Brevet FR2666640A1 — publié le 19920313

i La présente invention concerne un échangeur de chaleur pour un véhicule automobile, comportant au moins un collecteur d'eau (ou boîte à eau) et un ensemble tubulaire aileté, o les extrémités de tubes comportent une partie profilée en forme de collet annulaire et sont chacune maintenues de façon étanche dans un fond à tubes, constitué de matière plastique, du collecteur d'eau et, à cet effet, les trous prévus dans le fond à tubes étant respectivement étagés en section droite pour recevoir les tubes. Dans un échangeur de chaleur de ce genre, connu d'après le modèle d'utilité allemand no 84 10851, les extrémités des tubes reliant les deux collecteurs d'eau sont déjà pourvues, avant le montage, des parties profilées en forme de collets annulaires Lors du monta- ge, des joints d'étanchéité particuliers sont disposés entre les ouvertures et les parties profilées en forme de collets annulaires Pratiquement aucune force de traction ne peut être transmise aux collecteurs d'eau par l'intermédiaire des tubes Sous l'effet de la pres- sion interne dans le radiateur, il se produit une décharge des joints d'étanchéité de sorte que, lorsque la pression interne augmente, le risque d'apparition d'un défaut d'étanchéité augmente. L'utilisation de tubes comportant des parties profilées en forme de collets annulaires est en outre connue d'après le brevet des Etats Unis N O 3 929 356 et la demande de brevet allemand N O 20 09 122 Egalement dans ces constructions connues, des joints d'étanchéité additionnels sont nécessaires, la fabrication et le montage sont compliqués et rendent obligatoires des tolérances de fabrication serrées. Egalement dans la construction faisant l'objet de la demande de brevet français N O 20 36 696, des joints d'étanchéité de formes compliquées sont nécessai- res, ce qui complique la fabrication et le montage. Sous l'effet du vieillissement des joints d'étanchéité de formes compliquées, la durée de service de tels radiateurs est limitée, notamment dans le cas o les véhicules automobiles sont soumis à de fortes sollicitations. Pour remédier aux inconvénients précités, la présente invention a pour but de réaliser une liaison tube/fond à tubes pouvant être réalisée simplement, ayant une bonne étanchéité et permettant d'adopter de larges tolérances de fabrication. Pour résoudre ce problème, il est prévu confor- mément à l'invention que la partie profilée en forme de collet annulaire des extrémités de tubes soit réali- sée par un refoulement direct des extrémités de tubes, au moyen d'un poinçon de refoulement, dans les ouver- tures de section étagée et que, à cet effet, les ouver- tures de section étagée présentent un élargissement de section à partir du côté du fond à tubes qui est opposé à l'ensemble de tubes ailetés. Avec les moyens proposés, il est possible d'effectuer un montage, autoàtique dans une large mesure, des échangeurs de chaleur Du fait du refoule- ment des extrémités de tubes directement dans les ouver- tures des fonds à tubes, il s'établit une liaison par- ticulièrement étanche sous l'effet de ce refoulement car le fond à tubes, constitué de matière plastique, subit une expansion élastique dans la zone des ouver- tures et la précontrainte élastique ainsi engendrée est conservée, et cela également dans le cas de grandes tolérances de fabrication Il en résulte qu'il n'est pratiquement pas nécessaire de prévoir à cet égard un joint d'étanchéité particulier Du fait de l'ancrage solide des extrémités des tubes dans les fonds et de la précontrainte créée dans ceux-ci, on obtient au total une grande rigidité de l'ensemble de l'échangeur de chaleur Dans le cas d'une grande résistance à la fatigue, on obtient une longue durée de service également lorsqu'il se produit de fortes sollicitations, aussi bien de nature thermique que mécanique. Du fait de l'agencement particulier des extré- mités de tubes, des forces de traction peuvent être transmises des tubes aux collecteurs d'eau et, à cet égard, lorsque la force de traction augmente, également la contrainte de génération d'étanchéité augmente dans la zone de refoulement des extrémités de tubes) et l'effet d'étanchéité est amplifié. Une augmentation sensible de la rigidité, avec amélioration simultanée de l'effet d'étanchéité, peut être obtenue lorsqu'il est prévu, dans les ouvertu- res de section élargie, une bague en matière plastique qui entoure l'extrémité de tube au-dessus de sa partie profilée, cette bague étant avantageusement maintenue avec précontrainte dans l'ouverture du fond à tubes. La précontrainte peut être réglée par action d'ultrasons et simultanément elle peut être répartie dans la bague en matière plastique, auquel cas éventuellement la bague en matière plastique peut être liée par soudage aux ultrasons et/ou par collage avec la paroi de l'ouver- ture, de section élargie, du fond à tubes qui est cons- titué d'une matière plastique. La bague en matière plastique peut addition- nellement être maintenue au moyen d'un rabattement, dirigé vers l'extérieur, de l'extrémité du tube. Pour améliorer le passage de l'écoulement, la