Brevet FR2787180A1 — publié le 20000616

i Tube plié pour échangeur de chaleur et procédé pour sa conformation L'invention concerne un tube plié pour un échangeur de chaleur tel que, par exemple, un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un tel tube comprenant une bande métallique pliée sur elle-même pour délimiter deux canaux parallèles séparés par une entretoise, laquelle résulte de la réunion de deux bordures de la bande qui sont pliées chacune à angle droit vers l'intérieur du tube à partir d'une face externe du tube en formant un bord extérieur plié. On connaît déjà des tubes pliés de ce type qui présentent une section transversale de forme aplatie et qui possèdent deux grandes faces planes et parallèles, réunies entre elles par deux petites faces incurvées. De tels tubes servent à former un faisceau obtenu par un empilement alterné de tubes disposés en parallèle et d'intercalaires ondulées, formant ailettes d'échange de chaleur, qui s'étendent entre les grandes faces des tubes. Ensuite, les extrémités des tubes sont reçues dans des trous de forme appropriée que ménagent des plaques collectrices qui sont coiffées par des boîtes collectrices. Puis, l'ensemble est brasé dans un four approprié pour constituer un échangeur de chaleur. Dans la plupart des tubes connus de ce type, le bord exté- rieur plié présente une forme en arc de cercle qui résulte de l'opération de pliage, si bien qu'il se crée toujours une dépression à la surface du tube à l'emplacement o la bordure est pliée vers l'intérieur. Il est donc nécessaire de combler cette dépression, d'une part pour assurer la continuité de chacune des grandes faces du tube dans les régions proches de Ift= ru l'entretoise et, d'autre part pour assurer l'étanchéité de la liaison entre les tubes et les plaques collectrices de l'échangeur de chaleur. Ceci soulève une difficulté pratique car il est difficile de remplir convenablement cette dépres- sion de brasure, lors de la fabrication du tube. On connaît aussi des tubes de ce type dans lesquels le bord extérieur plié présente une arête extérieure vive, ce qui permet de supprimer la dépression mentionnée ci-dessus. Cependant la conformation d'un bord extérieur à arête vive pose des difficultés pratiques de réalisation. De plus les tubes connus du type précité ont tous pour inconvénient de ne pas permettre un bon maintien des interca- laires ondulés, ce qui nécessite généralement de recourir à des outillages spécifiques pour maintenir ces intercalaires en position correcte pendant le brasage de l'échangeur de chaleur. L'invention vise notamment à pallier cet inconvénient et, en particulier, à réaliser un tube par pliage, qui ne présente pas de dépression à l'emplacement o la bordure est pliée vers l'intérieur et qui contribue au maintien des intercalai- res ondulés qui lui sont adjacents. L'invention propose à cet effet un tube plié du type défini en introduction, dans lequel chacun des bords extérieurs pliés comporte un renflement saillant qui s'étend au moins du côté de la face externe de la bande. Il en résulte que chacune des bordures est pliée à angle droit en formant un renflement saillant, en sorte que les deux bordures peuvent être réunies sans former de dépression. Ainsi, lors d'une opération de brasage ultérieure, la continuité de chacune des grandes faces du tube dans les régions proches de l'entretoise est automatiquement assurée. Ceci garantit aussi l'étanchéité de la liaison entre les tubes et les plaques collectrices de l'échangeur de chaleur. !I;t [X. De plus, ces renflements saillants améliorent le maintien des intercalaires ondulés en pénétrant dans ces derniers, ce qui évite de recourir à des outillages spécifiques pour assurer ce maintien pendant le brasage. Par ailleurs, ces renflements saillants contribuent à l'appui des bordures contre la face interne du tube, qui est opposée à la face externe. Le renflement saillant peut s'étendre seulement du côté de la face externe de la bande, ou bien à la fois du côté de la face externe et du côté de la bordure de la bande. De préférence, le renflement saillant a une dimension de 0,05 à 0,5 mm. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune des bordures est reliée à une face interne du tube en formant un congé ayant un profil sensiblement en quart de cercle. Selon une autre caractéristique de l'invention, les faces externes auxquelles se raccordent les bordures forment conjointement une grande face plane du tube. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le tube comprend deux grandes faces planes réunies par deux petites faces incurvées. Le tube selon l'invention est formé en une matière métallique susceptible d'être pliée, en particulier en aluminium ou en matière à base d'aluminium. Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de conformation d'un tube tel que défini précédemment, ce procédé comprenant les opérations suivantes: a) prévoir une bande métallique plane de largeur choisie délimitée par deux bords longitudinaux parallèles; i i Ft. b) déformer en continu chacune de deux régions marginales de la bande pour réaliser par pliage une bordure plane formant un angle obtus variable avec une région centrale de la bande qui s'étend entre les bordures, en sorte que chaque bordure se raccorde avec la région centrale par une région pliée de profil choisi; c) poursuivre la déformation de la bande jusqu'à ce que chacune des bordures se raccorde à la région centrale avec un angle droit; et d) conformer la région pliée de manière à former un angle de 900 présentant un bord extérieur plié comportant un renfle- ment saillant. Dans une forme de mise en oeuvre du procédé, on prévoit que dans l'opération b) la région pliée comporte une nervure à profil arrondi qui fait saillie du côté de l'angle rentrant, que dans l'opération c) la nervure en saillie est conservée, et que dans l'opération d) la nervure en saillie est écrasée pour former le renflement saillant. Selon une variante du procédé, on prévoit que dans l'opéra- tion b) la région pliée comporte un pli à profil arrondi, que dans l'opération c) le pli est conservé, et que dans l'opération d) on fait fluer la matière de la bordure de manière à combler l'espace intérieur de l'angle droit et à obtenir le renflement saillant. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune des opérations b), c) et d) est effectuée par au moins un jeu de molettes comprenant une molette et une contre-molette. Avantageusement, le procédé comprend ensuite au moins une opération supplémentaire consistant à: e) déformer en continu la bande de manière à rapprocher l'une contre l'autre les deux bordures pliées afin qu'elles constituent conjointement une entretoise aboutissant jusqu'à M - Fui - ' la région centrale de la bande pour réaliser un tube à deux canaux parallèles. De préférence, l'opération e) comprend la déformation de la région centrale pour former une grande face plane reliée par deux petites faces incurvées à une grande face plane opposée comprenant deux parties coplanaires s'étendant de part et d'autre des bordures pliées. Sous un autre aspect, l'invention concerne un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes tel que défini précédemment ou tel qu'obtenu par le procédé ci-dessus. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'extrémité d'un tube plié selon l'invention; - la figure 2 est un détail à échelle agrandie de la figure 1; - la figure 3 est une vue d'extrémité d'un tube selon l'invention au cours de différentes phases de pliage, après formation préalable des bordures pliées à angle droit; - la figure 4 montre une extrémité d'une bande au début d'une opération de pliage pour former une bordure pliée; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 au cours d'une opération ultérieure; - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 5 au cours d'une opération ultérieure correspondant au pliage d'une bordure à angle droit avec arête vive; - les figures 7, 8 et 9 montrent respectivement trois jeux de molettes (représentées partiellement) permettant de réaliser respectivement les profils des figures 4, 5 et 6; - la figure 10 est une vue partielle en perspective éclatée d'un échangeur de chaleur comportant des tubes pliés selon l'invention; - la figure 11 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur comportant des tubes pliés selon l'invention; la figure 12 est une vue d'extrémité analogue à la figure 1 montrant un tube et un intercalaire ondulé; - la figure 13 représente un détail à échelle agrandie de la figure 12; - la figure 14 représente un détail analogue à celui de la figure 13 dans une variante de réalisation; - la figure 15 représente un détail analogue à celui de la figure 13 dans une autre variante de réalisation; et - la figure 16 est une vue analogue à la figure 5 montrant une bande en cours de pliage, telle qu'obtenu par une variante de mise en oeuvre du procédé; - la figure 17 montre un jeu de molettes permettant de réaliser le profil de la figure 16; - la figure 18 est une vue analogue à la figure 16 montrant la bande avant une opération de fluage; - la figure 19 montre un de molettes permettant de réaliser le profil de la figure 20; et - la figure 20 est une vue analogue aux figures 16 et 18 montrant la bande après l'opération de fluage. