Brevet FR2825458A1 — publié le 20021206

pièce/d'un outil. 1 2825458 L' invention concerne un échangeur de chaleur, constitué d'un bloc de tubes et d'ailettes, et de boites à eau ou collecteurs qui comportent des plaques à tubes présentant des ouvertures de passage de forme ovale aplatie et un joint d'étanchéité en caoutchouc, ouvertures de passage dans lesquelles les extrémités de tubes sont maintenues de manière étanche par évasement, le s tubes prés entant éga lement une sect ion t ransvereale de forme ovale aplatie avec un grand axe a et un petit axe b, et étant reliés ou assemblés aux ailettes par évasement. Un échangeur de chaleur de ce type est connu d'après le document DE-A 198 36 015 de la demanderesse. L'échangeur de chaleur connu est un système assemblé mécaniquement, c'est à dire que les pièces constitutives individuelles, telles que les tubes, les ailettes, les plaques à tubes et le joint d'étanchéité en caoutchouc ne sont assemblés que par voie mécanique. Ainsi, aussi bien l' assemblage entre les tubes et les ailettes, qu'entre les extrémités de tubes et la plaque à tubes, s'effectue par un évasement mécanique des tubes et respectivement des extrémités de tubes. Une telle opération d'évasement est liée à des problèmes dans le cas de sections transversales des tubes de forme ovale, notamment des sect ions t ransversales de forme oval e aplatie avec un rapport d' axes supérieur à 3:1, parce que l'évasement dans la direction du grand axe, c' est à dire dans la zone de la courbure la plus forte de la paroi du tube, peut conduire à des fissures dans le matériau. De ce fait, on a renoncé, dans le cas du doeument DE-A 198 36 015 et également dans le cas du document EP-B 0 772 019 à un évasement supplémentaire dans la direction du grand axe dans la zone de la plaque à tubes, de sorte que le grand axe des extrémités de tubes est identique au grand axe des tubes. Ce procédé peut toutefois également conduire, dans le cas de 2 2825458 sections transversales de tubes de forme ovale, très allongées, ou dans le cas de matériaux d'une ductilité moindre, à un endommagement du matériau dans la zone des extrémités de tubes, c' est à dire à des fissurations ou des irrégularités de l'épaisseur de paroi des tubes. Aussi, le but de la présente invention consiste-t-il à fournir un assemblage pour plaques à tubes dans un échangeur de chaleur du type de celui cité en introduction, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication, qui permet de supprimer ou au moins de réduire considérablement l'endommagement du matériau tel que cité. Conformément à l' invention, ce but est atteint grâce au fait que le grand axe des extrémités de tubes, après évasement, est inférieur au grand axe des tubes, alors que le petit axe des extrémités de tubes est supérieur au petit axe des tubes. L'extrémité de tube n'est donc évasée, lors de l'ultime étape de procédé, que dans la direction du petit axe, ceci de manière telle, que le grand axe des extrémités de tubes se raccourcisse, toutefois uniquement de façon à conserver une compression suffisante du joint d'étanchéité en caoutchouc pour obtenir l'étanchéité nécessaire. Selon un développement avantageux de l' invention, le rapport entre les grands axes des tubes d'une part et des extrémités de tubes d'autre part, se situe dans une plage comprise entre 1,0 et 1,1, c'est à dire que le raccourcissement du grand axe des extrémités de tubes peut aller jusqu'à 10%. Cette mesure permet d'empêcher un allongement excessif et la formation de fissures dans les extrémités des tubes, dans la zone de leur courbure la plus importante. 