Brevet FR2720490A1 — publié le 19951201

Plaque collectrice renforcée pour échangeur de chaleur L'invention concerne une plaque collectrice destinée à délimiter le volume intérieur d'une boîte à fluide d'un échangeur de chaleur, notamment d'un radiateur de refroidis- sement de véhicule automobile, et présentant des ouvertures pour le passage de tubes de circulation de fluide ménagées dans une région sensiblement plane de la plaque qui se raccorde à au moins une région incurvée de forme générale cylindrique s'écartant du plan de la région plane du côté dudit volume intérieur. De telles plaques collectrices sont utilisées en particulier dans des radiateurs servant au refroidissement de l'air de suralimentation de véhicules automobiles, dans lesquels l'air de suralimentation, qui circule dans la boîte à fluide et dans les tubes, est à une pression importante et à une température qui peut dépasser 100 C. Il en résulte pour la plaque collectrice des contraintes mécaniques et thermiques qui peuvent, notamment lorsqu'elle est en alliage d'alumi- nium, entraîner une fissuration le long de la génératrice de la région incurvée, cette dernière ayant déjà subi une fatigue lors de l'opération de cintrage qui a permis de l'obtenir. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients, et de fournir une plaque collectrice pouvant résister sans défaillance à de fortes contraintes mécaniques et thermiques. L'invention vise notamment une plaque collectrice du genre défini en introduction, et prévoit que ladite forme cylindri- que est interrompue, sans discontinuité de matière, par une multiplicité de zones en retrait réparties le long de sa génératrice et s'étendant chacune sur toute sa longueur d'arc, les faces interne et externe de la plaque étant décalées vers l'intérieur et son épaisseur augmentée, au niveau des zones en retrait, par rapport aux faces et à l'épaisseur correspondant à la forme cylindrique. L'augmentation d'épaisseur constatée dans les zones en retrait peut s'expliquer par la nécessité de compenser, à volume constant, la diminution de la dimension de celle-ci dans la direction de la longueur d'arc, due au décalage de la matière vers le centre de courbure. On suppose que cette augmentation d'épaisseur localisée empêche la propagation, le long de la génératrice, de contraintes ou de déformations qui pourraient conduire à la rupture. D'autres caractéristiques, complémentaires ou alternatives, de la plaque collectrice selon l'invention sont énoncées ci- après: - Chaque zone en retrait présente, dans un plan parallèle à la génératrice et traversant l'épaisseur de la plaque, un profil en forme de créneau arrondi et/ou à flancs évasés. - La région incurvée se raccorde, aux deux extrémités de sa longueur d'arc respectivement, à ladite région plane et à une région marginale s'étendant sensiblement selon un plan perpendiculaire à celui de la précédente. - Les faces de la région incurvée sont sensiblement tangentes à celles de la région plane et le cas échéant à celles de la région marginale. - La région plane est de forme allongée et se raccorde par ses deux côtés sensiblement parallèles à deux régions incurvées respectivement présentant lesdites zones en retrait. - Lesdites zones en retrait s'étendent de façon continue de l'une à l'autre des deux régions incurvées en interrompant la forme plane de ladite région plane, chacune desdites ouvertu- res étant située entre deux zones en retrait voisines. - Elle est réalisée en alliage d'aluminium. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une plaque collectrice telle que définie ci-dessus, dans lequel on part d'une plaque sensiblement plane et d'épaisseur sensiblement uniforme, on repousse la matière de la plaque, perpendiculairement à son plan, en des zones mutuellement espacées et alignées dans ce plan, on cintre au moins une région de la plaque pour lui donner une forme générale cylindrique en l'écartant du plan initial de la plaque dans le sens o la matière a été repoussée, la génératrice de ladite forme cylindrique étant parallèle à la direction d'alignement desdites zones et ces dernières s'étendant sur toute la longueur d'arc de la forme cylindrique, lesdites ouvertures étant réalisées, avant, pendant ou après les opérations précédentes, dans la région de la plaque qui subsiste dans le plan initial. L'invention vise encore un échangeur de chaleur, notamment un radiateur de refroidissement de véhicule automobile, compre- nant une boîte à fluide dont le volume intérieur est délimité par une plaque collectrice telle que définie plus haut et communique avec des tubes de circulation de fluide traversant lesdites ouvertures. