Brevet FR2713114A1 — publié le 19950609

Perfectionnements à la fabrication d'un échangeur de chaleur. en particulier pour véhicules L'invention concerne les échangeurs de chaleur, en particulier pour véhicules. Un type d'échangeurs comprend deux tubes collecteurs de fluide, ou deux segments d'un même tube collecteur, entre lesquels on établit une communication par l'intermédiaire de tubes de transfert, eux-mêmes au contact d'intercalaires d'échange thermique avec l'air ambiant. I1 est intéressant que les tubes de transfert soient plats. Dans ce cas, le montage de l'échangeur de chaleur comprend les opérations suivantes (a) on usine des fentes transversales dans au moins un tube collecteur de fluide, par sciage ou poinçonnage, (b) on insère dans ces fentes les extrémités des tubes plats de transfert, revêtues en principe d'une composition de brasage, et (c) on chauffe l'ensemble à température de brasage, pour fixer les tubes de transfert de façon étanche sur le tube collecteur. Les techniques d'usinage connues pour l'étape a) posent problème: certaines, comme le sciage, produisent des résidus mobiles à l'intérieur du tube collecteur, d'où la nécessité d'une opération de nettoyage. La présente invention vient améliorer la situation. Selon une première caractéristique de l'invention, l'étape (a) précitée comprend al) la solidarisation d'un tube collecteur par rapport à un support, a2) la découpe de fentes par passage d'une pluralité d'outils de cisaillement, et a3) l'enfoncement dans les fentes d'une pluralité d'outils de formage propres à produire des bavures internes non détachables et conformées par les outils de formage, tandis qu'à l'étape c) la fixation des tubes de transfert sur le tube collecteur s'effectue au moins en partie sur lesdites bavures conformées. De préférence, ces étapes sont conduites consécutivement ou simultanément pour deux tubes collecteurs présentant des fentes transversales homologues. Dans ce cas, les extrémités des tubes plats de transfert sont insérées l'une dans l'un des tubes collecteurs et l'autre dans l'autre, tandis qu'à l'étape (c) la fixation des tubes de transfert s'effectue simultanément sur les deux tubes collecteurs. Selon une caractéristique particulièrement intéressante de l'invention, l'étape (a2) comprend la découpe de pré-fentes situées dans les positions des fentes, à l'aide d'une pluralité d'outils de cisaillement, entraînés en translation de sorte que leurs points de coupe attaquent le tube au droit des évidements du mandrin, ces pré-fentes possédant chacune une largeur sensiblement égale à la largeur désirée pour les fentes, et des longueurs légèrement inférieures à celles des fentes définitives. A l'étape a3), les outils de formage ont une épaisseur sensiblement égale à celle des outils de cisaillement, et une largeur sensiblement égale à celle désirée pour la fente, ce qui donne aux fentes leur forme définitive, tout en produisant les bavures. Dans un mode de réalisation avantageux, le bord d'attaque des outils de formage est suivi d'un épaulement périphérique permettant la réalisation d'un chanfrein facilitant l'introduction de l'extrémité d'un tube de transfert dans une fente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ci-après, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma simplifié d'un échangeur de chaleur pour véhicules; - les figures 2A et 2B sont respectivement une vue de dessus avec arrachement partiel et une vue en coupe longitudinale d'un tube collecteur pour échangeur de chaleur; - les figures 3A et 3B sont deux vues en coupe schématique d'un outillage permettant la mise en oeuvre de l'invention; - les figures 4A à 4C illustrent quatre états successifs dans la mise en oeuvre de l'étape de cisaillement selon la présente invention; - les figures 5A et 5B sont respectivement une vue de face et une vue de profil d'un outil de cisaillement; - les figures 6A et 6B, ainsi que 7A et 7B sont respectivement une vue de face et une vue de profil d'un outil de poinçonnage, respectivement dans le mode de réalisation préférentiel et dans une