3 2825458 Selon un autre développement avantageux de l' invention, le rapport entre les petits axes des tubes et des extrémités de tubes se situe dans une plage comprise entre environ 0,3 et 0,5, c'est à dire que la valeur du petit axe des extrémités de tubes est environ égale à deux à trois fois la valeur du petit axe du tube. Selon un développement de l' invention, le rapport entre les axes des tubes se situe dans une plage comprise entre 3,0 et 6,0, c'est à dire qu'il s'agit de tubes ovales aplatis, très élancés, présentant une résistance à l' air très faible, ce qui signifie pour l'échangeur de chaleur, une moindre chute de pression du côté de l'écoulement d' air. L' invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur constitué de tubes, d'ailettes, de plaques à tubes et d'un joint d'étanchéité en caoutchouc, et comprenant les étapes de procédé suivantes: - préparation d'une plaque à tubes dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité en caoutchouc, - insertion des tubes dans des ouvertures de passage 2s des ailettes, - emmanchement de la plaque à tobes sur les extrémités de tubes, - évasement des tubes aux valeurs d' axe a et b, par rapport au joint d'étanchéité en caoutchouc dans la plaque à tubes ainsi que par rapport aux ouvertures de passage dans les ailettes, en une seule opération, - évasement des extrémités de tubes dans la direction du petit axe b, jusqu'aux valeurs d' axe a' et b' avec a' b. Ainsi, le procédé de fabrication d'un 4 2825458 échangeur de chaleur, à savoir la réalisation de l'assemblage de la plaques à tubes avec les tubes, prévoit avantageusement que dans une première étape de procédé, les tubes et les extrémités de tubes soient évasés en commun, et lors d'une seconde, voire ultime étape de procédé, les extrémités de tubes soient évasées uniquement dans la direction du petit axe, de manière à ce que le grand axe se raccourcisse légèrement, en conservant toutefois la compression nécessaire entre la périphérie du tube et le joint d'étanchéité en caoutchouc. Ce procédé évite la formation de fissures dans les extrémités de tubes, notamment dans la zone de forte courbure. Dans la suite, on va décrire plus en détail un exemple de réalisation de l' invention représenté sur les dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 un assemblage au niveau d'une plaque à tubes pour un échangeur de chaleur, sous forme de coupe longitudinale passant par le tube de section ovale, Fig. 2 l'assemblage au niveau de la plaque à tubes selon la figure 1, selon une coupe 2s transversale par rapport à celle de la figure 1, Fig. 3 une vue de dessus de l'extrémité de tube , evasee, Fig. 4,5,6 les étapes de procédé individuelles au cours de la fabrication de l'assemblage au niveau de la plaque à tubes. La figure 1 montre une plaque à tubes 2, qui fait partie d'une boite à eau ou d'un collecteur non représenté d'un échangeur de chaleur. Ce dernier peut de préférence être un radiateur de refroidissement fluide 2825458 de refroidissement / air de moteurs de véhicules automobiles. La laque à tubes 2, de préférence fabriquée en un alliage d'aluminium, présente des ouvertures de passage 3 qui sont garnies des collerettes 4 d'un joint S d'étanchéité 5 en caoutchouc. Sur le côté extérieur des tubes 1 sont disposées des ailettes sous la forme de fines lamelles, également en un alliage d'aluminium, et qui, de manière connue, sont assemblées aux tubes 1 par évasement mécanique, en vue d'évacuer la chaleur du fluide de refroidissement s'écoulant à l'intérieur des tubes, vers l'extérieur, à savoir vers l' air environnant. La figure 2 montre le méme échangeur de IS chaleur que la figure 1, toutefois dans un plan de coupe décalé de 90 par rapport à la figure 1. L'on remarque que les tubes 1 présentent, dans la zone de l'empilement d'ailettes 6, une section transvereale ovale présentant un grand axe a et un petit axe ou axe court b. Le rapport des axes a: b vaut selon un exemple de réalisation préféré 4,7: 1 pour un grand axe a = 15,1 mm. Les extrémités de tubes la sont maintenues de manière étanche et par