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un tube plié 10, encore appelé tube plat ou aplati, réalisé à partir d'une tôle métallique pliée et brasée, avantageusement en Fi -TT -- V aluminium ou alliage à base d'aluminium. Le tube 10 est constitué d'une bande métallique repliée de manière à former l'enveloppe de deux canaux parallèles 12 et 14. Ces canaux sont séparés par une entretoise 16 réalisée par le repliement à 90 de deux bordures 18a et 18b de la bande métallique. Ces bordures sont réalisées par un repliement à partir d'une face externe 20a, respectivement 20b, du tube et elles sont réunies l'une contre l'autre de manière à être adossées pour former conjointement l'entretoise 16. Ainsi, les faces externes respectives 20a et 20b forment conjointement une grande face plane du tube 10, laquelle est raccordée à une autre grande face plane 22 par deux petites faces incurvées 24 et 26. Comme on peut le voir plus particulièrement sur le détail de la figure 2, chacune des bordures 18a et 18b est pliée rigoureusement à angle droit par rapport à la face externe correspondante 20a, 20b en formant un bord extérieur plié 28a, 28b qui comporte un renflement saillant 29a, 29b. Chaque renflement 29a, 29b s'étend du côté de la face externe correspondante 20a, 20b et possède une dimension d (figure 14) qui est comprise entre 0,05 et 0,5 mm. Il en résulte que les deux bordures peuvent être réunies entre elles sans former de dépression entre les bord exté- rieurs pliés 28a et 28b, comme c'était généralement le cas dans la technique antérieure. Les bords 28a et 28b sont côte à côte, si bien que les faces externes 20a et 20b sont dans le prolongement l'une de l'autre, sans discontinuité. Comme on peut le voir également sur le détail de la figure 2, chacune des bordures 18a, 18b est reliée à une face interne a, 30b du tube en formant un congé 31a, 31b ayant un profil sensiblement en quart de cercle. Le tube 10 décrit précédemment peut être obtenu par conforma- tion d'une bande métallique (figure 3) qui présente deux bords longitudinaux parallèles 32a et 32b. Au début de i17 1 l'opération, la bande métallique est plane, si bien que les bords 32a et 32b se trouvent à l'opposé l'un de l'autre, comme montré en trait interrompu sur la figure 3. La confor- mation du tube s'effectue par des opérations de pliage en continu qui débutent d'abord par la formation simultanée des bordures pliées 18a et 18b. On décrira maintenant, en référence aux figures 4 à 9, la conformation de la bordure pliée 18a, remarque étant faite que la conformation de la bordure pliée 18b s'effectue de manière similaire, et simultanément. On commence d'abord par plier une région marginale de la bande métallique, qui s'étend à partir du bord longitudinal 32a, pour former une bordure 18a qui forme un angle obtus A par rapport à une région centrale 34 de la bande. Ainsi, cette région centrale 34 est encadrée par les deux bordures 18a et 18b. Au début, la valeur de l'angle A est de 180 et elle diminue progressivement en passant par une phase intermédiaire, comme montré à la figure 4, dans laquelle la valeur de cet angle est de l'ordre de 135 . Conformément à l'invention, il est essentiel, pour obtenir ultérieurement un bord extérieur plié 18a présentant un renflement saillant 29a, de former une nervure 36 à profil arrondi qui fait saillie du côté de l'angle rentrant corres- pondant B (angle qui, par nature, est supérieur à 180 ). Cette nervure 36 présente un profil arrondi qui a sensible- ment la forme d'un arc de cercle et qui doit être déformé progressivement pour former l'arête 28 à angle vif. On poursuit ensuite la déformation de la bande jusqu'à ce que la bordure 18a (de même que la bordure 18b) se raccorde à la région centrale 34 avec un angle droit, tout en conservant la nervure en saillie 36. On parvient ainsi à une phase intermé- diaire telle que représentée sur la figure 5. Dans cette position, l'angle A est de 90 , l'angle B de 270 et la nervure 36 présente toujours une forme en arc de cercle et fait toujours saillie du côté de l'angle rentrant B. nIl u i - Ensuite, on déforme la bande au niveau du raccordement de la bordure 18a et de la région centrale 34 de manière à écraser la nervure 36 et à obtenir un bord extérieur 28a plié à 90 et présentant un renflement saillant 29a, comme montré à la figure 6. Le raccordement du côté intérieur s'effectue par un congé 31a en quart de cercle. Un congé analogue 31b est réalisé au raccordement de la bordure 18b et de la face externe 20b (voir figure 2). La déformation des deux régions marginales de la bande pour former les bordures 18a et 18b s'effectue par au moins trois jeux de molettes rotatives. Pour réaliser le profil de la figure 4, on utilise une molette 40 et une contre-molette 42 de profils complémentaires comme montré à la figure 7. Pour réaliser le profil de la figure 5, on utilise un jeu de molettes comprenant une molette 44 et une contre- molette 46 de