variante envisageable; - les figures 8A à 8F illustrent l'étape de formage selon l'invention; et - les figures 9A à 9D illustrent de façon plus détaillée le tube au niveau de l'une des fentes réalisées selon la présente invention. Les dessins annexés sont, pour l'essentiel, de caractère certain. En conséquence, ils sont à considérer comme partie intégrante de la présente description, et pourront non seulement servir à mieux faire comprendre celle-ci, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. Sur la figure 1, l'échangeur est constitué de deux tubes collecteurs TC1 et TC2, possédant respectivement une tubulure d'arrivée TA et une tubulure de sortie TS. Le tube TC1 est muni de cloisons extrêmes CL10 et CL19 ainsi que d'une cloison intermédiaire CL15. De même, le tube TC2 est muni de cloisons CL20 et CL29 à ses extrémités CL25 en partie intermédiaire. Entre les deux tubes collecteurs TC1 et TC2, et en communication par leurs extrémités avec ceux-ci, sont montés des tubes de transfert TT1 à TT8. Entre ceux-ci, et compte tenu d'une paroi supérieure PS0 et d'une paroi inférieure PI9, sont montés par exemple neuf intercalaires d'échange thermique IE1 à IE9. Le circuit de fluide obtenu est illustré sur la figure 1. Les figures 2A et 2B montrent un exemple plus détaillé de tube collecteur, qui en l'espèce comporte plusieurs cloisons intermédiaires. La figure 2B montre que les fentes sont réalisées avec un pas P, et au nombre de N, ce qui implique que la distance entre deux fentes extrêmes est (n-l).P. Dans une variante, au lieu de deux tubes collecteurs, on prévoit des tubes de transfert de formes différentes, qui peuvent alors revenir sur le même tube collecteur. En référence aux figures 3A et 3B, le tube collecteur TC est monté sur un support S, défini par un bâti S1, dont la partie inférieure loge exactement le tube, et reçoit de façon amovible un capot S2, conformé pour s'adapter au bas du tube TC. Dans le bâti S1, des passages traversants horizontaux, tel S10 permettent le passage d'outils de cisaillement, tel OC, avec ici un guidage supérieur en Sll. Chaque outil de cisaillement est susceptible de translations alternées de la gauche vers la droite et inversement. La forme d'un outil de cisaillement est illustrée sur les figures SA et 5B, avec un angle a inférieur à 45 . Depuis le haut du bâti S1 jusqu'au passage S10, d'autres passages non-traversants verticaux, tel S15, permettent le passage d'outils de formage, tel OF, avec guidage bilatéral. Les outils de formage OF sont susceptibles d'être translatés alternativement de bas en haut et inversement. La forme d'un outil de formage est illustrée sur les figures 6A et 6B, ou, en variante 7A et 7B. Les outils de cisaillement comme les outils de formage peuvent être articulés sur des chariots-pousseurs, eux-mêmes fixés sur un équipage mobile, soit horizontal dans le cas des outils de cisaillement, soit vertical dans le cas des outils de formage (l'ensemble non représenté). Chaque équipage mobile porte ainsi N outils, soit de cisaillement, soit de formage, en principe équidistants. Il est maintenant fait référence aux figures 4A à 4C. Les outils de cisaillement OC sont positionnés de telle sorte que leurs points de coupe soient à la distance voulue I par rapport au plan horizontal passant par l'axe du tube TC. L'attaque de l'outil de cisaillement OC produit un début de copeaux CC (figure 4B), qui se détachent vers l'extérieur après retrait de l'outil, dans la mesure où l'angle de coupe de celui-ci est convenablement choisi. Le résultat de cette première opération est visible sur la figure 4C. On obtient une pré-fente dont la largeur dl est sensiblement égale à celle de la fente définitive destinée à loger le tube plat (par valeurs inférieures). La seconde opération est mise en oeuvre avec un outil de formage, qui présente de préférence la forme illustrée sur les figures 6A et 6B (bien qu'un outil de la forme illustrée aux figures 7A et 7B puisse également être envisagé). L'outil de formage OF des figures 6 comporte un bord d'attaque muni de deux faces