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront exposés plus en détail dans la description ci-après, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'une plaque collectrice connue; - la figure 2 est une vue partielle de dessus, à plus grande échelle, d'une plaque collectrice selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des vues partielles en coupe selon la ligne III-III de la figure 5 et selon la ligne IV-IV de la figure 2; les figures 5 et 6 sont des vues en coupe selon les lignes V-V et VI-VI de la figure 2 respectivement, la figure 6 montrant la plaque collectrice dans une étape intermédiaire de sa fabrication; et - la figure 7 représente des profils de la plaque collectrice selon les figures 2 à 6. La figure 1 représente une plaque collectrice connue 1 destinée à faire partie d'un radiateur de refroidissement d'air de suralimentation d'un véhicule automobile. Cette plaque collectrice a la même forme générale que la plaque collectrice selon l'invention qui sera décrite en détail plus loin en relation avec les figures 2 à 6. Elle est réalisée à partir d'un rectangle allongé en tôle d'alliage d'aluminium, et comprend une région plane 2 de forme rectangulaire allongée, reliée sur ses deux côtés longitudinaux respective- ment à des bords relevés 3, 4 s'étendant tous deux en avant du plan de la figure, par l'intermédiaire de régions incur- vées en quart de cercle. La région plane médiane 2 est percée d'ouvertures 5 alignées dans la direction longitudinale de la plaque, destinées au passage de tubes pour la circulation de l'air à refroidir, chacune de ces ouvertures ayant la forme générale d'un rectangle allongé perpendiculairement à la direction longitudinale de la plaque. On retrouve dans la plaque collectrice 1 illustrée aux figures 2 à 6 la région plane médiane 2, les bords relevés 3 et 4 et les ouvertures 5. Les bords 3 et 4, qui s'étendent selon des plans perpendiculaires à celui de la région médiane 2, se raccordent à celle-ci par des régions respectives 6, 7 incurvées en quart de cercle. De façon connue, cette forme générale est obtenue en déformant une plaque initialement plane de façon que les régions situées de part et d'autre de la région médiane 2 s'éloignent de ce plan en formant les régions incurvées cylindriques 6, 7 et les régions marginales planes 3, 4. Selon l'invention, avant l'opération de cintrage des régions 6 et 7, la matière de la plaque est repoussée, dans des zones 8 réparties dans la direction longitudinale de la plaque, du même côté que le déplacement de la matière pour la réalisa- tion des régions incurvées, c'est-à-dire vers la droite des figures 5 et 6. Le résultat de ce repoussage, avant la réalisation des régions incurvées, est montré dans la moitié supérieure de la figure 6. On voit que la zone 8 forme une rainure 9 et une nervure 10 allongées perpendiculairement à la direction longitudinale de la plaque et disposées en vis-à-vis l'une de l'autre respectivement dans la face interne et dans la face externe, tournées vers la gauche et vers la droite de la figure 6. Cette rainure et cette nervure s'étendent sur toute la largeur de la région médiane 2 et de la région 7' destinée à former, après cintrage, la région incurvée 7. La rainure 9 et la nervure 10 s'étendent égale- ment, symétriquement par rapport au plan longitudinal médian de la plaque, sur toute la largeur de la région destinée à former la région incurvée 6, cette dernière étant montrée déjà réalisée sur la figure 6. Dans la plaque collectrice terminée, elles s'étendent sans interruption de la région marginale 3 à la région marginale 4, en s'arrêtant à une certaine distance des bords libres de ces dernières. Le prolongement des zones en retrait 8, d'une région incurvée à l'autre, sur toute la largeur de la région plane 2, permet à la plaque collectrice d'absorber sans déformations permanen- tes de fortes dilatations thermiques, comme décrit dans FR-A-2 538 526. Dans les applications o cette fonction n'est pas nécessaire, les zones en retrait peuvent être limitées aux régions incurvées. On a dessiné sur la figure 7 le profil de la plaque collec- trice comme vu dans le plan de la figure 5, dans la région incurvée 6 et au voisinage de celle-ci, en trait plein pour la plaque collectrice selon l'invention et en trait interrom- pu pour la plaque collectrice connue selon la figure 1. Dans le cas de la plaque collectrice connue, l'épaisseur de paroi finale est sensiblement uniforme et égale à l'épaisseur de la plaque plane de départ, par exemple 2,90 mm. Pour la plaque collectrice selon l'invention, l'épaisseur e0, à mi-largeur de la zone en retrait 8, dans la région médiane plane 2, reste encore sensiblement égale à l'épaisseur initiale. En revan- che, dans la région incurvée 6, l'épaisseur est augmentée et passe par un maximum e., sensiblement à mi-longueur