bague en matière plastique peut s'accrocher sur l'extrémité de tube} et l'extrémité de tube peut être reçue dans une rainure périphérique de la bague en matière plastique. Pour rationnaliser en particulier le montage, la bague en matière plastique peut servir en même temps de poinçon de refoulement pour réaliser la partie profi- lée en forme de collet annulaire On peut ainsi obtenir une étanchéité particulièrement bonne de la liaison entre le tube et le fond. Dans une autre forme de réalisation, la partie profilée en forme de collet annulaire peut être fixée par une ou plusieurs saillies, écrasées par matage, du fond à tubes ou bien par un bourrelet annulaire écrasé par matage. Le bourrelet annulaire peut être formé au moyen d'un poinçon de formage particulier au-dessus de la partie profilée en forme de collet annulaire de l'extrémité de tube A cet égard, le poinçon de formage peut comporter une surface de glissement corres- pondante en forme de cloche, qui peut le cas échéant être suivie par une rainure de réception de l'extrémité de tube. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 représente une vue en coupe partielle d'un fond à tubes lors du refoulement de l'extrémité d'un tube, la Figure 2 est une vue en coupe, correspondant à la Figure 1, une bague en matière plastique étant mise en place dans l'ouverture, la Figure 3 est une vue en élévation, correspondant à la Figure 2, d'une autre forme de réalisation, la Figure 4 représente une vue en coupe, correspondant aux Figures précédentes et montrant une autre forme de réalisation de la bague en matière plastique, les Figures 5 et 6 montrent le processus de matage servant à fixer la déformation en forme de collet annu- laire de l'extrémité de tube dans un bourrelet annu- laire du fond à tubes. Les mêmes références numériques ont été utili- sées pour tous les exemples de réalisation représentés et décrits dans la suite La vue partielle faite seule- ment dans la zone d'une ouverture 2 d'un fond à tubes 1 d'un collecteur d'eau d'un échangeur de chaleur montre le fond à tubes 1, constitué de matière plastique et comportant des ouvertures 2 pour les extrémités 3 des tubes ailetés d'un ensemble 5 formé de tubes 3 ' et d'ailettes 4. L'unique ouverture 2 représentée a une section étagée, la partie élargie de cette section étant située sur le côté, opposé à l'ensemble 5 de tubes ailetés, du fond 1 du collecteur d'eau En direction de l'ensem- ble 5 de tubes ailetés, le fond 1 est renforcé par une plaque d'appui 6, pour éviter des déformations de ce fond 1 Dans l'exemple de réalisation représenté sur les Figures 1 et 2, l'extrémité de tube 3 est défor- mée dans l'ouverture 2 par refoulement dans une direc- tion axiale au moyen d'un poinçon de refoulement 7 de manière qu'une partie 8 profilée en forme de collet annulaire et bombée vers l'extérieur soit maintenue avec précontrainte dans l'ouverture étagée 2 A cet effet, le poinçon de refoulement 7 comporte un mandrin 9 pouvant être introduit dans l'extrémité de tube et à la suite duquel est diposée une rainure annulaire , adaptée en longueur, pour recevoir l'extrémité du tube 3 '. Après le refoulement de l'extrémité de tube 3, une bague 11 en matière plastique est emmanchée dans l'évidement subsistant de l'ouverture 2 et, le cas échéant avec l'assistance d'ultrasons, on peut effectuer une soudure avec la matière plastique du fond à tubes 1 On peut cependant également effectuer un collage. Le refoulement de l'extrémité de tube 3 peut cependant être réalisé directement, comme indiqué sur la Figure 2, en une seule opération avec la mise en place de la bague 11 en matière plastique Le poinçon de refoulement 7 ne comporte alors pas de rainure annu- laire 10 comme dans l'exemple de réalisation de la Figure 1. Dans l'exemple de réalisation de la Figure 3, l'extrémité du tube 3 ' est pourvue d'une partie recourbée 12 dirigée vers l'extérieur (rabattement) et qui peut s'engager dans une rainure annulaire 13 de la bague 11 en matière plastique en maintenant celle-ci solidement en place. Dans l'exemple de réalisation de la Figure 4, la bague 11 ' en matière plastique comporte une rainure 14 de réception de l'extrémité de tube 3 et le canal de passage de cette bague 11 en matière plastique est pourvu d'un profil arrondi de manière que l'écoule- ment du fluide de refroidissement rencontre une résistan- ce aussi faible que possible La bague 11 ' en matière plastique peut dans ce cas servir elle-même de poinçon de refoulement pour la réalisation de la partie profilée 8. Sur les Figures 5 et 6 est représenté un autre exemple de réalisation montrant la fixation des extrémités de tubes dans le fond 1 Initialement dans ce cas, comme dans l'exemple de réalisation de la Figure 1, l'extrémité de tube 3 est refoulée au moyen d'un poinçon 7, le fond 1 comportant un bourrelet annulaire 16 entourant l'ouverture 2 Ensuite ce bourrelet annu- laire 16 est déformé vers l'extrémité de tube 3 au moyen d'un poinçon de formage 17, comme indiqué sur la Figure 6 Cette opération peut être effectuée sous l'effet d'une grande force axiale de compression