adhérence relativement aux ouvertures de passage 3 dans la plaque à tubes 2, et relativement aux collerettes 4 du joint d'étanchéité 5 en caoutchouc. La figure 1 laisse entrevoir que le grand axe a' de l'extrémité de tube la est inférieur au grand axe a du tube dans la zone des ailettes 6. Dans la direction axiale, il existe une zone de transition lb, représentée hachurée (grisée), entre les axes a' et a qui sont différents. Par contre, la figure 2 montre que le petit axe b' de l'extrémité de tube la est supérieur au petit axe b du tube 1 dans la zone des ailettes 6. Il existe ici également une zone de transition lc. 3s La figure 3 montre une vue de dessus, en 6 2825458 direction de la plaque de caoutchouc 5, de l'extrémité de tube la évasée, présentant les axes a' et b'. Cette extrémité de tube la comporte sur chacun de ses deux côtés longitudinaux, une patte recourbée 7 et 8, ces pattes servant d'arrét de sécurité à l'encontre d'une extraction; ces pattes 7 et 8 empêchent que les tubes 1 soient extraits de la plaque à tubes en direction du côté o circule l'air. Dans les figures 4, 5 et 6 qui suivent, sont représentéss des étapes de procédé individuelles pour la réalisation de l'assemblage au niveau de la plaque à tubes, chaque figure représentant un quadrant (un quart) de la section transversale passant par l'assemblage des tubes à la plaque à tubes, au niveau des ouvertures de passage 3 selon les figures 1 et 2. Dans les figures suivantes, les pièces identiques, telles que les tubes, le joint d'étanchéité et l'ouverture de passage, sont désignces par les mémes repères, et sont uniquement représentées de manière agrandie. La figure 4 montre l'état initial pour le montage de l'assemblage de la laque à tubes, comprenant un tube lo, c'est à dire dans l'état non évasé, qui 2s présente un grand axe aO et un petit axe bo' chacun mesuré sous forme de dimension extérieure. Sur cette représentation, les extrémités de tubes sont déjà insérées dans les ouvertures de passage 3 de la plaque à tubes et dans les collerettes 4 du joint d'étanchéité en caoutchouc, le joint d'étanchéité en caoutchouc étant un peu comprimé dans la zone A, c'est à dire le côté étroit du tube. Le diamètre extérieur aO du tube est en effet supérieur de la valeur d au diamètre intérieur g du joint d'étanchéité en caoutchouc 4, dans la direction 3s du grand axe. Lors de l' introduction de l'extrémité de tube dans le joint d'étanchéité en caoutchouc, ce 7 2825458 dernier est donc déjà comprimé dans la zone A de manière à permettre l' insertion aisée de l'extrémité du tube, dans cette zone (cela est connu d'après l'état de la technique, par exemple d'après le docoment déjà cité EP B 0 772 019). Dans la zone restante, entre le joint d'étanchéité 4 en caoutchouc et la paroi extérieure du tube lo, se trouve un interstice en forme de faucille, qui, dans la zone du petit axe, atteint sa valeur maximale désignée par e. Cela constitue donc la première étape de procédé désignée comme étant l'étape I. L'étape de procédé suivante II., est représentée sur la figure 5. L'état du tube non évasé, tel que représenté sur la figure 4, a été représenté en pointillés sur la figure 5 et désigné par lo. Le tube à présent évasé est représenté en trait plein et désigné par le repère 1. On peut remarquer que les lignes en pointillés et les lignes en trait plein s'étendent parallèlement, c' est à dire que le tube a été évasé de manière uniforme, de la section transversale lo à 1, c'est dire aussi bien dans la direction du grand axe que dans la direction du petit axe. Dans la zone A du sommet du tube 1, il s'est ainsi établi une compression encore plus importante du joint d'étanchéité 4, et en même temps l' interstice en forme de faucille entre la paroi extérieure du tube et la paroi intérieure du joint d' étanchéité, s' est réduit et est maintenant désigné par e'. L'épaisseur du joint d'étanchéité 4 est déaignée par s dans la zone du petit axe. Après l'étape de procédé II., le tube ovale 1 a été évasé aux valeurs de grand axe a et de petit axe b, ces dimensions s'appliquant pour la zone des ailettes des figures 1 et 2. Cette opération d'évasement est effectuée de manière connue, en tirant ou en poussant un outil d'évasement, en une seule opération, à travers le tube, d'une extrémité de tube à l'autre. 