biseautées OFll et OF12. En vue de face, ce bord d'attaque est constitué de deux segments OF21 et OF22 formant entre eux un angle aigu. Ces segments se raccordent à une partie intermédiaire OF30 de section droite sensiblement rectangulaire. Il est prévu un épaulement OF40, dont la forme est choisie pour établir un chanfrein du tube, comme on le verra ci-après, après quoi l'on trouve le corps d'outil OF50. Il est maintenant fait référence aux figures 8A à 8F. L'outil de formage rentre dans chaque pré-fente, dans un sens sensiblement perpendiculaire à celui qui a été utilisé pour l'action de l'outil de cisaillement. La figure 8A illustre l'outil de formage avant son entrée dans la fente. Dans la position de la figure 8B, l'outil de formage a avancé. Au moment où l'extrémité terminale des segments OF21 et OF22 pénètre le tube, la fente est amenée à sa dimension et à sa forme d'extrémité définitives. Après cela, l'épaulement OF40 (figure 8C) va évaser légèrement les extrémités des fentes, et si on le souhaite arrondir légèrement le bord supérieur de la fente. Dans son mouvement aller à l'intérieur de cette fente, l'outil de formage OF vient fendre la matière de l'extrémité ou bord de la pré-fente, jusqu'à la taille de la fente désirée. Cette matière est repoussée et laminée par l'outil vers l'intérieur du tube de manière à ce qu'elle soit perpendiculaire aux parois de la fente définitive en créant des bavures B10 et B11 d'un côté de la fente, ainsi que B12 et B13 de l'autre côté. Ceci peut être obtenu en prévoyant que les outils de formage ont une épaisseur sensiblement égale (par valeurs supérieures) à celle des outils de cisaillement, et une largeur sensiblement égale à celle désirée pour la fente, donc sensiblement égale (par valeurs supérieures) à celle des outils de cisaillement. La Demanderesse a observé que ces bavures internes ne sont pas détachables, qu'elles présentent individuellement un profil sensiblement continu, et qu'elles s'étendent, par leurs petits côtés, sur environ 1 mm. Dans certains cas, il est même possible d'obtenir une seule bavure continue, au lieu des deux bavures B10 et B11. La comparaison des figures 8D et 8E montre le passage de la pré-fente à la fente définitive, et notamment le passage de la longueur de fente de dl à d2. Les figures 9A à 9D montrent l'allure finale d'une fente, les plans de coupe étant pris en référence aux figures 2A et 2B. La figure 9A montre que la longueur D2 de la fente se décompose en deux parties égales D20 et D21 par rapport à l'axe de symétrie du tube. A ses extrémités, la fente est évasée, comme indiqué par les angles b de la figure 9A. Le détail D illustré sur la figure 9B montre le rapport entre la hauteur de fente h et la longueur 1 de la zone évasée précitée, ainsi que le rayon de raccordement R1 entre cellesci. Les figures 9C et 9D montrent respectivement la fente obtenue dans une partie du tube collecteur, ainsi que l'allure des bavures B10 et B11. Le fait d'élargir les extrémités des fentes par l'outil de formage produit également un repoussement de matière, qui se traduit par une prolongation des bavures internes, ainsi que par l'apparition d'un léger bourrelet aux extrémités de la fente. Cette double action convient particulièrement pour la fixation d'extrémités plates de tubes coupés droit, dans la mesure où elles compensent en partie la rotondité du tube collecteur. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Par exemple, au lieu que les fentes soient d'orientation strictement perpendiculaire par rapport à l'axe du tube, elles peuvent aisément être réalisées avec une légère obliquité par rapport à celui-ci. Bien que dans de nombreux échangeurs de chaleur pour véhicules, le fluide utilisé soit de l'eau, il est envisageable d'utiliser l'échangeur selon la présente invention avec différents autres fluides avantageux, liquides et/ou gazeux. En outre, bien que l'invention soit particulièrement avantageuse avec des tubes plats revêtus à l'avance d'une composition de brasage, il est envisageable de fixer ces tubes plats sur le tube collecteur par des moyens équivalents. Enfin, la présente invention n'est pas limitée à l'objet de la description, en ce qui concerne la forme générale des tubes, en particulier du tube collecteur, qui n'est pas nécessairement rond, ni quant à la forme des tubes plats, qui peuvent être plats seulement à leurs extrémités, ni encore à la forme particulière donnée aux outils de cisaillement et de formage, que l'on pourra remplacer par des outils équivalents, dans la mesure où ils fournissent des bavures internes obliques non détachables et possédant une continuité suffisante. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur pour véhicule, dans lequel: a) on usine des fentes transversales (F1-FN) dans au moins un tube collecteur de fluide (TC), b) on insère dans ces fentes les extrémités de tubes plats de transfert (TT1-TT8), et c) on chauffe l'ensemble, pour fixer les tubes de transfert de façon étanche sur le tube collecteur, caractérisé en ce que l'étape a) comprend: al) la solidarisation d'un tube collecteur (TC) sur un support, a2) la découpe de fentes (FA) par passage d'une pluralité d'outils de cisaillement (OC), et a3) l'enfoncement dans les fentes (FA) d'une pluralité d'outils de formage propres à produire des bavures internes non détachables (B10-B13), et en ce qu'à l'étape c) la fixation des tubes de transfert (TT) sur le tube collecteur (TC) s'effectue au moins en partie sur lesdites bavures conformées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape a) comprend en outre: a4) la répétition des étapes al) à a3) pour un second tube collecteur (TC2), en ce que l'étape b) est menée en insérant les extrémités opposées des tubes de transfert dans les fentes des deux tubes collecteurs (TC1,TC2), respectivement, et et en ce qu'à l'étape c) la fixation des tubes de transfert (TT) s'effectue simultanément sur les deux tubes collecteurs (TC1,TC2). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape a2) comprend la découpe de pré-fentes (FA) situées dans les positions des fentes, à l'aide d'une pluralité d'outils de cisaillement, entrainés en translation, ces pré-fentes possédant sensiblement la largeur désirée pour les fentes, mais des longueurs légèrement inférieures à celle des fentes définitives, et en ce qu'à l'étape a3), les outils de formage ont une épaisseur sensiblement égale à celles des outils de cisaillement, et une longueur sensiblement égale à celle désirée pour la fente, ce qui donne aux fentes (FB) leur forme définitive, tout en produisant les bavures. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle de coupe des outils de cisaillement (OC) est inférieur à environ 45 , de sorte que les copeaux cisaillés (CC) sont repoussés à l'extérieur du tube. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les outils de formage (OF) présentent un bord d'attaque à double biseau. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les outils de formage (OF) présentent un bord d'attaque en deux segments symétriques formant un angle aigu. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le bord d'attaque des outils de formage (OF) est suivi d'un épaulement périphérique permettant la réalisation d'un chanfrein facilitant l'introduction de l'extrémité d'un tube de transfert dans une fente. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les outils de formage ( OF) réalisent à l'extrémité des fentes un bourrelet vers l'extérieur. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) comprend également l'insère tion d'intercalaires d'échange thermique (IE) entre les tubes plats de transfert, tandis que la fixation de l'étape c) relie en même temps les intercalaires d'échange thermique (IE) aux tubes de transfert. 10. Echangeur de chaleur pour véhicule, du type comprenant au moins un tube collecteur de fluide (TC1), muni de fentes transversales F1..FN), dans lesquelles sont fixées, en particulier par brasage, les extrémités de tubes plats de transfert (TT), caractérisé en ce que ces extrémités de tubes plats (TT) sont au moins en partie fixées sur des bavures internes conformées desdites fentes.