corres- pondante, le cas échéant avec échauffement addition- nel et/ou action d'ultrasons, de telle sorte que l'ex- trémité de tube 3 soit maintenue avec précontrainte par le bourrelet annulaire déformé 16. Le poinçon de f ormage 17 comporte également un mandrin 9 pénétrant à l'intérieur des tubes et se prolongeant par une rainure réceptrice 18 à laquelle est reliée une surface de glissement 19 en forme de cloche. Avec l'agencement proposé, il est possible de réaliser le fond à tubes 1 en une matière plastique, d'une manière relativement simple et avec de larges tolérances Les moules d'injection nécessaires peuvent être fabriqués d'une manière simple L'échangeur de chaleur peut être monté d'une façon complètement automa- tique et relativement peu coûteuse A cet égard, un ébavurage des extrémités 3 des tubes n'est pas néces- saire La section de passage d'écoulement est intégra- lement conservées de sorte qu'on est assuré d'obtenir pour l'échangeur de chaleur un bon rendement, avec une faible différence de pression dans l'écoulement du fluide de transport de chaleur. La fixation décrite des extrémités de tubes 3 dans le fond 1 peut aussi être utilisée dans le cas d'échangeur de chaleur à tubes fourchus, comportant un collecteur d'eau seulement d'un côté Du fait de l'absorption de forces de traction dans les ouvertures étagées 2, il n'est pratiquement pas nécessaire dans ce cas de prévoir des moyens additionnels de fixation et d'ancrage pour l'ensemble 5 de tubes ailetés Le montage et la fixation de l'échangeur de chaleur sont ainsi additionnellement encore simplifiés. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur pour un véhicule automo- bile, comportant au moins un collecteur d'eau et un ensemble tubulaire aileté ( 5), o les extrémités ( 3) de tubes comportent une partie profilée en forme de collet annulaire ( 8) et sont chacune maintenues de façon étanche dans un fond à tubes ( 1), constitué de matière plastique, du collecteur d'eau et, à cet effet, les trous prévus dans le fond à tubes ( 1) étant respec- tivement étagés en section droite pour recevoir les tubes ( 3), caractérisé en ce que les parties profilées en forme de collets annulaires ( 8) des extrémités ( 3) des tubes sont réalisées par un refoulement direct des extrémités des tubes, au moyen d'un poinçon de refoulement ( 7), dans les ouvertures de section étagée ( 2) du fond à tubes ( 1)> et en ce que, à cet effet, les ouvertures ( 2) de section étagée présentent un élar- gissement de section à partir du côté du fond à tubes ( 1) qui est opposé à l'ensemble de tubes ailetés ( 5). 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu dans l'ouverture ( 2) de section élargie une bague en matière plastique ( 11) entourant l'extrémité de tube ( 3) au- dessus de sa partie profilée ( 8). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague ( 11) en matière plas- tique est maintenue par précontrainte dans l'ouverture ( 2) du fond à tubes ( 1). 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague ( 11) en matière plas- tique est maintenue avec précontrainte, par déformation sous l'action d'ultrasons, dans l'ouverture ( 2) du fond à tubes ( 1), et est le cas échéant liée à la paroi de l'ouverture ( 2), de section élargie, du fond à tubes ( 1) constitué de matière plastique, par soudage par ultrasons et/ou par collage. Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions 2 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité de tube ( 3) est fixée additionnellement sur la bague ( 11) en matière plastique par un rabattement ( 12) vers l'exté- rieur. 6 Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que la bague ( 11 ') en matière plastique s'accroche sur l'extrémité de tube ( 3, et l'extrémité de tube ( 3) est reçue dans une rainure périphérique ( 14) de la bague ( 11) en matière plastique. 7 Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague ( 11 ') en matière plastique sert de poinçon de refoulement, ou au moins de partie d'un poinçon de refoulement, pour la formation de la partie profilée ( 8) en forme de collet annulaire de l'extrémité de tube ( 3). 8 Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que la partie profilée ( 8) en forme de collet annulaire est fixée par une ou plusieurs saillies, écrasées par matage, du fond à tubes ( 1). 9 Echangeur de chaleur selon une des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que la partie profilée ( 8) en forme de collet annulaire est fixée par un bourre- let annulaire ( 16), écrasé par matage, du fond à tubes ( 1). Dispositif pour la fabrication de l'échangeur de chaleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bourrelet annulaire ( 16) est conformé au moyen d'un poinçon de formage particulier ( 17) au-dessus de la partie profilée ( 8) en forme de collet annulaire de l'extrémité de tube ( 3) et, à cet effet, le poinçon de formage ( 17) comporte une surface de glissement ( 19) correspondante en forme de cloche. il Dispositif selon la revendication 10, carac- térisé en ce que la surface de glissement ( 19) se prolonge par une rainure de réception ( 18) de l'extrémité5 de tube ( 3).