8 2825458 Ma figure 6 montre l'extAmit de tube et l'assemblage la plaque tubes dans son Atat fini, c'est dire aprAs execution d'un autre Avasement, savoir la troisiAme Retape de procAdA III. L'extrAmit de tube n'est ici Avase que dans la direction du petit axe, au moyen d'un outil d'Avasement non represents, le grand axe se raccourcissant simultanAment. La section transversale finis du tube eat designee par la et prAsente le grand axe a' et le petit axe b', a' Extant infArieur a (voir figure 5 et figure 1) et le petit axe b' Extant suprieur b (void figure 5 et figure 2). La surface extArieure de l'extrAmit de tube la s'appuie, suite l'6vasement, our la surface int6ieure du joint d'6tanchit 4, qui presents une Apaisseur a' plus faible qua l'Apaisseur initials s dans l'Atat non comprimA (voir figure 5). Co _ e le grand axe a ate raccourci au cours de l'Atape de pocAdA III., l'6paisseur a'' de la collerette d'4tanchit 4 dans cette zone, eat lgArement supArieure celle de l'Atape de proceeds prAcAdente de la figure 5. La compression du joint d'AtanchAit, de son contour initial de la ligne 4' la valeur a'', caste toutefois suffisante pour garantir une tanchAit suffisamment Levee entre le tube et la plaque tubes. 9 2825458 REVENDICATIONS. 1. Echangeur de chaleur, constitué d'un bloc de tubes et d'ailettes (l, 6) et de boites à eau ou collecteurs qui comportent des plaques à tubes (2) présentant des ouvertures de passage (3) de forme ovale aplatie et un joint d'étanchéité (4) en caoutchouc, ouvertures de passage dans lesquelles les extrémités de tubes (la) sont maintenues de manière étanche par évasement, les tubes (l) présentant également une sect ion t ransver sa le de forme ova le apl at ie avec un grand axe a et un petit axe b, et étant reliés ou assemblés aux ailettes (6) par évasement, caractérisé en ce que le grand axe a' des extrémités de tubes (la), après évasement, est inférieur au grand axe a des tubes (l) et le petit axe b' des extrémités de tubes (la) est supérieur au petit axe b des tubes (l). 2. Echangeur de chaleur selon la revendication l, caractérisé en ce que le rapport entre les grands axes des tubes (l) et des extrémités de tubes (la), se situe dans une plage telle que 1,0 3. Echangeur de chaleur selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que le rapport entre les petits axes des tubes (l) et des extrémités de tubes (la) se situe dans une plage telle que 0,3 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport entre les axes des tubes (1) se situe dans une plage telle que 3,0 b s 5. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur constitué de tubes (1), d'ailettes (6), de plaques à tubes (2) et d'un joint d'étanchéité (4, 5) en caoutchouc, caractérisé par les étapes de procédé suivantes: préparation d'une plaque à tubes (2) dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité (4, 5) en caoutchouc, - insertion des tubes (1) dans des ouvertures de passage (6) des ailettes, - emmanchement de la plaque à tubes (2) sur les extrémités de tubes (la), - évasement des tubes (1) aux valeurs d' axe a et b, par rapport au joint d'étanchéité (4) en caoutchouc dans la plaque à tubes (2) ainsi que par rapport aux ouvertures de passage (6) dans les ailettes, en une seule opération, - évasement des extrémités de tubes (la) dans la direction du petit axe b, jusqu'aux valeurs d' axe a' 2s et b' avec a'