profils complémentaires, comme montré à la figure 8. Pour réaliser le profil de la figure 6, on utilise un jeu de molettes comprenant une molette 48 et une contre-molette 50 de profils complémentaires, comme montré à la figure 9. Ensuite, pour former complètement le tube, on rapproche l'une contre l'autre les deux bordures pliées 18a et 18b afin qu'elles constituent conjointement l'entretoise 16, comme le montre la figure 3. Ces opérations de rapprochement sont réalisées en continu par des jeux de molettes appropriées pour réaliser les petites faces incurvées 24 et 26, qui ont chacune un profil sensiblement en demi-cercle. Cette déforma- tion se poursuit jusqu'à ce que l'extrémité de l'entretoise 16 vienne en butée contre la face intérieure de la partie centrale 14. A la fin de ces opérations, on obtient un tube qui présente le profil représenté à la figure 1, sans dépression à la jonction des deux bordures. Les tubes 10 peuvent être ensuite engagés dans des fentes 52 de deux plaques collectrices 54, dont une seule est représen- tée aux figures 10 et 11, sur lesquelles sont montées les boîtes collectrices d'extrémité de l'échangeur de chaleur. aIl FI Lors du montage, des intercalaires 56 de forme ondulée sont intercalées entre les tubes 10, et l'ensemble est ensuite assemblé définitivement par brasage. Du fait que, pour chacun des tubes 10, la réunion des bordures s'effectue sans création de dépression, la conti- nuité des grandes faces du tube est assurée dans les régions proches de l'entretoise. De plus, l'étanchéité de la liaison entre les extrémités des tubes et les plaques collectrices 54 est automatiquement assurée. En outre, comme on peut le voir sur les figures 12 et 13, lors de l'assemblage du faisceau de l'échangeur de chaleur, les renflements saillants 29a et 29b de chaque tube viennent pénétrer dans la matière des intercalaires ondulés 56 ce qui améliore le maintien de ces derniers spécialement lors de l'opération de brasage. La configuration des renflements saillants 29a et 29b est susceptible de nombreuses variantes. Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2 et celle des figures 12 et 13, les renflements font saillie seulement à partir des faces externes correspondantes 20a et 20b, si bien que les bordures 18a et 18b sont en contact mutuel. Par contre dans la forme de réalisation de la figure 14, les renflements 29a et 29b font saillie à la fois des faces externes correspondantes 20a et 20b et des bordures correspondantes 18a et 18b. La variante de la figure 15 s'apparente à celle des figures 1 et 2 et à celle des figures 12 et 13 si ce n'est que chacune des bordures 18a et 18b est ici raccordée à la face interne du tube par un côté oblique et non par un congé arrondi comme dans le cas des autre formes de réalisation décrites précédemment. On se réfère maintenant aux figures 16 à 19 pour décrire une variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 16 montre une extrémité d'une bande en cours de pliage, qui constitue une variante de la figure 5, dans laquelle la bordure l8a se raccorde par un angle droit A à la région centrale 34 par l'intermédiaire d'un pli 58 à angle droit qui présent un profil arrondi. Ce pli ne comporte pas de partie en saillie externe, contrairement à la nervure 36 de la figure 5. Pour obtenir le profil de la figure 16 on utilise un jeu de molettes comprenant une molette 60 et une contre-molette 62 de profils complémentaires, comme montré à la figure 17. Ces deux molettes permettent de former l'angle droit A et le pli 58 précité. Le profil de la figure 16 est tel que la bordure 18a s'étend sur une hauteur H1 qui est supérieure à la hauteur finale désirée pour l'entretoise du tube. Dans une opération ultérieure on fait fluer la matière constitutive de la bordure l8a, y compris celle du pli 58, pour combler l'espace intérieur de l'angle droit et obtenir un renflement saillant 29a analogue à celui décrit précédem- ment. Pour cela on utilise un jeu de molettes comprenant une molette 64 et une contre-molette 66 de profils complémentai- res coopérant avec un appui latéral. La molette 64 comporte un rebord 68 (figure 19) propre à venir en appui contre le bord longitudinal 32a de la bande métallique. Ceci permet de faire fluer la matière de la bordure si bien que, comme montré à la figure 18, la hauteur de la bordure est diminuée d'une valeur AH pour arriver à une hauteur H2 (figure 20) inférieure à la hauteur Hi (figure 18). En outre, la contre-molette 66 comporte un évidement 72 (figure 19) qui permet de recevoir la matière fluée pour former le renflement saillant 29a précité. ni -11r-- VU'W L'invention permet de réaliser différents types d'échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles, tels que par exemple