiplicité de joints. 22. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que les joints sont dépendants les uns des autres. 23. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de maintien est en forme de peigne (67). 24. Echangeur de chaleur, notamment pour la construction automobile, caractérisé en ce-que le montage des tubes par rapport au fond d'au moins une boite à eau se fait par un dispositif selon l'une des revendications 21 à 23.