d'arc, pour lequel on a relevé des valeurs de 3,20 à 3,50 mm. Le profil des rainures 9 et des nervures 8, comme vu dans un plan perpendiculaire à leur direction longitudinale, est déterminé par les outils servant à repousser la matière pour former les zones en retrait 8. Ce profil est avantageusement en créneau arrondi et à flan évasé, comme on le voit aux figures 3 et 4, de façon à minimiser les contraintes mécani- ques. On voit également que chaque zone en retrait 8 occupe, dans la direction longitudinale de la plaque collectrice, une longueur petite par rapport à la longueur des zones comprises entre deux zones 8 voisines, ces zones intermédiaires conservant une forme plane ou cylindrique, sauf dans les parties déformées par le poinçonnage des ouvertures 5. Une ouverture 5 est ménagée dans chacune de ces zones intermé- diaires. Revendications 1. Plaque collectrice (1) destinée à délimiter le volume intérieur d'une boîte à fluide d'un échangeur de chaleur, notamment d'un radiateur de refroidissement de véhicule automobile, et présentant des ouvertures (5) pour le passage de tubes de circulation de fluide ménagées dans une région sensiblement plane (2) de la plaque qui se raccorde à au moins une région incurvée (6, 7) de forme générale cylindri- que s'écartant du plan de la région plane du côté dudit volume intérieur, caractérisée en ce que ladite forme cylindrique est interrompue, sans discontinuité de matière, par une multiplicité de zones en retrait (8) réparties le long de sa génératrice et s'étendant chacune sur toute sa longueur d'arc, les faces interne et externe de la plaque étant décalées vers l'intérieur et son épaisseur augmentée, au niveau des zones en retrait, par rapport aux faces et à l'épaisseur correspondant à la forme cylindrique. 2. Plaque collectrice selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que chaque zone en retrait présente, dans un plan parallèle à la génératrice et traversant l'épaisseur de la plaque, un profil en forme de créneau arrondi et/ou à flancs évasés. 3. Plaque collectrice selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la région incurvée (6, 7) se raccorde, aux deux extrémités de sa longueur d'arc respecti- vement, à ladite région plane (2) et à une région marginale (3, 4) s'étendant sensiblement selon un plan perpendiculaire à celui de la précédente. 4. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les faces de la région incurvée sont sensiblement tangentes à celles de la région plane et le cas échéant à celles de la région marginale. 5. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la région plane est de forme allongée et se raccorde par ses deux côtés sensiblement parallèles à deux régions incurvées respectivement (6, 7) présentant lesdites zones en retrait (8). 6. Plaque collectrice selon la revendication 5, caractéri- sée en ce que lesdites zones en retrait s'étendent de façon continue de l'une à l'autre des deux régions incurvées en interrompant la forme plane de ladite région plane, chacune desdites ouvertures (5) étant située entre deux zones en retrait (8) voisines. 7. Plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en alliage d'aluminium. 8. Procédé de fabrication d'une plaque collectrice selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on part d'une plaque sensiblement plane et d'épaisseur sensiblement uniforme, on repousse la matière de la plaque, perpendiculai- rement à son plan, en des zones (8) mutuellement espacées et alignées dans ce plan, on cintre au moins une région (7') de la plaque pour lui donner une forme générale cylindrique en l'écartant du plan initial de la plaque dans le sens o la matière a été repoussée, la génératrice de ladite forme cylindrique étant parallèle à la direction d'alignement desdites zones et ces dernières s'étendant sur toute la longueur d'arc de la forme cylindrique, lesdites ouvertures (5) étant réalisées, avant, pendant ou après les opérations précédentes, dans la région (2) de la plaque qui subsiste dans le plan initial. 9. Échangeur de chaleur, notamment radiateur de refroidis- sement de véhicule automobile, comprenant une boîte à fluide dont le volume intérieur est délimité par une plaque collec- trice (1) et communique avec des tubes de circulation de fluide traversant des ouvertures (5) ménagées dans une région sensiblement plane (2) de la plaque qui se raccorde à au moins une région incurvée (6, 7) de forme générale cylindri- que s'écartant du plan de la région plane du côté dudit volume intérieur, caractérisé en ce que la plaque collectrice est conforme à l'une des revendications 1 à 7. 10. Échangeur de chaleur selon la revendication 9 pour le refroidissement de l'air de suralimentation du moteur thermique d'un véhicule automobile.