des radiateurs de refroidissement du moteur ou encore des condenseurs de climatisation. i aTn1vu * 2787180 Revendications 1. Tube plié pour échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile, comprenant une bande métallique pliée sur elle-même pour délimiter deux canaux parallèles (12, 14) séparés par une entretoise (16), laquelle résulte de la réunion de deux bordures (18a, 18b) de la bande, qui sont pliées chacune à angle droit vers l'intérieur du tube à partir d'une face externe (20a, 20b) du tube en formant un bord extérieur plié (28a, 28b), caractérisé en ce que chacun des bords extérieurs pliés (28a, 28b) comporte un renflement saillant (29a, 29b) qui s'étend au moins du côté de la face externe (20a, 20b) de la bande. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renflement saillant (29a, 29b) s'étend seulement du côté de la face externe (20a, 20b) de la bande. 3. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renflement saillant (29a, 29b) s'étend à la fois du côté de la face externe (20a, 20b) et du côté de la bordure (18a, 18b) de la bande. 4. Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le renflement saillant (29a, 29b) a une dimension de 0,05 à 0,5 mm. 5. Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chacune des bordures (18a, 18b) est reliée à une face interne (30a, 30b) du tube en formant un congé (31a, 31b) ayant un profil sensiblement en quart de cercle. 6. Tube selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les faces externes (20a, 20b) auxquelles se raccordent les bordures (18a, 18b) forment conjointement une grande face plane du tube. HN1i VUï 7. Tube selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube comprend deux grandes faces planes (20a, 20b; 22) réunies par deux petites faces incurvées (24, 26). 8. Tube selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est formé en aluminium ou en alliage à base d'aluminium. 9. Procédé de conformation d'un tube selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: a) prévoir une bande métallique plane de largeur choisie délimitée par deux bords longitudinaux parallèles (32a, 32b); b) déformer en continu chacune de deux régions marginales de la bande pour réaliser par pliage une bordure plane (18a, 18b) formant un angle obtus variable (A) avec une région centrale (34) de la bande qui s'étend entre les bordures, en sorte que chaque bordure (18a, 18b) se raccorde avec la région centrale (34) par une région pliée (36;) de profil choisi; c) poursuivre la déformation de la bande jusqu'à ce que chacune des bordures (18a, 18b) se raccorde à la région centrale (34) par un angle droit; et d) conformer la région pliée (36;) de manière à former un angle (A) de 90 présentant un bord extérieur plié (28a, 28b) comportant un renflement saillant (29a, 29b). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans l'opération b) la région pliée comporte une nervure (36) à profil arrondi qui fait saillie du côté de l'angle rentrant (B), en ce que dans l'opération c) la nervure en saillie (36) est conservée, et en ce que dans l'opération d) la nervure en saillie (36) est écrasée pour former le renflement saillant (29a, 29b). 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans l'opération b) la région pliée comporte un pli () à profil arrondi, en ce que dans l'opération c) le pli est conservé, et en ce que dans l'opération d) on fait fluer la matière de la bordure (18a, 18b) de manière à combler l'espace intérieur de l'angle droit et à obtenir le renfle- ment saillant (29a, 29b). 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caracté- risé en ce que l'on effectue chacune des opérations b), c) et d) par au moins un jeu de molettes comprenant une molette (40; 44; 48; 60; 64) et une contre-molette (42; 46; 50; 62; 66). 13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, caracté- risé en ce qu'il comprend ensuite au moins une opération supplémentaire consistant à: e) déformer en continu la bande de manière à rapprocher l'une contre l'autre les deux bordures pliées (18a, 18b) afin qu'elles constituent conjointement une entretoise (16) aboutissant jusqu'à la région centrale (34) de la bande pour réaliser un tube (10) à deux canaux parallèles (12, 14). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération e) comprend la déformation de la région centrale (34) pour former une grande face plane (22) reliée par deux petites faces incurvées (24, 26) à une grande face plane opposée comprenant une partie coplanaire (20a, 20b) s'éten- dant de part et d'autre des bordures pliées (18a, 18b). 15. Echangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes (10) selon l'une des revendications 1 à 8 ou obtenu par un procédé selon l'une des revendications 9 à 14. I|ré -FVII